铜冶炼渣制备建筑材料及功能材料的研究进展

来源期刊：材料导报2020年第13期

论文作者：史公初 廖亚龙 张宇 苏博文 王伟

文章页码：13044 - 26106

关键词：铜冶炼渣;物相特征;清洁利用;建筑材料;功能材料;

摘    要：铜是现代工业中不可或缺的基础材料,作为世界上最大的精炼铜生产国,我国每年产出近2 000万t铜冶炼渣(以下简称铜渣)。虽然铜渣中含有大量有价金属,但因其综合利用率极低,绝大部分的铜渣露天堆积,占用大量土地。此外,铜渣中含有不可生物降解性的砷、铅等剧毒物质,在堆积过程中会浸入土壤、流入江河,在生物体内积累,导致许多疾病与健康隐患。如何利用铜渣缓解矿产资源压力,实现经济与环境共赢,已成为当下迫切需要处理的难题。铜渣富含铁和硅元素,主要由铁硅酸盐和磁铁矿相组成,提取和分离其中的铜、铁等有价元素的工艺不仅能耗高,也达不到无害化和减量化处理的目的。而铜渣能够直接、完全应用于建筑材料的制备,可获得相应高性能的材料,工艺过程环保,是铜渣清洁利用的首选方案。用铜渣取代天然矿物制备的铜渣微晶玻璃与矿渣棉不仅具有与传统微晶玻璃、矿棉相似甚至更优的性能,而且能够减少环境污染,降低工业成本,实现废渣高附加值再利用,具有广阔的市场前景。此外,虽然铜渣在建筑、功能材料等领域的应用研究取得了显著成效,但也存在一些不足之处需要进一步研究。例如,利用铜渣制备混凝土时,需要对铜渣的活性进行激发,但物理激发因经济因素导致效果有限,而化学激发不能应用于大规模工程;铜渣制备出的微晶玻璃产品质量不稳定、成品率低、色调单一,不能满足市场需求;铜渣成分复杂且差异较大,严重影响水泥混凝土、微晶玻璃的性能可控性。本文综述了不同炼铜工艺所产生的铜渣的物相特征及物理性质,分析了利用选矿及物理化学方法提取铜渣中铜、铁有价金属过程存在的问题,介绍了铜渣直接用于水泥、混凝土、沥青路面等建筑材料以及微晶玻璃、矿渣棉、磨料等功能材料方面的应用研究现状,剖析了铜渣在制备建筑、功能材料方面的清洁工艺中存在的问题和缺陷,并展望了其应用与研究方向。