DOC《doi:10.3969/j.issn.1005-7854.2019.02.00x》

图表明铜在铁液中的溶解度会随碳含量的升高而降低,随温度的升高而升高.在1

573300 ℃K下,铜的溶解度可达10%. 牛丽萍等[13]等人采用天然气热解还原熔融态铜渣(全铁含量为40. 65%、铜含量0.884%)可得到金属,还原后渣含铁降低至2.58%,铜含量降低至0.03%.所得金属主要成分为铁(占93.69%)和铜(占1.93%),还含有少量碳和硫,铜和铁总收得率达到94. 09%. 韩国HEO等[14]等人用铝热还原熔炼铜渣获得铁.时发现,在Al/FeO摩尔比为0.53,、温度为1

500 ℃的条件下可回收60%的铁.高温下渣中有害元素(如砷、铅、锑等)挥发使得还原后的二次渣有害元素含量低,可用作清洁的功能材料.反应式为: 3(FeO)+2Al(s)=3Fe(l)+Al2O3(s), Gθ=-918200+165.6T(J/mol) Prince SARFO等人[6]用碳热法还原铜渣,在最佳实验条件温度1

432 ℃、还原时间90 min下,还原率可达99.9%,二次渣的强度2.75 g/cc. 曹志成等[15]用无烟煤作还原剂,在转底炉中对铜渣进行还原,在最佳还原条件:铜渣∶无烟煤∶石灰石∶工业纯碱=100:21.5:10:1,、还原温度1

280 ℃,、还原时间38 min,,

还原后通过磁选,磁场强度95.54 KA/m,得到TFe品位为92.38%的金属粒铁,铁的回收率可达88.39%.其工艺流程为: 图1 转底炉还原磨选铁工艺流程[15] Fig.1 Process flow of reduction and grinding of iron in rotary hearth furnace[15] 除了除回收有价值元素铁以外,有些铜渣还可以用来回收钼、钴等有价元素,这主要取决于铜渣的组成.牟兴兵等[16]等人采用石油焦粉还原熔炼自然冷却铜渣(含铜1.89%,含钴0.37%)回收铜钴,在熔炼温度1

400 ℃、石油焦粉用量6%、熔炼保温时间2 h 条件下,铜、钴的回收率分别达到94. 12%、98. 35%.

3 铜渣用作建筑材料 铜渣可以看作是FeO-CaO-SiO2-Al2O3氧化物体系,提取铁后二氧化硅的含量可提高至50%以上,铜渣或是铜渣尾渣还可应用于配制水泥、配置混凝土和砂浆、制备砂磨料、生产砖和隔热板、生产铸石、制备微晶玻璃、用作路基和道基等. 水泥熟料生产过程中需要添加铁胶质剂,原因是铁氧化物与二氧化硅反应生成较低熔点的硅酸铁,降低水泥熟料的烧成温度.从铜渣组成中可以看出铜渣含有大量铁的化合物,可以替代铁粉作配料生产水泥熟料,原料配比如表2所示,烧成水泥熟料的物理性能对比如表3所示[17]. 从表3中可以看出,用铜渣等尾渣代替铁粉和黏土制得的水泥熟料力学性能较好.该工艺在乌兰察布中联水泥有限公司生产线上正常使用. 表2 生产水泥熟料原料配比 Table

2 Ratio of raw material for production of cement clinker /% 配料方式 石灰质原料 铝质原料 硅质原料 铁质原料 石灰石 粉煤灰 黏土 磁铁尾矿 硅砂 铜渣 铁粉 用磁铁尾矿和铜渣 83.0 4.0 / 7.5 4.5 1.0 / 用黏土和铁粉 84.0 2.2 6.0 / 5.5 / 2.3 表3 熟料的物理性能对比 Table

3 Comparison of physical properties of clinker 配料方式 比表面 积/(m2/Kg) 标准稠度用水量/% 凝结时间/h:min 安定性/% 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 初凝 终凝 3天d28 天d

3 d天28 d天 用磁铁尾矿和铜渣

365 23.6 1:25 2:50

100 6.9 9.5 29.5 59.7 用黏土和铁粉

369 24.5 1:15 2:35

100 6.7 9.0 28.8 57.9 铜渣可以被看作是铁铝质火山灰,铜渣中富含的铁和铝氧化物可形成钙钒石(AFt)和单硫型水化硫铝酸钙(AFm),因此铜渣可以用作矿山回填的胶凝剂.PEYRONNARD等[18]研究发现对铜渣干燥和细磨后添加石灰和石膏可提高其胶凝性能. 砂子是现代混凝土建筑工程不可缺少的细骨料,而近年来建筑行业突飞猛进的发展,建筑用天然砂资源短缺问题日益突出.铜渣破碎后可代替砂子掺入混凝土中,变废为宝解决砂资源紧缺的问题.李曙光等[19]等人研究发现铜渣掺入混凝土后立方米抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度、握裹力、弹性模量等力学性能均较为掺入铜渣相近或有所提高,只有轴心抗压强度略有降低.在铜渣掺入量小于60%的情况下,混凝土的和易性也良好.铜渣耐磨性能良好,比标准砂的耐磨系数高一倍左右,铜渣与标准砂的耐磨性比较如表4所示.用铜渣配制的混凝土,适用于耐磨性要求高的建筑工程. 表4 铜渣与标准砂的耐磨性比较 Table