用烧结机处理含铜污泥的探讨

摘要：含铜污泥进入立式烧结机，在1000℃左右的温度下进行焙烧、预还原，形成烧结块；将烧结块送入熔炼炉，得到粗铜

关键词：烧结机、预还原、烧结块、铜污泥资源化

介绍

含铜电镀污泥主要产生于金属基础工业的表面处理、印制电路板行业、电镀行业和电线电缆行业的废水处理过程中产生的铜污泥。电镀铜废液中铜离子的浓度一般为数十mg/L，最高可达数百mg/L以上。化学沉淀法调节废水的pH值，添加混凝剂，使废水中的铜等重金属形成氢氧化物沉淀。形成的沉淀物为含铜电镀污泥。压滤后的滤饼含水量一般为75%～85%，性质呈碱性，pH值在6.70～9.77之间。颜色有棕黑色、棕色、棕黑色、深绿色等，其水分和灰分含量相等。很高，水分一般在75%~90%之间，灰分在76%以上。泥饼中铜及其他金属的含量约为3%～9%，主要以Cu(OH)2的形式存在。含铜污泥中铜、镍、锌、铬等重金属的氢氧化物处于不稳定状态。如果随意堆放，重金属可能会在雨水淋溶作用下重新溶出，污染土壤或地下水，造成环境和生态问题。危害，因此重金属污泥一般被列为危险废物。《国家危险废物名录》（2008年8月1日起施行）中的废物类别为HW17和HW22。由于重金属污泥的成分与天然矿物相似，且金属品位远高于矿物的开采品位（开采品位为百分之零点几），如果可以将重金属污泥形成利用矿化技术筛选出适合分选和冶炼的矿体，然后利用成熟的冶炼技术回收铜、镍金属资源，不仅可以减少污泥对环境的危害，还可以减少金属资源的持续枯竭。

1 电镀污泥资源化利用技术

目前，国内外相关重金属污泥资源化技术主要有置换电解、浸渍置换、氨浸渍、微生物处理技术、高温还原法、矿化技术等。其中，置换电解技术的操作流程其工艺复杂，涉及浸渍、过滤、反洗、置换等多个步骤。而且，重金属污泥成分的变化会影响该技术的适用性。氨浸法虽然具有选择性浸出某些金属（如铜、镍、锌）的优点，但浸出速度慢和氨的气味是该技术的最大缺点。因此，采用该技术对污泥重金属进行资源化利用。必须注意氨气味对周围环境的影响。另外，氨浸后的废渣处理困难，易造成二次污染。利用微生物技术对高浓度重金属污泥进行资源化的案例并不多见。目前多用于污水污泥或低浓度废水中重金属的去除，反应速度较其他回收处理技术慢。重金属污泥矿化技术目前在相关研究和商业化运营中并不多见。这是一项刚刚起步的资源技术。该技术重点关注污泥中重金属的成分和含量，其与矿物质相同。因此，如果能够改善矿物性质，就凸显出可以利用成熟的分选和冶炼技术来回收金属资源。由于这项技术才刚刚起步，如果要实现商业化还需要进一步的发展。本发明处理重金属污泥的高温还原方法具有回收金属资源、产生无害化炉渣、缩短流程的优点。但设备投资成本较高。如果污泥中含有挥发性重金属，必须用防污设备进行监测，避免二次污染。二次污染的发生。

由上述分析可以看出，含铜污泥综合利用的高温还原工艺虽然设备投资成本较高，但重金属回收率高，炉渣可回收利用，产生的烟气如果采取有效的处理措施，气体可以防止环境破坏。的污染。因此，该技术综合效益较好，竞争力较强，可实现资源综合利用。

2 含铜电镀污泥来源及成分

含铜电镀污泥主要来源于金属表面处理、印刷电路板行业、电镀行业、电池制造行业、电线电缆行业的废水处理过程中产生的重金属污泥。进厂水分含量在75%左右。铜泥的主要成分是铜、镍等金属和石英。其典型化学成分如表1所示。

表1 含铜电镀污泥主要化学成分

元素

铜

铁

二氧化硅

氧化钙

钠

锌

你

铬

水

内容（％）

9-15

2.5

1.3

0.5

注：（干基含25%水）

3 含铜电镀污泥资源化

3.1 高温熔炼回收工艺

将含铜污泥送入立式烧结机。热源由无烟煤提供。经过1000℃左右的焙烧和预还原，形成团块，然后进入熔炼炉进行熔炼。铁和石英等杂质进入炉渣并被分离以获得铜含量。含铜量81%以上的粗铜和含铜量40%左右的无冰，在旋转精炼炉中除去大部分氧及其他杂质后，铸成含铜量98.5%以上的阳极铜板。项目整个流程如图1所示。

3.2 含铜电镀污泥的预处理

3.2.1 预处理工艺

由于含铜电镀污泥含水量较高，且粒径很细，为了保证冶炼炉内温度，增加炉料的渗透性，提高其床层能效，原来的方法是采用回转式干燥机降低含铜污泥的含水量。率降低至25%左右，然后送入专用制砖机中加入少量石灰，压制成具有一定强度和粒度的砖状材料，作为熔炼炉料炉。其缺点是熔炼炉能耗高、生产能力低；现在采用最新技术，采用立式烧结机进行焙烧和预还原技术。方法是：向这部分含铜污泥中按比例添加少量石灰和无烟煤粉。混合搅拌均匀。经球团设备球团后，进入立式烧结机进行1000℃的焙烧、预还原，形成烧结块。烧结机出口烟气≤200℃；烧结块出料温度≤100℃。烧结块用作熔炼炉的炉料。烧结块的烧结工艺如图2所示。

