權利要求

1.銅渣還原含銅生鐵的配渣，其特征在于，按質量份計，所述配渣是由以下組分組成：銅渣 80～100份、生石灰 7～10份、焦炭10～15份、螢石 0～5份。

2.如權利要求1所述的銅渣還原含銅生鐵的配渣，其特征在于，所述的銅渣為緩冷塊狀銅渣，需經過烘干后破碎，塊狀粒徑不大于10cm；所述的生石灰中有效氧化鈣含量不小于80%；所述的焦炭為冶金焦炭，粒度大于25mm，灰分小于等于13.5%，硫分小于等于0.90%，揮發(fā)分小于等于1.8%；所述的螢石中CaF2含量不小于90%，SiO2含量不大于9.0%，S含量不大于0.1%，P含量不大于0.06%。

3.如權利要求1所述的銅渣還原含銅生鐵的配渣的制備方法，其特征在于，具體步驟如下：按比例稱取銅渣、生石灰、焦炭、螢石，從下至上按照焦炭、生石灰、銅渣、螢石的順序分層置于中頻感應爐坩堝中，對物料加熱，待物料全部熔化后測量熔池溫度，繼續(xù)加熱至熔池溫度為1300～1400℃時開始控制中頻感應爐功率進行保溫，保溫40～60min后出料；出料時分為兩個坩堝盛熔融物料，其中一個用來盛尾渣粉，另一個用來盛含銅生鐵，然后將熔融狀態(tài)的尾渣緩慢的倒入水淬池中，待降至常溫備用，即得水淬尾渣粉；將降至常溫的含銅生鐵從坩堝中取出，即得含銅生鐵。

4.轉爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質聚合物材料，按質量份數計，所述地質聚合物材料是由以下組分組成：水淬尾渣粉 200～250份、粉煤灰 650～750份、堿激發(fā)劑 12～20份、纖維 20～30份、減水劑2～6份。

5.如權利要求4所述的轉爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質聚合物材料，其特征在于，所述的堿激發(fā)劑包括堿類、硅酸鹽類、有機堿類物質中的一種或多種。

6.如權利要求4所述的轉爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質聚合物材料，其特征在于，所述的纖維包括聚丙烯纖維、石棉纖維或氟橡膠纖維中的至少一種或多種。

7.如權利要求4所述的轉爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質聚合物材料，其特征在于，所述減水劑為萘系減水劑或聚羧酸減水劑中的一種。

8.如權利要求4所述的轉爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質聚合物材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、按比例稱重 ：銅渣 80～100份、生石灰 7～10份、焦炭10～15份、螢石 0～5份，從下至上按照焦炭、生石灰、銅渣、螢石的順序分層置于中頻感應爐坩堝中，按照特定升溫制度對物料加熱，待物料全部熔化后測量熔池溫度，繼續(xù)加熱至熔池溫度為1300～1400℃時開始控制中頻感應爐功率進行保溫，保溫40～60min后出料；出料時分為兩個坩堝盛熔融物料，其中一個用來盛尾渣，另一個用來盛生鐵，然后將熔融狀態(tài)的尾渣緩慢的倒入水淬池中，待降至常溫備用，即得水淬尾渣；

步驟2、水淬尾渣活化：將步驟1制得的水淬尾渣取出烘干、磨細得到水淬尾渣粉，作為制備地質聚合物材料的原料；

步驟3、地質聚合物材料制備：將水淬尾渣粉、粉煤灰混合攪拌均勻，用NaOH、水玻璃和水配制堿激發(fā)劑，然后將堿激發(fā)劑倒入混合粉料中，攪拌3min至混合均勻后即得到地質聚合物漿體；將其倒入試模振搗成型得到試塊，將其置于相對濕度50～60%，溫度20±1℃的環(huán)境中養(yǎng)護28h后脫模得到試件，將試件置于相對濕度80～95%，溫度20±1℃的環(huán)境中養(yǎng)護25～28d，得到銅渣還原生鐵后水淬尾渣制備的地質聚合物材料。

