權(quán)利要求

1.銅渣還原含銅生鐵的配渣，其特征在于，按質(zhì)量份計(jì)，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(quán)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(jīng)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(quán)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(yīng)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(shí)開始控制中頻感應(yīng)爐功率進(jìn)行保溫，保溫40～60min后出料；出料時(shí)分為兩個(gè)坩堝盛熔融物料，其中一個(gè)用來盛尾渣粉，另一個(gè)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(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質(zhì)聚合物材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述地質(zhì)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(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質(zhì)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(jī)堿類物質(zhì)中的一種或多種。

6.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質(zhì)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(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質(zhì)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(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質(zhì)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(yīng)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(shí)開始控制中頻感應(yīng)爐功率進(jìn)行保溫，保溫40～60min后出料；出料時(shí)分為兩個(gè)坩堝盛熔融物料，其中一個(gè)用來盛尾渣，另一個(gè)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(xì)得到水淬尾渣粉，作為制備地質(zhì)聚合物材料的原料；

步驟3、地質(zhì)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(zhì)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(hù)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(hù)25～28d，得到銅渣還原生鐵后水淬尾渣制備的地質(zhì)聚合物材料。

9.如權(quán)利要求8所述的一種轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備地質(zhì)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(quán)利要求8所述的一種轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備地質(zhì)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(jī)進(jìn)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(jī)中進(jìn)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(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)伴隨著大量的副產(chǎn)品甚至是廢棄物產(chǎn)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(fù)雜，由多種氧化物構(gòu)成，并伴有硫化物、氟化物等物質(zhì)。渣中除含有銅、鐵、鋅、金、銀等，也含有砷、鉛等劇毒元素物質(zhì)。大量堆存的銅冶煉渣不僅占用土地資源，而且嚴(yán)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(dāng)于我國鐵礦石的平均品位，具有一定的回收價(jià)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(xiàn)報(bào)道相關(guān)回收理論與技術(shù)，但因回收成本過高而無法推廣應(yīng)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(yīng)用方面，不像煉鐵產(chǎn)生的高爐礦渣可直接大量用于水泥和建材領(lǐng)域，而銅渣僅作為水泥生產(chǎn)中的鐵質(zhì)校正原料，用量很小。另據(jù)報(bào)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(zhì)同大氣中的水分和CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而風(fēng)華和溶解，堿性環(huán)境下會(huì)引起膨脹，造成對結(jié)構(gòu)的破壞限制了其在建材領(lǐng)域的應(yīng)用。

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

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵及其尾渣地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，所述轉(zhuǎn)爐銅渣改質(zhì)還原生鐵并利用尾渣制備的地質(zhì)聚合物材料，以轉(zhuǎn)爐銅渣為原料，采用中頻感應(yīng)爐設(shè)備，將銅渣、改質(zhì)劑、還原劑和輔料加熱熔融，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度及保溫時(shí)長，使得熔融狀態(tài)的銅渣中含鐵物相轉(zhuǎn)化成鐵合金(主要為含銅生鐵)，實(shí)現(xiàn)渣、鐵分離，進(jìn)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(zhì)聚合物材料。實(shí)現(xiàn)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(fèi)的問題。所述的地質(zhì)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(zhì)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(jìn)行膠凝材料制備。本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵及其尾渣地質(zhì)聚合物材料制備方法實(shí)現(xiàn)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(fèi)的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

一種轉(zhuǎn)爐銅渣還原生鐵的配渣，按質(zhì)量份計(jì)，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(jìn)一步地，所述的銅渣為緩冷塊狀銅渣，需經(jīng)過烘干后破碎，塊狀粒徑不大于10cm。

進(jìn)一步地，所述的生石灰中有效氧化鈣含量不小于80％。

進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)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(yīng)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(shí)開始控制中頻感應(yīng)爐功率進(jìn)行保溫，保溫40～60min后出料。出料時(shí)分為兩個(gè)坩堝盛熔融物料，其中一個(gè)用來盛尾渣，另一個(gè)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(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質(zhì)聚合物材料，按質(zhì)量份數(shù)計(jì)，所述地質(zhì)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(jìn)一步地，所述的堿激發(fā)劑包括堿類、硅酸鹽類、有機(jī)堿類物質(zhì)中的一種或多種。

進(jìn)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(jìn)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(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備的地質(zhì)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(yīng)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(shí)開始控制中頻感應(yīng)爐功率進(jìn)行保溫，保溫40～60min后出料。出料時(shí)分為兩個(gè)坩堝盛熔融物料，其中一個(gè)用來盛尾渣，另一個(gè)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(xì)得到水淬尾渣粉，作為制備地質(zhì)聚合物材料的原料。

