[发明专利]一种利用火法冶炼铜渣制备陶瓷材料的方法

说明书

本发明提供一种利用火法冶炼铜渣制备陶瓷材料的方法，属于固废综合利用技术领域。该方法以铜渣为主要原料制备陶瓷，其掺量占总原料重量百分含量的60‑100％。按照传统陶瓷制备方法，对掺铜渣的陶瓷生坯在1050～1180℃进行烧结，获得陶瓷材料。本发明利用铜渣制备的陶瓷材料在微观上，其含铁矿相主要为赤铁矿相，并且赤铁矿相分布在石英颗粒外层并相互连接形成三维骨架的结构，显著增强陶瓷的力学性能。其中固废掺量60‑100％，铜渣利用率较高；产品力学性能优良；烧成温度较低，1050‑1180℃，节约能耗。本发明工艺简单，适合工业化推广应用，可用作为普通仿古砖或抛光陶瓷砖等建筑陶瓷材料，也可以作为特殊高强耐磨的工业陶瓷材料，具有优异环境效益、经济效益和社会效益。

技术领域

本发明涉及固废综合利用技术领域，特别是指一种利用火法冶炼铜渣制备陶瓷材料的方法。

背景技术

随着冶金工业的发展，冶金固废的堆存问题已经成为环境问题中的一大难题，以有色冶金渣铜渣为例，目前，我国的铜主要是由火法冶炼产生的。按铜冶炼过程中每产出1t精铜排放2.2t铜渣计算，2015年底我国精炼铜产能为1056万吨，按这个产能计算，我国2015年就产出2300万吨的冶炼铜渣。大量的铜渣堆积，不仅占据了大量土地，还造成了环境污染，同时对铜渣本身也是一种资源的浪费。

陶瓷工业是原料大量消耗的基础产业，2013年，建陶产量96亿m³；2014年，建陶产量102亿m³；2015年约101.8m³，我国建陶产量已连续20年居世界首位。但是，我国建陶产业的高速发展是凭借我国资源、劳动力的优势，近些年的高速发展也使得自然资源的匮乏尤其是优质粘土资源日渐枯竭，以瓷砖为例，每平米瓷砖需要消耗30～35kg粘土，按照目前国内建陶业生产速度，几十年后国内可能找不到适合生产传统陶瓷的粘土资源。原料资源的短缺，利用非传统陶瓷原料如废陶瓷，冶金渣，粉煤灰，垃圾焚烧飞灰等，必然是一个发展趋势。

本发明所涉及的铜渣，是经过提取其中部分金属后的贫化铜渣其主要矿相组成是铁橄榄石和磁铁矿，化学组成中Fe₂O₃含量30％以上。但铜渣在进行铁元素富集生产铁精粉时，大量铁橄榄石的存在会使富集的铁精粉含有大量硅元素，大大增加了后续冶金生产过程中降硅的成本。专利公开号CN105702411A公开了一种铜渣回收制备铜锌铁氧体的方法，属于铜渣高附加值材料应用，但是工艺复杂，强酸强碱浸出废液产生二次污染，不适合大规模工业推广；专利公开号CNIO6396435A公开了一种铜渣水泥的制备，性能优良，但产品附加值低，掺量仅为0.8％～1.7％,利用率低。专利公开号CN104651611A展示了一种铜渣协同废钛渣制备合金材料的方法，其制备温度需要1800℃～2500℃，温度较高，能耗较大。专利公开号CN104844158A、CN105417958A、CN 105884329A,CN 105541296A专利分别用中间包覆渣、铜尾矿、富镁冶金镍渣制备出性能优异的陶瓷材料，证实了冶金固废取代部分传统陶瓷原料的可行性,其中，CN 105541296A专利提及的铜尾矿也是属于冶铜工业产生的废渣，但是产生流程与组成与本发明中提及的火法冶炼铜渣并不相同。铜尾矿是指选矿流程中将铜矿石磨细，浮选铜品位较高的铜精矿后所剩余的废料，其二氧化硅组成含量较高通常大于60％，铁品位在10左右，其含铁矿相为3价铁的赤铁矿，褐铁矿；而火法冶炼铜渣包括反射炉铜渣和鼓风炉铜渣，其二氧化硅组成含量通常约为30％～40％，铁品位27-35，含铁矿相为含二价铁的铁橄榄石和少量磁铁矿，其原料与最终产品性能均与本发明不相同。

本发明将铜渣应用于陶瓷材料行业，兼顾铜渣中多种组成，高掺量高附加值利用，同时代替粘土，缓解过度开采粘土矿物对生态造成的破坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用火法冶炼铜渣制备陶瓷材料的方法。