9.如權利要求8所述的一種轉爐銅渣提鐵后尾渣制備地質聚合物材料，其特征在于，步驟1中所述的特定升溫制度如下表所示：

。

10.如權利要求8所述的一種轉爐銅渣提鐵后尾渣制備地質聚合物材料，其特征在于，所述步驟2的具體制備方法為將步驟1制得的水淬尾渣烘干后倒入球磨機進行初步球磨40min，過100目篩后的較小顆粒水淬尾渣粉在球磨機中進行精磨60min之后過325目篩，其中所述的水淬尾渣粉的表觀密度為3.5～3.7g/m3，所述的水淬尾渣粉的比表面積大于450m2/kg。

說明書

技術領域

本發(fā)明屬于有色金屬冶煉固廢綜合利用領域，涉及轉爐銅渣提鐵后尾渣制備地質聚合物材料的方法，具體涉及一種尾渣制備地質聚合物材料的方法。

背景技術

隨著我國經濟建設的迅速發(fā)展，工業(yè)生產伴隨著大量的副產品甚至是廢棄物產生，而有色冶煉渣就是其中之一，如果沒有被利用只能大量堆棄。銅渣是有色冶金行業(yè)中的一種主要固體廢棄物，其組成復雜，由多種氧化物構成，并伴有硫化物、氟化物等物質。渣中除含有銅、鐵、鋅、金、銀等，也含有砷、鉛等劇毒元素物質。大量堆存的銅冶煉渣不僅占用土地資源，而且嚴重污染大氣和水源，因此消納堆存銅渣問題急需解決。

銅渣中含有大量的鐵和硅，鐵含量約40％，相當于我國鐵礦石的平均品位，具有一定的回收價值。鐵主要分布在橄欖石相和少量磁性氧化鐵相中，難于提取和富集，雖然文獻報道相關回收理論與技術，但因回收成本過高而無法推廣應用。

銅冶煉爐渣中FeO和SiO2的含量之和接近80％，而CaO含量卻偏低，與硅酸鹽水泥建材的成分差異較大，在建材應用方面，不像煉鐵產生的高爐礦渣可直接大量用于水泥和建材領域，而銅渣僅作為水泥生產中的鐵質校正原料，用量很小。另據報道，銅渣作為砂的替代品用于水泥和建材，然后，銅渣中的氧化鐵等堿性物質同大氣中的水分和CO2發(fā)生化學反應而風華和溶解，堿性環(huán)境下會引起膨脹，造成對結構的破壞限制了其在建材領域的應用。

為解決現有技術存在的問題，將銅渣作為資源進行綜合利用，特提出此發(fā)明。

發(fā)明內容

鑒于現有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種轉爐銅渣提鐵及其尾渣地質聚合物材料及其制備方法，所述轉爐銅渣改質還原生鐵并利用尾渣制備的地質聚合物材料，以轉爐銅渣為原料，采用中頻感應爐設備，將銅渣、改質劑、還原劑和輔料加熱熔融，達到預設溫度及保溫時長，使得熔融狀態(tài)的銅渣中含鐵物相轉化成鐵合金(主要為含銅生鐵)，實現渣、鐵分離，進而獲得鐵合金和尾渣。然后將熔融尾渣水淬急冷，再以水淬尾渣和粉煤灰為原料，采用激發(fā)劑將其制備為地質聚合物材料。實現固廢綜合利用、零排放，從而解決銅渣堆存、污染環(huán)境、資源浪費的問題。所述的地質聚合物材料的制備方法包括：1)選擇合適的火法冶煉配渣渣型，渣型要求既要保證生鐵的順利提取，又要保證尾渣成分滿足制備地質聚合物材料的要求；2)選用合適的激發(fā)劑和配料對水淬尾渣進行膠凝材料制備。本發(fā)明提供的轉爐銅渣提鐵及其尾渣地質聚合物材料制備方法實現了固廢綜合利用、零排放，從而解決銅渣堆存、污染環(huán)境、資源浪費的問題。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案。

