权利要求
1.一种铜渣硫酸浸出过程原位磁分离获取铁精矿的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对高硅铜渣原料进行破碎、分级处理，将筛下产品与硫酸溶液加入反应器中，通过机械搅拌进行浸出;
S2、当步骤S1中的浸出时间和矿浆电位的判定条件达到预设阈值时，启动旋转磁场发生器对反应器施加旋转磁场，从而对反应器内的矿浆进行磁选，调控磁场频率与磁感应强度，在持续浸出过程中实现磁铁矿相的选择性分离;
S3、磁选反应开始设定时间后提升磁场强度梯度，定向富集磁铁矿颗粒;
S4、当反应器内的反应体系达到预设终点条件后，将矿浆抽出反应器，并执行磁场强度缓降程序，最终完全关闭磁场发生器;
S5、对反应器实施交流退磁处理，随后启动自清洁系统，收集附着在反应器内壁的铁精矿。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，筛下产品与硫酸溶液混合得到的矿浆pH=1.5-2.5;浸出的条件为温度60-90 ℃，搅拌速度300-800 r/min。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，所述预设阈值为浸出的时间T≥ 20min且矿浆电位Eh ≥ 520mV;磁场频率为200-500 Hz，磁感应强度0.3-0.5 T。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，磁选反应开始60-90 min后将磁感应强度提升至0.8-1.2 T。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述预设终点条件为浸出液电位稳定在450-480 mV。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，将矿浆抽出反应器后并进行过滤，过滤得到的滤饼进行三级逆流洗涤;磁场强度缓降程序在矿浆过滤完成后开始执行，磁场强度衰减速率≤0.1 T/s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S5中，交流退磁处理具体为：向反应器施加幅值递减的交变磁场频率为50 Hz，并驱动自清洁系统的刮刀模组对反应器内壁的磁铁矿进行物理刮削。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及湿法冶金中铜渣资源化处理及有价金属高效回收领域，具体涉及一种铜渣硫酸浸出过程原位磁分离获取铁精矿的方法。
背景技术
[0003]工业生产过程采用缓冷浮选回收铜渣中的铜。铜渣中强磁性磁铁矿含量高达10%以上，然而由于其与铁橄榄石相(Fe2SiO4)高度连生，常规磁选工艺难以从铜渣中直接磁选获得合格品位的铁精矿粉，另外铜渣中铜、硫、硅含量高，使得磁选铁精矿中上述杂质容易超出铁精粉国标所要求的限值。中国专利申请CN115780075A提出了一种铜渣磁选铁回收方法，通过添加氧化硼并在氩气气氛下熔融、空气气氛缓冷促使铁橄榄石转化为磁铁矿，但仅能获得铁品位57%左右的铁精粉，且需精确控制熔融温度(1000-1300 ℃)、冷却速率(2-10℃/min)及气氛切换流程，工艺参数窗口狭窄，实际生产中对设备控温精度和气体流量稳定性要求极高;中国专利申请CN116144920A提出了一种铜渣磁化焙烧-磁选工艺，采用高温还原气氛将铁橄榄石转化为磁铁矿，但能耗高且易产生Fe3C杂质，铁资源中铁品位可达60%，硅含量在10%左右，铜含量小于1%，但硫含量在0.4%以上，高于铁精矿的最低国家标准。
[0004]采用硫酸体系湿法浸出铜渣回收铜、锌等有价元素得到广泛关注，浸出过程铁橄榄石相被溶解，使得四氧化三铁相被充分解离。如Tao等人的研究论文报道(RSC Adv.,2021, 11, 5741)，铜渣经酸浸后铁橄榄石相显著减少、Fe3O4得以保留，为从浸出残渣中直接磁选回收获取高品位铁精矿提供了可能。然而，在酸浸过程，二氧化硅以溶胶的形式进入浸出液，在絮凝沉降过程会再次包裹Fe3O4颗粒，使得从浸出残渣中直接磁选获得高品位的铁精粉难以实现。
发明内容
[0005]针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种铜渣硫酸浸出过程原位磁分离获取铁精矿的方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种铜渣硫酸浸出过程原位磁分离获取铁精矿的方法，包括以下步骤：
