[发明专利]一种胶凝材料用活性铜渣的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次资源综合利用技术领域，具体涉及一种胶凝材料用活性铜渣的制备方法。

背景技术

铜渣是火法炼铜时产生的废渣，其排放量大约为铜产量的2～3 倍。我国每年产出铜冶炼渣2000万吨左右，至今累计上亿吨，这些铜渣具有粒度细、类型多、成分复杂等特点，渣中含有多种有价金属，其中含有大量的铜、铁和贵金属等有价金属。目前，铜渣的综合利用主要包括两个方面：

一是对铜渣中有价金属的提取，主要为铜和铁的回收。浮选法是从铜渣中回收铜最主流的方法，浮选法能够回收铜精矿返回铜冶炼流程利用，但后续磁选所得铁精矿品位低，附加值不高。铜渣中铁含量高达40％左右，对这部分铁的回收主要分为两种：一种是利用空气或富氧空气氧化铜渣中的铁组分，此后破碎磁选，使富铁相与渣相分离；另一种是采用还原剂直接还原铜渣中的铁组分，再以磁选的方法实现铁的富集。王珩进行了阶段磨矿、阶段弱磁分选工艺研究。结果表明，由于磁性铁含量低、且粒度微细，所得精矿铁品位和铁回收率指标不理想；张林楠等采用高温熔融氧化法将Fe₂SiO₄转化为Fe₃O₄，再磁选富集，所得弱磁选产品指标也不理想；李磊等对铜渣进行了熔融还原炼铁工艺研究，得到了高品质的液态铁；杨慧芬等则对铜渣进行了直接还原提铁工艺研究，最终得到了优质海绵铁。王爽等以焦粉为还原剂，氧化钙为添加剂，获得了品位为92.96％的金属铁粉，铁回收率为93.49％，且产物杂质硫磷含量低，属优质炼钢辅料。

二是直接以铜尾渣为原料，利用其物理和化学性质，应用于建筑行业或其他相关行业。目前铜渣在水泥工业及建筑行业的应用已不少，且用途多样，主要有以下5点：(1)替代天然砂石用作房屋基础，道路路基和低洼地堆填；(2)替代铁矿粉用作硅酸盐水泥的铁质矫正材料；(3)制备磷酸盐砖瓦及泡沫保温材料；(4)用作金属加工过程中的除锈材料；(5)经高温溶化后制备黑色玻璃装饰材料和微晶玻璃。然而，铜渣在应用过程中存在的最大问题是利用率较低，平均添加率约5％。目前铜冶炼渣基本是以堆放保存，这些铜矿渣长期弃置占用土地，对水质和环境造成严重污染，开发铜渣高效资源化利用的新途径势在必行。国内外针对渣中有价金属的回收以及尾渣在建筑行业或其他相关行业的应用进行了大量的研究，但是，利用铜渣中有价金属的回收过程协同改变铜渣组成和赋存状态，从根源上改变铜渣低活性的本质，促进铜渣大规模应用的问题研究，未见相关报道。

近年来，为了解决冶金尾渣堆存问题，许多学者研究了矿渣制备新型胶凝材料应用于胶结填充过程中。胶结充填材料主要由骨料和胶结剂两部分组成。在选取胶结剂方面，大多数矿山选用普通硅酸盐水泥。根据充填矿山的充填采矿成本核算，以水泥作为胶结材料充填费用一般占采矿成本的1/3左右，而充填成本中充填料又占80％以上，高昂的充填成本给矿企带来巨大的经济压力。新型胶凝充填材料的开发不仅可大幅降低矿山胶结充填料的成本、提高企业竞争力，还能节约大量普通硅酸盐水泥，减排大量CO₂，并可减少废渣排放，保护环境。

目前最常用的充填胶凝材料有高炉渣、粉煤灰、钢渣和硅灰等矿渣微粉。在胶凝材料内部的碱性环境中，有活性的矿渣微粉能够与硅酸盐水泥水化反应生成的Ca(OH)₂发生反应，生成有利的C-S-H凝胶等水化产物，减少Ca(OH)₂含量，使水化产物颗粒变得细小，提高界面过渡区的密实程度，改善胶凝材料的微观结构。未参与反应的矿渣微粉则沉积在浆体与骨料间的过渡区，改善了这个原本最疏松、薄弱的区域的结构，使其密实度和结合强度增加。另外，掺入矿渣微粉也有助于改善胶凝材料的流动性，降低用水量，从而提高胶凝材料的抗渗性和耐久性。大量地用矿渣微粉来代替水泥，从胶凝材料的经济、能效、耐久性和生态利益看来，都有突出的优越性。但是由于铜渣中铁含量过高，钙含量过低，导致铜渣的水化活性较低[27]，极大限制了它在新型胶凝材料中的应用。国内外对铜渣的活化研究较少，埃及 J·R·Bragano用Ca(OH)₂、K₂SO₄等激发铜矿渣但活性未能提高；苏联玛特维因科进行增CaO、Al₂O₃等组分富化铜渣生产水泥的研究。由此可知，尽管铜渣与高炉渣、钢渣的化学组成不同，但它们的熔渣工艺大致相似。

发明内容