一種轉爐銅渣還原生鐵的配渣，按質量份計，所述配渣是由以下組分組成：銅渣80～100份、生石灰7～10份、焦炭10～15份、螢石0～5份。

進一步地，所述的銅渣為緩冷塊狀銅渣，需經過烘干后破碎，塊狀粒徑不大于10cm。

進一步地，所述的生石灰中有效氧化鈣含量不小于80％。

進一步地，所述的焦炭為冶金焦炭，粒度大于25mm，灰分小于等于13.5％，硫分小于等于0.90％，揮發(fā)分小于等于1.8％。

進一步地，所述的螢石中CaF2含量不小于90％，SiO2含量不大于9.0％，S含量不大于0.1％，P含量不大于0.06％。

所述轉爐銅渣還原生鐵的配渣的制備方法具體步驟如下：按比例稱重銅渣、生石灰、焦炭、螢石，從下至上按照焦炭、生石灰、銅渣、螢石的順序分層置于中頻感應爐坩堝中，對物料加熱，待物料全部熔化后測量熔池溫度，繼續(xù)加熱至熔池溫度為1300～1400℃時開始控制中頻感應爐功率進行保溫，保溫40～60min后出料。出料時分為兩個坩堝盛熔融物料，其中一個用來盛尾渣，另一個用來盛生鐵，然后將熔融狀態(tài)的尾渣緩慢的倒入水淬池中，待降至常溫備用，即得水淬尾渣。將降至常溫的生鐵從坩堝中取出，即得生鐵。

一種轉爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質聚合物材料，按質量份數計，所述地質聚合物材料是由以下組分組成：水淬尾渣粉200～250份、粉煤灰650～750份、堿激發(fā)劑12～20份、纖維20～30份、減水劑2～6份。

進一步地，所述的堿激發(fā)劑包括堿類、硅酸鹽類、有機堿類物質中的一種或多種。

進一步地，所述的纖維包括聚丙烯纖維、石棉纖維或氟橡膠纖維中的至少一種或多種。

進一步地，所述減水劑為萘系減水劑或聚羧酸減水劑中的一種。

所述轉爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質聚合物材料的制備方法包括如下步驟。

步驟1、按比例稱重：銅渣80～100份、生石灰7～10份、焦炭10～15份、螢石0～5份，從下至上按照焦炭、生石灰、銅渣、螢石的順序分層置于中頻感應爐坩堝中，按照表1中特定的升溫制度對物料加熱，待物料全部熔化后測量熔池溫度，繼續(xù)加熱至熔池溫度為1300～1400℃時開始控制中頻感應爐功率進行保溫，保溫40～60min后出料。出料時分為兩個坩堝盛熔融物料，其中一個用來盛尾渣，另一個用來盛生鐵，然后將熔融狀態(tài)的尾渣緩慢的倒入水淬池中，待降至常溫備用，即得水淬尾渣。

步驟2、水淬尾渣活化：將步驟1制得的水淬尾渣取出烘干、磨細得到水淬尾渣粉，作為制備地質聚合物材料的原料。

步驟3、地質聚合物材料的制備：將水淬尾渣粉、粉煤灰混合攪拌均勻，用NaOH、水玻璃和水配制堿激發(fā)劑，然后將堿激發(fā)劑倒入混合粉料中，攪拌3min至混合均勻后即得到地質聚合物漿體。將其倒入試模振搗成型得到試塊，將其置于相對濕度50～60％，溫度20±1℃的環(huán)境中養(yǎng)護28h后脫模得到試件，將試件置于相對濕度80～95％，溫度20±1℃的環(huán)境中養(yǎng)護25～28d，得到銅渣還原生鐵后水淬尾渣制備的地質聚合物材料。

進一步地，步驟1中所述的特定的升溫制度見表1。

表1.特定的升溫制度。

序號時間(min)功率(kw)說明101加料21053201043015540206503076040840直至熔融9達到預設溫度1300～1400℃10通過調整功率，保溫40～60min11出料

