铜渣还原活化回收铁及制备高性能胶凝材料基础研究

Copper slags have much copper, iron and other valuable metals. And most copper slags are stockpiling. One of the major reason is the low activity of copper slags. Smelting reduction was an important method of recovering iron from copper slags. And the adding of slag-making material is an important technology of promoting iron separation and stable smelting. Particularly, the adding of slag-making material is the only way to reconsitution copper slags and fundamentally change the copper activity. Hence, a synergy technology of recovering iron by reduction and excitation copper slags is proposed. The relations of phases and activity of copper slags are studied. And high activity copper slags system is reconstruction. Besides, a preparation technology of cementation meterial is developed. The double excitation of physical and chemical methods on the impact of cementation meterial properties mechanism are analyzed. And the feasible of applying copper slags system cementation meterial to mine backfilling is discussed to drastically solve the stockpiling problem of copper slags.

铜渣富含铜、铁等有价金属，目前大量堆存，低活性是铜渣无法大规模资源化利用的主要原因之一。熔融还原是铜渣回收铁元素的重要方法，其中添加辅助造渣剂是促进铁元素析出和实现熔炼稳定的关键。同时，辅助造渣剂的加入也是实现铜渣重构，彻底改变铜渣低活性问题的重要方法。基于此，项目提出还原提铁—铜渣活化耦合工艺，利用铜渣提铁过程实现铜渣活化的协同强化，研究铜渣活性与相组成的重要关系，重构高活性铜渣体系。开发铜渣体系新型胶凝材料制备新工艺，分析机械活化与化学激发双重激发方式对胶凝材料性能的影响机制，探索新体系胶凝材料在矿山胶结充填中应用的可行性。为彻底解决铜渣堆存问题，实现“矿从山中来，渣回山中去”的循环经济提供理论和研究基础。

本项目以铜渣为原料，系统开展了还原提铁-铜渣活化耦合工艺，即利用铜渣提铁过程协同活化铜渣，并基于高活性铜渣开发铜渣体系新型胶凝材料的制备及胶结性能的研究。分别考察了不同还原温度、保温时间、还原剂和石灰添加量对铁回收率和还原渣活性的影响，最终确定最佳渣相重构回收金属铁和还原渣制备胶凝材料的试验条件。通过实验研究，得到以下结论：.（1）明确了铜渣高温活化和渣相重构的机理。在还原渣物相重构过程中，石灰和还原剂是还原渣具有胶凝活性的关键因素。冶炼渣在还原过程中，铁不断被还原，随着石灰的加入，还原渣中的物相会形成CaSiO3相和玻璃相，随着石灰含量增多，还原渣的物相逐渐转变为Ca3Si2O7相和Ca2SiO4相，玻璃相逐渐减少，且有剩余CaO出现，这是由于反应温度低，剩余的CaO无法继续参与高钙硅酸盐的生成；.（2）探明了不同温度、还原剂和石灰对还原提铁和还原渣胶结活性的影响。结果表明，在铜火法冶炼产生的铜渣1300-1400℃范围内，铁的回收率超过了85%，可以满足铜渣还原回收铁的要求28 d 胶凝材料水化后，抗压强度随着温度的升高而逐渐增加，结合冶炼实际生产条件，其适宜的温度为 1400 ℃；活化剂石灰和还原剂煤炭是还原渣物相重构的关键因素。且随着随着二者含量的不断增加，不仅有利于还原金属铁的回收率，而且有利于提高新型胶凝材料的抗压强度。相比于石灰对铁还原的影响，煤炭对其影响比较大。还原剂煤炭的增加其抗压强度影响较为明显；.（3）综上所述，确定耦合强化还原提铁和铜渣活化的熔炼参数为：焙烧温度为1400 ℃，碳粉添加量为铜渣质量的32%，氧化钙添加量为铜渣质量的10%，恒温时间为100 min，熔炼结束后经弱磁选可获得铁品位为67.47%的还原铁精矿，铁回收率为92.32%；同时获得铁含量14%-20%，钙含量7%-9%， 硅含量15%-16%的活性铜渣。利用活性铜渣制备的胶凝材料的抗压强度 28 d 时达到 9.7 MPa。.（4）开发了胶凝材料强化制备装置，建立铜渣提铁—制备新型胶凝材料的工艺技术原型。