S1、对高硅铜渣原料进行破碎、分级处理，将筛下产品与硫酸溶液加入反应器中，通过机械搅拌进行浸出;
S2、当步骤S1中的浸出时间和矿浆电位的判定条件达到预设阈值时，启动旋转磁场发生器对反应器施加旋转磁场，从而对反应器内的矿浆进行磁选，调控磁场频率与磁感应强度，在持续浸出过程中实现磁铁矿相的选择性分离;
S3、磁选反应开始设定时间后提升磁场强度梯度，定向富集磁铁矿颗粒;
S4、当反应器内的反应体系达到预设终点条件后，将矿浆抽出反应器，并执行磁场强度缓降程序，最终完全关闭磁场发生器;
S5、对反应器实施交流退磁处理，随后启动自清洁系统，收集附着在反应器内壁的铁精矿。
[0007]进一步地，步骤S1中，筛下产品与硫酸溶液混合得到的矿浆pH=1.5-2.5;浸出的条件为温度60-90 ℃，搅拌速度300-800 r/min。
[0008]进一步地，步骤S2中，所述预设阈值为浸出的时间T ≥ 20min且矿浆电位Eh ≥520mV;磁场频率为200-500 Hz，磁感应强度0.3-0.5 T。
[0009]进一步地，步骤S3中，磁选反应开始60-90 min后将磁感应强度提升至0.8-1.2 T。
[0010]进一步地，步骤S4中，所述预设终点条件为浸出液电位稳定在450-480 mV。
[0011]进一步地，步骤S4中，将矿浆抽出反应器后并进行过滤，过滤得到的滤饼进行三级逆流洗涤;磁场强度缓降程序在矿浆过滤完成后开始执行，磁场强度衰减速率≤0.1 T/s。
[0012]进一步地，步骤S5中，交流退磁处理具体为：向反应器施加幅值递减的交变磁场频率为50 Hz，并驱动自清洁系统的刮刀模组对反应器内壁的磁铁矿进行物理刮削。
[0013]本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过边搅拌浸出边施加旋转磁场强化铁硅的选择性分离，铜渣浸出过程解离的磁铁矿相在动态磁场中优先聚集并定向迁移至磁极区域，从而实现磁铁矿高效物理分离。
[0014](2)本发明通过一种从铜渣中选冶联合短流程直接获取高品位、低硫含量、低铜含量、低硅含量的铁精矿，可直接作为炼铁原料。
[0015]综上所述，本发明通过构建旋转磁场强化调控体系，在反应器内实现有价金属强化浸出、磁铁矿与二氧化硅磁分离以及铁精矿的收集，工艺流程短，成本低。另外，本发明通过湿法净化分离技术对金属浸出液进行定向提纯，可高效分离并制备出高附加值产物。
附图说明
[0016]图1为本发明实施例1-3的方法流程图;
图2为本发明实施例4的装置结构图。
具体实施方式
[0017]以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
[0018]实施例1
[0019]本实施例中所用高硅铜渣原料成分见表1。
[0020]表1
元素SiO2FeCuZnPb含量23.2%45.1%5.8%9.9%8.4%
本实施例提供一种铜渣硫酸浸出过程原位磁分离获取铁精矿的方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)对高硅铜渣原料实施机械破碎及粒度分级处理，将200目以下的物料定量输送至反应器。按照液固比6:1(mL/g)向反应器内注入硫酸溶液，得到的矿浆pH=1.5，在温度60℃、搅拌速度300 r/min下进行浸出反应。
[0021](2)浸出时间到达20 min时矿浆电位到达520 mV，启动旋转磁场发生器，向反应器施加旋转磁场，对反应器内的矿浆进行磁选，调控磁场频率与磁感应强度分别为200 Hz和0.3 T，在持续浸出过程中实现磁铁矿相的选择性分离，磁选反应60 min后，将磁感应强度提升至0.8 T，磁铁矿颗粒定向富集。
[0022](3)当浸出液电位稳定在450 mV时，将矿浆抽出反应器，对矿浆进行过滤，过滤得到的滤饼进行三级逆流洗涤。在矿浆完成过滤时，开始执行磁场强度缓降程序，以0.1 T/s的磁场强度衰减速率逐渐降低磁场强度，最终完全关闭磁场发生器。继续对反应器实施交流退磁处理，随后启动刮刀模组对反应器内壁的磁铁矿进行物理刮削，实现铁精矿的收集，铁精矿中铁含量为57.5%，铜含量、硫含量、二氧化硅含量分别为2.3%、0.9%、12.8%。
[0023]实施例2
[0024]本实施例中所用高硅铜渣原料成分见表2。
[0025]表2