步驟3、地質(zhì)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(zhì)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(hù)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(hù)25～28d，得到銅渣還原生鐵后水淬尾渣制備的地質(zhì)聚合物材料。

進(jìn)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(shí)間(min)功率(kw)說明101加料21053201043015540206503076040840直至熔融9達(dá)到預(yù)設(shè)溫度1300～1400℃10通過調(diào)整功率，保溫40～60min11出料

進(jìn)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(jī)進(jìn)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(jī)中進(jìn)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(zhì)聚合物材料的方法，其制備機(jī)理為：以單純的銅渣提鐵為目標(biāo)進(jìn)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(zhì)聚合物材料的成分差異較大，因此，在銅渣提鐵選擇渣型時(shí)考慮適當(dāng)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(zhì)聚合物材料的要求。將水淬尾渣粉配一定數(shù)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(zhì)在強(qiáng)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(yīng)，硅氧四面體和鋁氧四面體重構(gòu)形成新的凝膠體N(C)-A-S-H，然后進(jìn)一步聚合脫水后形成空間網(wǎng)絡(luò)，最終地質(zhì)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(zhì)聚合物材料的方法采用有價(jià)金屬回收和堿激發(fā)工業(yè)固廢活化的耦合技術(shù)，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(shí)現(xiàn)了固廢零排放，徹底解決銅渣堆存、污染環(huán)境、資源浪費(fèi)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(zhì)聚合物材料的方法得到的新型地質(zhì)聚合物材料各項(xiàng)性能指標(biāo)良好，較硅酸鹽水泥制品具有抗侵蝕性能優(yōu)良的特點(diǎn)。

附圖說明

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

具體實(shí)施方式

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

實(shí)施例1。

一種轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備地質(zhì)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(yīng)爐坩堝內(nèi)。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(dá)到1300℃后保溫60min出料，出料時(shí)分為兩個(gè)坩堝盛熔融物料，其中一個(gè)用來盛尾渣，另一個(gè)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(jī)進(jìn)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(jī)中進(jìn)行精磨60min之后過325目篩達(dá)到D80。此時(shí)制得的水淬尾渣粉的比表面積大于450m2/kg。

步驟3、地質(zhì)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(zhì)聚合物漿體。

實(shí)施例2。

一種轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備地質(zhì)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(yīng)爐坩堝內(nèi)。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(dá)到1400℃后保溫60min出料，出料時(shí)分為兩個(gè)坩堝盛熔融物料，其中一個(gè)用來盛尾渣，另一個(gè)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(jī)進(jìn)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(jī)中進(jìn)行精磨60min之后過325目篩達(dá)到D80。此時(shí)制得的水淬尾渣粉的比表面積大于450㎡/kg。

步驟3、地質(zhì)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(zhì)聚合物漿體。

實(shí)施例3。

一種轉(zhuǎn)爐銅渣提鐵后尾渣制備地質(zhì)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(yīng)爐坩堝內(nèi)。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(dá)到1300℃后保溫60min出料，出料時(shí)分為兩個(gè)坩堝盛熔融物料，其中一個(gè)用來盛尾渣，另一個(gè)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(jī)進(jìn)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(jī)中進(jìn)行精磨60min之后過325目篩達(dá)到D80。此時(shí)制得的水淬尾渣粉的比表面積大于450㎡/kg。

步驟3、地質(zhì)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(zhì)聚合物漿體。

實(shí)施例4地質(zhì)聚合物材料性能測試。

通過如下檢測方法對實(shí)施例1～3制得的地質(zhì)聚合物材料進(jìn)行性能測試。

(1)力學(xué)性能測試。

參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》進(jìn)行7d、28d抗壓、抗折強(qiáng)度測試，要求試件尺寸：40mm×40mm×160mm；試件按標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

(2)流動(dòng)性能測試。

參照GB/T50119-2013《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行流動(dòng)度測試，采用上口直徑70mm，下口直徑100mm，高60mm的截面錐形筒進(jìn)行砂漿流動(dòng)度測試。

(3)抗?jié)B性能測試。

參照J(rèn)GJ70-90《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》進(jìn)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(yàn)方法》進(jìn)行。

測試結(jié)果如表1所示。

表1.實(shí)施例1～3制得的膠凝材料性能測試結(jié)果。

由表1可知，實(shí)施例1～3制備的地質(zhì)聚合物材料性能指標(biāo)較好，不僅提取了有價(jià)金屬鐵，而且利用其尾渣和其他工業(yè)固廢制備的地質(zhì)聚合物材料，實(shí)現(xiàn)固廢零排放。

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