钢铁工业发展较快,导致国内铁矿资源的供给量严重不足,铁矿石对外依存度越来越高。另一方面炼铜工业产生的含铁40%左右的炉渣,一直没有得到有效回收利用。因此回收铜渣中的铁,对降低铜渣的大量堆存造成的环境污染、缓解铁资源紧张的局面有重要意义。铜渣的矿物学研究表明:铁元素主要是以难还原、熔点低的铁橄榄石形式存在。渣中金属铁和铜的嵌布粒度极细、分布较均匀、多种矿物互相包裹在一起,使其结构致密、质地坚硬、化学性质更稳定。回收铜渣中的铁等有价金属,必须对铜渣进行改性处理,构造铁和硅的富集相,分离渣中的铁和硅。为此,提出采用含碳球团-转底炉工艺回收铜渣中铁的方法,系统研究了还原温度、还原时间、C/O、铜渣粒度、煤粉粒度、Al₂O₃配比、磁铁矿配比等因素对铜渣直接还原过程金属化率、矿相结构等变化的影响。研究表明,温度、时间、配碳量、煤粉和铜渣粒度是影响铜渣直接还原过程的主要因素,提高反应温度,金属化率和锌的挥发率逐渐升高;延长反应时间、增加配碳量、降低铜渣和煤粉的粒度,金属化率和锌的挥发率均先增加后降低。添加的碱性氧化物Ca O会与Si O2结合形成硅酸盐,破坏了Si O2与Fe O的结合,增加了Fe O的活度,促进了铁橄榄石的还原。添加Al₂O₃调整了炉渣组成,具有改善了炉渣的熔化温度和黏度的作用;添加适量磁铁矿有利于增加渣中铁晶核的数量,促进铁晶粒的聚集长大。还原产物的衍射分析表明,直接还原过程中,铜渣逐渐由非晶态转变成晶态,同时渣中的铁橄榄石等物相逐渐被还原,还原产物中的主要物相为Fe和Si O2。添加碱性氧化物Ca O以及Al₂O₃后,还原产物的组成由自然碱度时Fe和Si O2,逐步转变成Fe、Si O2、Ca Si O3、Mg Al2O4、Fe+2Al2O4,改变了铜渣的物相组成,炉渣组成逐渐由Fe O-Si O2-Ca O三元体系向Si O2-Ca O-Al₂O₃转变。优化出的最佳工艺参数为:还原温度为1200℃、还原时间为30分钟、C/O为1.4、铜渣粒度为100¹50目、煤粉粒度为150²00目,碱度0.4,磁铁矿配比20%,Al₂O₃配比13%;此时铜渣的金属化率高达87.59%,锌的挥发率94.61%。