【摘 要】
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随着我国冶炼铜技术的发展,铜的产量不断增加,随之而来的铜渣排放量逐年攀升。由于铜渣中含有大量的铁和可观的铜,可以认为是一种优质的二次资源,但大量铜渣依旧作为固废堆存。为实现铜渣中铜和铁的高效率、低能耗的提取和铜渣无渣化综合利用,课题组提出“铜渣微波固相还原-熔分（或选矿）,获得含铜铁水,进而制备含铜耐磨铸铁”的新思路,本论文主要研究其中微波固相还原铜渣过程。本论文对铜渣微波碳热固相还原过程进行了热
【基金项目】
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国家自然基金重点-云南联合基金“利用铜渣直接冶炼含铜抗菌不锈钢的基础研究”（U1702253）； 国家自然科学基金面上项目“利用高炉含钒铁水直接冶炼钒钢短流程工艺基础研宄”（51874094）；
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随着我国冶炼铜技术的发展,铜的产量不断增加,随之而来的铜渣排放量逐年攀升。由于铜渣中含有大量的铁和可观的铜,可以认为是一种优质的二次资源,但大量铜渣依旧作为固废堆存。为实现铜渣中铜和铁的高效率、低能耗的提取和铜渣无渣化综合利用,课题组提出“铜渣微波固相还原-熔分（或选矿）,获得含铜铁水,进而制备含铜耐磨铸铁”的新思路,本论文主要研究其中微波固相还原铜渣过程。本论文对铜渣微波碳热固相还原过程进行了热力学分析,对铜渣、焦炭等主要物料在微波场中的吸波特性进行了测定,对其升温速率进行了研究,采用单因素实验研究了反应温度、反应时间、碱度、配碳量和铜渣粒度对微波碳热还原过程的影响,采用化学分析、XRD、SEM等手段对还原后物料成分、熔分后得到的含铜铁水、终渣的成分和物相分别进行了分析,并通过微波还原后产物的微观形貌分析研究了反应机理,得出主要结论如下:（1）在室温到800℃时,焦炭的介电常数在10.01～11.72之间,介电损耗因子在0.1到1.2之间,随着温度的增加而增加;铜渣粉料的介电常数在7.1～8之间,介电损耗因子在0.04到0.18之间,随温度的升高而增加;氧化钙的介电常数在13.5～16.9之间,介电损耗因子在2×10-4到4×10-4之间;三种物质的损耗角正切变化和介电损耗因子的变化趋势一致。（2）物料在微波场中的升温速率研究表明:在功率为2 kW,频率为2.45 GHz的微波场进行加热,50 g焦炭的平均升温速率为57℃/min,同质量铜渣的平均升温速率为40℃/min,同质量氧化钙的平均升温速率为20℃/min,铜渣和焦炭的升温性能较好,氧化钙的升温性能较差;铜渣混合料的升温速率和微波功率与物料质量均有密切关系,当质量一定时,微波的功率增加,升温速率升高;功率一定时,质量增加,铜渣的升温速率减小。（3）热力学计算表明:铜渣中的铁橄榄石和碳的反应起始温度为1080 K;添加氧化钙后,起始反应温度大幅度下降;铁橄榄石和CO的还原反应在添加了 CaO之后,在900 K到1600 K的区间内标准吉布斯自由能变均为负值,间接还原反应均可发生。（4）对铜渣微波碳热还原过程的单因素实验研究表明:适宜的反应时间为60min、还原温度为1100℃、配碳比为1.6、碱度为1.2、铜渣粒度为0.104～0.089 mm之间时,铜渣中铁的还原率最高,此时还原率为91.93%。（5）对还原产物进行熔分实验,在1400℃条件下保温60 min,熔分后金属中铁含量为94.15%,铜的含量为1.30%,硫的含量为2.06%;经计算,铁的收得率为92.75%,金属铜的收得率为95.54%;渣中铜含量0.023%,TFe含量2.90%,MFe含量0.44%,渣中主要物相为硅酸二钙,铁橄榄石相消失。采用磁选对还原产物进行分离,磁选后铁的收得率为85.72%,铜的收得率仅为40.9%。（6）常规加热铜渣至900℃和1000℃,反应时间为60 min时,未观察到明显反应现象,常规加热至1100℃,保温时间20 min时,铜渣粉料转变为黑色多孔状固体,出现金属相;而在900℃的微波场中加热20min就开始出现金属相;在微波铜渣碳热还原过程中,铜渣相发生破碎,常规加热时,不存在此现象;破碎现象导致了铜渣与还原剂的接触面积的增大,改善了外扩散条件,并为CO的间接还原过程提供了良好的动力学条件,伴随着大量缝隙的出现,在缝隙附近,金属相出现富集。（7）依据微波场中碳热还原后铜渣中微观组织的研究,推测反应机理如下:微波加热铜渣混合料时,铜渣和焦炭的直接还原反应优先发生,产生的金属相主要分布在铜渣中氧化物的周围;直接还原产生的CO自由穿过微波加热产生的缝隙,继续与铜渣中的氧化物和氧化钙发生间接还原反应,生成金属和CO2,CO2再和焦炭反应,生成还原性气体CO,在整个还原过程中,实现了反应的循环进行,CO的间接还原过程是微波碳热还原铜渣过程中的主要反应。
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