進一步地，所述步驟2的具體制備方法為將步驟1制得的水淬尾渣烘干后倒入球磨機進行初步球磨40min，過100目篩后的較小顆粒水淬尾渣粉在球磨機中進行精磨60min之后過325目篩。其中所述的水淬尾渣粉的表觀密度為3.5～3.7g/m3，所述的水淬尾渣粉的比表面積大于450m2/kg。

本發(fā)明提出的銅渣還原生鐵后水淬尾渣制備地質聚合物材料的方法，其制備機理為：以單純的銅渣提鐵為目標進行配渣相對容易，但該種渣型還原生鐵后的尾渣屬于低鋁、高硅型，與地質聚合物材料的成分差異較大，因此，在銅渣提鐵選擇渣型時考慮適當減小堿度，既要控制渣的黏度保證順利提鐵，又要控制尾渣中的硅、鋁含量，以此得到的尾渣成分滿足制備地質聚合物材料的要求。將水淬尾渣粉配一定數量的粉煤灰提高鋁含量。將二者混合均勻后加入堿激發(fā)劑，兩種物質在強堿環(huán)境下，溶解后水淬尾渣粉和粉煤灰中的硅鋁相發(fā)生反應，硅氧四面體和鋁氧四面體重構形成新的凝膠體N(C)-A-S-H，然后進一步聚合脫水后形成空間網絡，最終地質聚合物體系硬化。

本發(fā)明的有益效果如下。

(1)本發(fā)明提出的銅渣還原生鐵后水淬尾渣制備地質聚合物材料的方法采用有價金屬回收和堿激發(fā)工業(yè)固廢活化的耦合技術，既回收了銅渣中的鐵，又利用水淬尾渣、粉煤灰等工業(yè)固廢制備新型膠凝材料，實現了固廢零排放，徹底解決銅渣堆存、污染環(huán)境、資源浪費的問題。

(2)本發(fā)明提出的銅渣還原生鐵后水淬尾渣制備地質聚合物材料的方法得到的新型地質聚合物材料各項性能指標良好，較硅酸鹽水泥制品具有抗侵蝕性能優(yōu)良的特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例轉爐銅渣還原生鐵后水淬尾渣制備地質聚合物材料的制備方法的實施流程總體示意圖。

具體實施方式

本實施例以本技術方案為前提，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍并不限于本實施例。

實施例1。

一種轉爐銅渣提鐵后尾渣制備地質聚合物材料的制備方法，包括如下步驟。

步驟1、銅渣還原生鐵：稱取銅渣100份，生石灰10份，焦炭13份，將每種物料均分為兩份，分兩次自下而上按照焦炭、銅渣、生石灰的順序依次平鋪于中頻感應爐坩堝內。按照表1中特定的升溫制度加熱至全部物料熔融，測量熔池溫度達到1300℃后保溫60min出料，出料時分為兩個坩堝盛熔融物料，其中一個用來盛尾渣，另一個用來盛生鐵。

步驟2、水淬尾渣活化：將熔融狀態(tài)的尾渣緩慢的倒入水淬池中，待降至常溫后置入烘干箱烘干4h，將烘干的水淬尾渣倒入球磨機進行初步球磨40min，過100目篩后的較小顆粒水淬尾渣粉在球磨機中進行精磨60min之后過325目篩達到D80。此時制得的水淬尾渣粉的比表面積大于450m2/kg。

步驟3、地質聚合物材料制備：稱取水淬尾渣粉220份，粉煤灰700份，NaOH 1份，水玻璃6份，水150份，纖維20份，減水劑5份，先將水淬尾渣粉和粉煤灰混合均勻，然后用NaOH、水玻璃和水配制堿激發(fā)劑，將堿激發(fā)劑倒入混合粉料中，攪拌3min至混合均勻后即得到地質聚合物漿體。

實施例2。

一種轉爐銅渣提鐵后尾渣制備地質聚合物材料的制備方法，包括如下步驟。

步驟1、銅渣還原生鐵：稱取銅渣90份，生石灰8份，焦炭15份，螢石2份，將每種物料均分為兩份，分兩次自下而上按照焦炭、銅渣、生石灰的順序依次平鋪于中頻感應爐坩堝內。按照表1中特定的升溫制度加熱至全部物料熔融，測量熔池溫度達到1400℃后保溫60min出料，出料時分為兩個坩堝盛熔融物料，其中一個用來盛尾渣，另一個用來盛生鐵。

