本发明属于铁橄榄石材料技术领域。具体涉及一种以铜渣为主料的铁橄榄石材料及其制备方法。
背景技术：
铜渣即炼铜过程中产生的炉渣，铜渣的主要化学成分为SiO2和Fe2O3，同时伴生少量CaO、MgO、Al2O3和ZnO等杂质。铜渣产量大、难降解，不仅污染环境，而且浪费了大量的资源。
目前，铁橄榄石材料大多以含Fe2O3和含SiO2的矿物为原料，通过固相烧结法或电熔法制备而成。采用固相烧结法制备铁橄榄石材料的主要缺陷有：一是由于天然矿物原料中杂质成分的存在，降低了铁橄榄石材料的转化率；二是固相烧结过程的扩散控制及橄榄石化所引发的体积效应影响了铁橄榄石材料的烧结性能。而采用电熔法制备铁橄榄石材料，则能耗大和工艺复杂，从而提高了铁橄榄石材料的制备成本。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、能耗小、生产成本低和对设备无特殊要求的以铜渣为主料的铁橄榄石材料的制备方法；用该方法制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料的烧结性能好和铁橄榄石转化率高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案的具体步骤是：
步骤一、将粒度为1~2mm的铜渣置入沸水中浸泡1~3小时，过滤分离，然后在110~120℃条件下干燥8~10小时，过筛，所述筛的孔径为1mm，取筛上料，得到铜渣颗粒料。
步骤二、将所述铜渣颗粒料置于马弗炉中，在700~850℃条件下煅烧1~3小时，得到煅烧铜渣颗粒。
步骤三、按煅烧铜渣颗粒︰所述盐酸溶液的质量比为1︰(3~5)，向所述煅烧铜渣颗粒中加入浓度为0.5~1mol/L的盐酸溶液，搅拌10~15分钟，再依次水洗和抽滤3~4次，制得前驱体铜渣颗粒。
步骤四、在所述前驱体铜渣颗粒中加入占所述前驱体铜渣颗粒10~15wt%的水，湿磨至粒度≤60μm，制得湿磨铜渣粉末。
步骤五、按湿磨铜渣粉末︰焦炭粉的质量比为1︰(0.05~0.1)，将所述湿磨铜渣粉末和所述焦炭粉加入练泥机中，真空挤泥成型，困料24~36小时；再置于电阻炉中升温至1100~1150℃，保温1~3小时，随炉冷却，制得以铜渣为主料的铁橄榄石材料。
所述铜渣为炼铜过程中产生的炉渣；所述铜渣的主要化学成分是：SiO2为35~40wt%，Fe2O3为35~40wt%，CaO为6~10wt%，MgO为1~5wt%，Al2O3为2~4wt%。
所述盐酸为分析纯。
所述焦炭粉的C含量≥95wt%。
所述真空挤泥成型的真空度≤0.05Pa。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本发明采用铜渣为主要原料，既充分利用资源，实现有色冶炼废弃物资源的回收利用，又降低了铁橄榄石材料的制备成本。
2、本发明将铜渣经过系列处理后烧成，工艺简单，无需特殊的设备与处理技术，能耗小和节省劳动力资源。
3、本发明利用原料组分的物理化学特性与原位反应，提高了铁橄榄石的转化率，增强了以铜渣为主料的铁橄榄石材料的烧结性能。
本发明制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料经检测：体积密度为3.38~3.43g/cm3；铁橄榄石转化率为75~80%。
因此，本发明工艺简单、能耗小、生产成本低和对设备无特殊要求；所制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料的烧结性能好和铁橄榄石转化率高。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制：
为避免重复，先将本具体实施方式所涉及的技术参数统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述铜渣为炼铜过程中产生的炉渣；所述铜渣的主要化学成分是：SiO2为35~40wt%，Fe2O3为35~40wt%，CaO为6~10wt%，MgO为1~5wt%，Al2O3为2~4wt%。
所述盐酸为分析纯。
所述焦炭粉的C含量≥95wt%。
所述真空挤泥成型的真空度≤0.05Pa。
实施例1
一种以铜渣为主料的铁橄榄石材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、将粒度为1~2mm的铜渣置入沸水中浸泡1~3小时，过滤分离，然后在110~120℃条件下干燥8~10小时，过筛，所述筛的孔径为1mm，取筛上料，得到铜渣颗粒料。
步骤二、将所述铜渣颗粒料置于马弗炉中，在700~800℃条件下煅烧1~3小时，得到煅烧铜渣颗粒。
步骤三、按煅烧铜渣颗粒︰所述盐酸溶液的质量比为1︰(3~5)，向所述煅烧铜渣颗粒中加入浓度为0.5~1mol/L的盐酸溶液，搅拌10~15分钟，再依次水洗和抽滤3~4次，制得前驱体铜渣颗粒。
步骤四、在所述前驱体铜渣颗粒中加入占所述前驱体铜渣颗粒10~15wt%的水，湿磨至粒度≤60μm，制得湿磨铜渣粉末。
步骤五、按湿磨铜渣粉末︰焦炭粉的质量比为1︰(0.05~0.07)，将所述湿磨铜渣粉末和所述焦炭粉加入练泥机中，真空挤泥成型，困料24~36小时；再置于电阻炉中升温至1100~1120℃，保温1~3小时，随炉冷却，制得以铜渣为主料的铁橄榄石材料。