元素SiO2FeCuZnPb含量21.0%46.4%5.5%9.1%9.4%
本实施例提供一种铜渣硫酸浸出过程原位磁分离获取铁精矿的方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)对高硅铜渣原料实施机械破碎及粒度分级处理，将200目以下的物料定量输送至反应器。按照液固比6:1(mL/g)向反应器内注入硫酸溶液，调节得到的矿浆pH=2.0，在温度75 ℃、搅拌速度550 r/min的条件下实现浸出反应。
[0026](2)浸出时间达到25 min时矿浆电位达到526 mV，启动旋转磁场发生器，向反应器施加旋转磁场，对矿浆进行磁选，调控磁场频率与磁感应强度分别为350 Hz和0.4 T，在持续浸出过程中实现磁铁矿相的选择性分离。磁选反应70 min后，将磁感应强度提升至1.0T，磁铁矿颗粒定向富集。
[0027](3)当浸出液电位稳定在465 mV时，将矿浆抽出反应器，对矿浆进行过滤，过滤得到的滤饼进行三级逆流洗涤。在矿浆完成过滤时，开始执行磁场强度缓降程序，以0.1 T/s的磁场强度衰减速率逐渐降低磁场强度，最终完全关闭磁场发生器。继续对反应器实施交流退磁处理，随后启动刮刀模组对反应器内壁的磁铁矿进行物理刮削，实现铁精矿的收集，铁精矿中铁含量为66.4%，铜含量、硫含量、二氧化硅含量分别为1.1%、0.2%、7.7%。
[0028]实施例3
[0029]本实施例中所用高高硅铜渣原料成分见表3。
[0030]表3
元素SiO2FeCuZnPb含量24.5%46.1%5.1%8.9%8.1%
本实施例提供一种铜渣硫酸浸出过程原位磁分离获取铁精矿的方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)对高硅铜渣原料实施机械破碎及粒度分级处理，将200目以下的物料定量输送至反应器。按照液固比6:1(mL/g)向反应器内注入硫酸溶液，调节得到的矿浆pH=2.5，在温度90 ℃、搅拌速度800 r/min的条件下实现浸出反应。
[0031](2)当浸出时间达到30min时矿浆电位达到531 mV，此时启动旋转磁场发生器，向反应器施加旋转磁场，对矿浆进行磁选，调控磁场频率与磁感应强度分别为500 Hz和 0.5T，在持续浸出过程中实现磁铁矿相的选择性分离。磁选反应开始90 min后，将磁感应强度梯度提升至1.2 T，磁铁矿颗粒定向富集。
[0032](3)当浸出液电位稳定在480 mV时，将矿浆抽出反应器，对矿浆进行过滤，过滤得到的滤饼进行三级逆流洗涤。在矿浆完成过滤时，开始执行磁场强度缓降程序，以0.1 T/s的磁场强度衰减速率逐渐降低磁场强度，最终完全关闭磁场发生器。继续对反应器实施交流退磁处理，随后启动刮刀模组对反应器内壁的磁铁矿进行物理刮削，实现铁精矿的收集。铁精矿中铁含量为62.7%，铜含量、硫含量、二氧化硅含量分别为1.3%、0.2%、8.4%。
[0033]对比例1
本对比例中所用高硅型锌浸出渣成分和表1相同。
[0034]对高硅铜渣原料实施机械破碎及粒度分级处理，将200目以下的物料定量输送至反应器。向反应器内注入硫酸溶液，调节得到的矿浆pH=2.0，在温度75 ℃、搅拌速度550 r/min的条件下实现浸出反应。浸出过程不施加磁场，反应80 min经真空抽滤处理后，滤渣中铁含量25.2%、铜含量6.3%、硫含量2.6%、硅含量16.5%。
[0035]对比例1与实施例1-3的比较如表4。
[0036]表4
案 例Fe含量Cu含量S含量SiO2含量实施例157.5%2.3%0.9%12.8%实施例266.4%1.1%0.2%7.7%实施例362.7%1.3%0.2%8.4%对比例125.2%6.3%2.6%16.5%
实施例4
[0037]本实施例提供一种实现实施例1-3方法的一体式反应装置，包括反应器4，所述反应器4的外表面设有旋转磁场线圈，所述旋转磁场线圈连接于所述磁场发生器1;所述反应器4的顶部设有铜渣送料口2和硫酸注入口3，所述反应器4的内部设有搅拌模组6，并且反应器4的内壁设有刮刀模组5，所述刮刀模组5和螺杆螺纹配合，螺杆连接于旋转驱动机构，旋转驱动机构用于驱动螺杆轴向转动，通过螺距15 mm的螺杆驱动刮刀模组5在2 rpm转速下旋转的同时进行升降运动，实现螺旋刮削运动轨迹;所述反应器4的底部连通有矿浆抽出阀7。
[0038]对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
说明书附图(2)