3.2.1 污染控制措施

烧结机产生的烟气经布袋除尘器除尘和湿法脱硫后通过烟囱排出。布袋除尘器收集的烟气中含有烟气带出的部分重金属污泥，经烧结块筛分的边角料（返料）返回配料仓，成球后送入料仓。烧结机。

3.3 粗细化

3.3.1 粗精炼工艺

将烧结块放入熔炼炉中，加入焦炭和造渣剂石英石、石灰石。焦炭燃烧释放的热量足以熔化炉料并使熔体过热。同时形成一定的还原气氛，还原铜及其他金属氧化物，得到铜。含铜量大于81%的粗铜和含铜量约40%的哑铜。具体反应过程为：

在高温作用下，高温还原材料中的铜被氧化形成Cu20。由于铜对硫的亲和力大于铁对硫的亲和力，在高温还原过程中，生成的Cu2O被炉料中的FeS硫化成Cu2S。还原过程中产生的FeO会与炉料中的SiO2、CaO等造渣物质形成炉渣，铜含量小于0.4%。由于冰铜和矿渣实际上并不相互溶解，且比重相差较大，因此可以很好地分离得到冰铜产品。该过程的主要反应式如下：

Cu20+FeS=Cu2S+FeO

Cu2S+FeS=Cu2S·FeS

冶炼炉以焦炭为燃料，炉内温度高达1250~1300℃。在高温下，污泥中的铜盐等重金属盐分解成氧化物。这些氧化物与一氧化碳接触被还原成元素铜和其他重金属。由于炉温高达1200℃以上，铜在炉底呈液态。炉内定期将铜等重金属释放出来进行成型，可以获得主要含有铜和其他重金属的产品。该过程的主要反应式如下：

C+O2=C02

CO2+C=2CO

2CuO+CO=Cu2O+CO2

Cu2O+CO=2Cu+CO2

3.3.2 污染控制措施

冶炼炉排出的烟气进入尾气处理系统。冷却后烟气温度降至150℃以下。再经重力沉降室、布袋除尘器、脱硫处理，去除重金属粉尘和SO2*，然后通过引风机、烟囱达标排放。布袋除尘器收集的粉尘主要含有亚氧化锌，出售给相关氧化锌回收厂家。熔渣经水冷却后，形成玻璃状粒状水淬渣。重金属固溶于玻璃体中，具有优异的稳定性。主要成分为轻质硅酸盐无机物。重金属浸出浓度远低于毒性鉴定标准，可用作建筑辅助材料或造船厂除锈材料。

3.4 精炼

3.4.1 精炼工艺

采用现代较为常见的旋转精炼炉对粗铜和冰铜进行精炼，得到含铜量大于98.5%的阳极铜板，作为产品出口。火法精炼主要由氧化和还原两个操作环节组成。铜中有害杂质的去除程度主要取决于氧化过程，而铜中氧的消除程度则取决于还原过程。氧化过程：在氧化过程中，首先是铜的氧化：

4Cu+02=2Cu20

生成的Cu20溶解在铜液中并与铜液中的杂质发生反应，将杂质氧化：

Cu2O+Me=2Cu+MeO

在1373-1523K的工作温度下，Cu2O浓度越大，杂质金属Me的浓度越小。为了快速、彻底地去除铜中的杂质，氧化时的温度优选为1373～1423K。此时Cu2O的饱和浓度为6％～8％。为了减少铜的损失，提高工艺效率，加入溶剂石英砂，使各种杂质形成硅酸铅等结渣而被除去。氧化精炼*后进行脱硫。氧化脱除杂质金属完成后，立即发生剧烈的相互反应，释放出SO2：

CuS+2Cu2O=6Cu+SO2

此时铜水沸腾，称为“铜雨”。除硫完成后，开始还原操作过程。还原过程：还原过程主要是还原Cu2O。还原剂分解产生的H2、CO等还原Cu2O。反应式为：

Cu2O+H2=2Cu+H20

Cu20+CO=2Cu+CO2

Cu20+C=2Cu+CO

4Cu20+CH4=8Cu+C02+2H20

还原过程的终点控制非常重要，一般限于达到铜中氧含量0.03％～0.05％(或0.3％～0.5％Cu2O)。

3.4.2 污染控制措施

从回转炉末端排出的烟气进入尾气处理系统。经水冷后，烟气温度降至150℃以下。再经布袋除尘器和湿法脱硫处理，去除重金属粉尘和S02。*经引风机经烟囱排出后，烟气中污染物全部达标排放。炉门冒出的烟气通过上方的集气罩收集后与精炼渣一起送入炉内冶炼。袋灰主要含有次氧化锌，被送往相关厂家回收锌。回转炉渣含铜约19%。自然冷却后，返回熔炼炉熔炼。脱硫渣作为原料出售给水泥厂。

4。结论

(1)含铜电镀污泥综合利用采用高温冶炼工艺，虽然设备投资成本较高，但铜回收率达到95%以上。本发明回收方法及工艺流程简单，可操作性强，技术上可行。经过多家企业实际使用，总处理成本较采用立式烧结机的回转烘干机制砖工艺降低了30%~40%左右。

(2)铜是不可再生资源。近年来，我国对铜原料的需求持续增长。生产铜的经济效益是显而易见的。一般2年左右即可收回投资。该工艺在经济上是可行的。

(3)该工艺产生的炉渣中重金属浸出浓度远低于毒性鉴定标准。可作为建筑辅助材料或造船厂除锈材料，不会造成二次污染。

(4)对产生的烟气采取有效的处理措施，防止环境污染。同时，将收集到的烟尘进行综合利用，进一步循环利用有用资源。整个过程无废水排放。

(5)本工艺回收含铜电镀污泥，变害为利，变废为宝，具有明显的环境效益、经济效益和社会效益。