步驟2、水淬尾渣活化：將熔融狀態(tài)的尾渣緩慢的倒入水淬池中，待降至常溫后置入烘干箱烘干4h，將烘干的水淬尾渣倒入球磨機進行初步球磨40min，過100目篩后的較小顆粒水淬尾渣粉在球磨機中進行精磨60min之后過325目篩達到D80。此時制得的水淬尾渣粉的比表面積大于450㎡/kg。

步驟3、地質聚合物材料制備：稱取水淬尾渣粉200份，粉煤灰720份，NaOH 2份，水玻璃6份，水180份，纖維18份，減水劑5份，先將水淬尾渣粉和粉煤灰混合均勻，然后用NaOH、水玻璃和水配制堿激發(fā)劑，將堿激發(fā)劑倒入混合粉料中，攪拌3min至混合均勻后即得到地質聚合物漿體。

實施例3。

一種轉爐銅渣提鐵后尾渣制備地質聚合物材料的制備方法，包括如下步驟。

步驟1、銅渣還原生鐵：稱取銅渣100份，生石灰8份，焦炭12份，螢石5份，將每種物料均分為兩份，分兩次自下而上按照焦炭、銅渣、生石灰的順序依次平鋪于中頻感應爐坩堝內。按照表1中特定的升溫制度加熱至全部物料熔融，測量熔池溫度達到1300℃后保溫60min出料，出料時分為兩個坩堝盛熔融物料，其中一個用來盛尾渣，另一個用來盛生鐵。

步驟2、水淬尾渣活化：將熔融狀態(tài)的尾渣緩慢的倒入水淬池中，待降至常溫后置入烘干箱烘干4h，將烘干的水淬尾渣倒入球磨機進行初步球磨40min，過100目篩后的較小顆粒水淬尾渣粉在球磨機中進行精磨60min之后過325目篩達到D80。此時制得的水淬尾渣粉的比表面積大于450㎡/kg。

步驟3、地質聚合物材料制備：稱取水淬尾渣粉240份，粉煤灰680份，NaOH 1.5份，水玻璃7份，水165份，纖維15份，減水劑5份，先將水淬尾渣粉和粉煤灰混合均勻，然后用NaOH、水玻璃和水配制堿激發(fā)劑，將堿激發(fā)劑倒入混合粉料中，攪拌3min至混合均勻后即得到地質聚合物漿體。

實施例4地質聚合物材料性能測試。

通過如下檢測方法對實施例1～3制得的地質聚合物材料進行性能測試。

(1)力學性能測試。

參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》進行7d、28d抗壓、抗折強度測試，要求試件尺寸：40mm×40mm×160mm；試件按標準養(yǎng)護制度進行養(yǎng)護。

(2)流動性能測試。

參照GB/T50119-2013《混凝土外加劑應用技術標準》進行流動度測試，采用上口直徑70mm，下口直徑100mm，高60mm的截面錐形筒進行砂漿流動度測試。

(3)抗?jié)B性能測試。

參照JGJ70-90《建筑砂漿基本性能試驗方法》進行抗?jié)B性能測試，試模尺寸：上口直徑70mm，下口直徑80mm，高30mm的截頭圓錐帶金屬底座試模。

(4)抗硫酸鹽侵蝕性能測試。

參考GBT749-2008《水泥抗硫酸鹽侵蝕試驗方法》進行。

測試結果如表1所示。

表1.實施例1～3制得的膠凝材料性能測試結果。

由表1可知，實施例1～3制備的地質聚合物材料性能指標較好，不僅提取了有價金屬鐵，而且利用其尾渣和其他工業(yè)固廢制備的地質聚合物材料，實現固廢零排放。

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轉爐銅渣提鐵及其尾渣地質聚合物材料及其制備.pdf