[发明专利]改进的来自非铁金属生产的炉渣

说明书

本申请公开了一种炉渣，以干基计并且以元素金属存在的金属和氧化态存在的金属的总和表示，包括：a)至少7％wt且至多49％wt的Fe；b)至多1.3％wt的Cu；c)至少24％wt且至多44％wt的SiO₂；和d)至少2.0％wt且至多20％wt的CaO；其特征在于，所述炉渣，以相同基准计，包括：e)至少0.10％wt且至多1.00％wt的Zn；f)至少0.10％wt且至多2.5％wt的MgO；和g)至多0.100％wt的Pb。本申请进一步公开了改进的包括炉渣的物品、生产炉渣的方法以及炉渣的多种用途，其中，所述炉渣可以包括至多1.50％wt的锌且至少1.0％wt的CaO。

技术领域

本发明涉及由主要来源(意指新采矿石)、由二次原料(也被称为可回收材料)或由它们的组合生产非铁金属(诸如铜)。可回收材料可能是副产物、废料和报废材料。更具体地，本发明涉及一种改进的炉渣，作为来自这种非铁金属生产中的副产物。

来自铜(Cu)生产中的炉渣副产物就组成而言特别特殊。铜冶炼厂的操作温度通常明显低于某些其他冶炼厂的操作温度。为了使炉渣在较低温度下充分流动，需要或期望特定成分，因为它们可能倾向有时在特定浓度范围内抑制炉渣熔化温度，因此可能倾向使得该方法在不施加额外的高温(就能源消耗而言并因此就运营成本而言非常苛刻)的情况下可操作。

背景技术

可用作生产非铁金属原料的材料通常含有多种金属。因为大多数高容量应用中对非铁金属的纯度要求高，所以在生产过程中需要将不同金属彼此分离。非铁金属生产方法通常包括至少一个且通常多个火法冶金工艺步骤，其中，金属和金属氧化物都以液体熔融状态呈现，并且，其中，金属氧化物可以通过重力而从熔融金属相中作为独立的液体炉渣相分离出来。炉渣通常作为分开的物流从该方法取出，并且这种分离可能导致在金属生产中产生作为副产物的炉渣。

非铁金属可以由作为起始原料(也称为主要来源)的新采矿石，或由再循环材料(也称为二次原料)或者由它们的组合生产。

从二次原料中回收非铁金属已经成为多年来至关重要的活动。非铁金属的用后回收已成为工业的关键贡献者，因为对这类金属的需求持续强劲并且可获得的高质新采金属矿石下降。另外，二次原料的处理通常涉及使用火法冶金工艺步骤，诸如产生炉渣作为副产物的冶炼厂。

炉渣主要含有高温下呈液态的金属氧化物。在非铁金属冶炼厂(例如铜、铅或锌冶炼厂)中，金属氧化物以液态存在并且具有比液体熔融金属低的密度。然后金属氧化物可以通过重力与金属分离。炉渣通常进行冷却并压碎/分级，并且可被用于混凝土生产中作为岩石和砾石的替代物，用于道路建设中作为骨料，并且在研磨时由于其不寻常的硬度有益于用作喷沙或喷砂。

在本领域已知的炉渣产品中可以发现的一些物质被认为对环境有潜在的危害。这种不希望的物质的主要实例主要是铅，但在一定程度上也是锌。锌和铅都是通常以可从炉渣中浸出的形式存在的金属，并且其显著水平的存在排除了炉渣产物的许多用途，特别是在经济上更有吸引力的应用中，并且可能使这种炉渣在垃圾填埋场中的处理更加复杂困难，通常被认为是“危险废料”。在某些应用中用途的接收通常通过测试炉渣的浸出行为进行测定。通常，诸如Pb和Zn的元素易于浸出，并且可能导致特定的炉渣使这种接收试验失效。

此外，产品或组合物的Pb含量可能对其用途施加限制，因为铅已引起了关于可能的生殖毒素的担忧。在某些司法管辖区中，对于相应的CLP(分类、标签、包装)条例的分类限值目前正在调查中，其目标是完成Pb和含Pb化合物的特定分类限值(SCL)。限值可能变得低至0.03％wt的Pb。来自非铁金属生产的市售炉渣的Pb含量通常明显高于0.3％wt的较高水平。在这个CLP条例将生效的情况下，这些目前来自非铁金属生产的炉渣将会受额外的标签要求管制，从而使许多目前应用中的这些炉渣的商业化和接受性更加困难，如果不可能的话，而且也可能增加诸如垃圾填埋场的选定处置路线的负担。在这方面指出了，特别的最终用途(诸如炉渣作为喷沙的用途)意味着来自爆破作业的废弃副产物(包括炉渣)通常作为垃圾填埋场处理。因此，在某些目前有价值的最终用途应用(诸如某些形式的喷砂)中，炉渣的铅含量可能严重损害炉渣的用途。