本发明制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料经检测：体积密度为3.38~3.40g/cm3；铁橄榄石转化率为75~77%。
实施例2
一种以铜渣为主料的铁橄榄石材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、将粒度为1~2mm的铜渣置入沸水中浸泡1~3小时，过滤分离，然后在110~120℃条件下干燥8~10小时，过筛，所述筛的孔径为1mm，取筛上料，得到铜渣颗粒料。
步骤二、将所述铜渣颗粒料置于马弗炉中，在700~800℃条件下煅烧1~3小时，得到煅烧铜渣颗粒。
步骤三、按煅烧铜渣颗粒︰所述盐酸溶液的质量比为1︰(3~5)，向所述煅烧铜渣颗粒中加入浓度为0.5~1mol/L的盐酸溶液，搅拌10~15分钟，再依次水洗和抽滤3~4次，制得前驱体铜渣颗粒。
步骤四、在所述前驱体铜渣颗粒中加入占所述前驱体铜渣颗粒10~15wt%的水，湿磨至粒度≤60μm，制得湿磨铜渣粉末。
步骤五、按湿磨铜渣粉末︰焦炭粉的质量比为1︰(0.06~0.08)，将所述湿磨铜渣粉末和所述焦炭粉加入练泥机中，真空挤泥成型，困料24~36小时；再置于电阻炉中升温至1110~1130℃，保温1~3小时，随炉冷却，制得以铜渣为主料的铁橄榄石材料。
本发明制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料经检测：体积密度为3.39~3.41g/cm3；铁橄榄石转化率为76~78%。
实施例3
一种以铜渣为主料的铁橄榄石材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、将粒度为1~2mm的铜渣置入沸水中浸泡1~3小时，过滤分离，然后在110~120℃条件下干燥8~10小时，过筛，所述筛的孔径为1mm，取筛上料，得到铜渣颗粒料。
步骤二、将所述铜渣颗粒料置于马弗炉中，在750~850℃条件下煅烧1~3小时，得到煅烧铜渣颗粒。
步骤三、按煅烧铜渣颗粒︰所述盐酸溶液的质量比为1︰(3~5)，向所述煅烧铜渣颗粒中加入浓度为0.5~1mol/L的盐酸溶液，搅拌10~15分钟，再依次水洗和抽滤3~4次，制得前驱体铜渣颗粒。
步骤四、在所述前驱体铜渣颗粒中加入占所述前驱体铜渣颗粒10~15wt%的水，湿磨至粒度≤60μm，制得湿磨铜渣粉末。
步骤五、按湿磨铜渣粉末︰焦炭粉的质量比为1︰(0.07~0.09)，将所述湿磨铜渣粉末和所述焦炭粉加入练泥机中，真空挤泥成型，困料24~36小时；再置于电阻炉中升温至1120~1140℃，保温1~3小时，随炉冷却，制得以铜渣为主料的铁橄榄石材料。
本发明制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料经检测：体积密度为3.40~3.42g/cm3；铁橄榄石转化率为77~79%。
实施例4
一种以铜渣为主料的铁橄榄石材料及其制备方法。本实施例所述制备方法的具体步骤是：
步骤一、将粒度为1~2mm的铜渣置入沸水中浸泡1~3小时，过滤分离，然后在110~120℃条件下干燥8~10小时，过筛，所述筛的孔径为1mm，取筛上料，得到铜渣颗粒料。
步骤二、将所述铜渣颗粒料置于马弗炉中，在750~850℃条件下煅烧1~3小时，得到煅烧铜渣颗粒。
步骤三、按煅烧铜渣颗粒︰所述盐酸溶液的质量比为1︰(3~5)，向所述煅烧铜渣颗粒中加入浓度为0.5~1mol/L的盐酸溶液，搅拌10~15分钟，再依次水洗和抽滤3~4次，制得前驱体铜渣颗粒。
步骤四、在所述前驱体铜渣颗粒中加入占所述前驱体铜渣颗粒10~15wt%的水，湿磨至粒度≤60μm，制得湿磨铜渣粉末。
步骤五、按湿磨铜渣粉末︰焦炭粉的质量比为1︰(0.08~0.1)，将所述湿磨铜渣粉末和所述焦炭粉加入练泥机中，真空挤泥成型，困料24~36小时；再置于电阻炉中升温至1130~1150℃，保温1~3小时，随炉冷却，制得以铜渣为主料的铁橄榄石材料。
本发明制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料经检测：体积密度为3.41~3.43g/cm3；铁橄榄石转化率为78~80%。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1、本具体实施方式采用铜渣为主要原料，既充分利用资源，实现有色冶炼废弃物资源的回收利用，又降低了铁橄榄石材料的制备成本。
2、本具体实施方式将铜渣经过系列处理后烧成，工艺简单，无需特殊的设备与处理技术，能耗小和节省劳动力资源。
3、本具体实施方式利用原料组分的物理化学特性与原位反应，提高了铁橄榄石的转化率，增强了以铜渣为主料的铁橄榄石材料的烧结性能。
本具体实施方式制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料经检测：体积密度为3.38~3.43g/cm3；铁橄榄石转化率为75~80%。
因此，本具体实施方式工艺简单、能耗小、生产成本低和对设备无特殊要求；所制备的以铜渣为主料的铁橄榄石材料的烧结性能好和铁橄榄石转化率高。