銅是現代經濟發展的基礎工業原料之一,由于其具有良好的導電導熱性能、抗磨耐磨性能、延展性能及可塑性,在電子電器、交通設備、機械制造、能源運輸和建筑行業都有著廣泛的應用。工業時代開始,從礦石中進行冶煉提取金屬時遺留下來的玻璃狀物質殘渣被認為是廢物,在造锍熔煉和火法吹煉過程中產生的銅渣就是其中一種。據估計,在銅的生產過程中,每產出1t銅會制造大約2.2t銅渣。2017年我國精銅產量為895萬噸,銅渣產生量超過1600萬噸,堆放的銅渣數量已超過5000萬噸,浪費了大量的土地資源,并且銅渣中含有的金屬離子會對環境會造成不利影響。根據冶煉設備的不同,可將銅渣分為閃速爐渣、轉爐渣、電爐渣、真空爐渣、反射爐渣、鼓風爐渣等。表1為幾種不同冶煉爐渣的化學組成。
表1幾種銅熔煉爐渣的化學成分(質量分數)單位:%
由表1可知,銅渣中主要的金屬元素是銅和鐵,根據原料化學組成、晶體結構和處理工藝的不同,也可能含有鎳、鈷、金、銀等其他有價金屬元素,而鋁、鈣、鎂等元素與硅酸鹽礦物緊密結合。作為人造礦石,銅渣中通常含有超過0.5%的銅,高于一些正在開采和利用的原生銅礦石的銅含量,是一種十分優質的銅資源。對于低品位銅渣,可作為類似天然玄武巖(結晶)或者黑曜石(無定形)的產品出售。經過加工的空冷?;~渣具有良好的抗壓性、抗拉性、抗剪切性、耐磨性和穩定性,是一種優秀的無機材料。并且由于銅渣中CaO含量較低,銅渣顆粒具有火山灰性,隨著CaO含量的增加或在NaOH的活化下,可以表現出膠凝性能,能夠作為硅酸鹽水泥的添加料或替代品。將銅渣作為一種材料進行資源化利用,可以降低材料生產成本。傾倒或堆放這些爐渣會造成金屬價值的浪費,并導致環境問題。這些爐渣可以充分利用其物理化學性質進行資源化利用,而不是隨意堆放或者丟棄。因此,一些研究者對銅渣的資源化進行了探索,開發出了多種利用方式,如回收有價金屬、生產水泥、砂漿、填料、道砟、磨料、骨料、玻璃、瓷磚等。開發銅渣資源綜合回收利用技術,既可以緩解我國資源消耗巨大的問題,又能減輕廢棄物對環境造成的影響,對我國經濟發展和環境保護均具有重大意義。
1銅渣中有價金屬的回收
銅渣中值得回收的有價金屬主要是銅和鐵,通常還伴有鈷、鎳、鋅、金、銀等其他金屬元素。根據物料性質的不同,也可對其中的鈷、鎳、鋅、金、銀等其他金屬元素進行回收。銅渣
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