石膏基添加剂原位改性熔融铜冶炼渣强化金属回收：从机理到工业验证

针对铜冶炼渣中铜等有价金属回收率低、环境风险高的问题，研究人员创新性利用熔渣潜热驱动石膏渣转化为CaS，实现铜硫化富集与高效回收。通过公斤级试验和百吨级工业验证，使尾渣铜含量降至0.19wt%、回收率达98.8%，同时降低As/Cd浸出毒性，为冶金固废资源化提供绿色解决方案。

　　

铜冶炼行业每年产生大量含铜炉渣，其中铜含量（0.54-5.83wt%）甚至高于新开采铜矿品位（0.3wt%），但现有技术难以将尾渣铜含量降至矿石边界品位（0.2wt%）以下。更棘手的是，这些固体废弃物中的铅、锌等重金属存在环境泄漏风险。传统电炉贫化法需消耗额外能源，而湿法冶金又面临处理效率低的问题。如何在"双碳"背景下实现金属高效回收与固废无害化，成为制约行业可持续发展的关键瓶颈。

湖南科研团队在《Separation and Purification Technology》发表的研究中，开创性地提出利用熔融炉渣自身热量驱动石膏渣热解，通过原位硫化反应将分散的铜元素富集成毫米级硫化铜颗粒。研究采用工业级原料，结合XRD物相分析、公斤级熔炼实验和百吨级工业试验验证技术路线。关键发现包括：石膏结晶水可促进CaS生成（产率68.5%），改性剂使氧化物相铜含量降至0.04wt%，工业试验中底部冰铜层铜品位提升至82.29%，较未处理组（8.30%）实现数量级提升。

【Raw materials】工业石膏渣热分解行为显示，400℃时完全脱水形成无水石膏（CaSO₄），1200℃下与碳反应生成CaS和CaO。熔渣成分分析显示初始铜主要以氧化物形态存在于铁橄榄石（fayalite）相中。

【Thermal decomposition mechanism】结晶水存在使石膏分解活化能降低47.6kJ/mol，热力学计算证实CaSO₄+4C→CaS+4CO↑反应在800℃即可自发进行。公斤级试验证实改性剂可使铜硫化物粒径从微米级增至1mm以上。

【Conclusion】该技术突破传统贫化工艺需外加热源的局限，利用熔渣潜热实现"以废治废"，铜回收率（98.8%）远超浮选法（对应尾渣0.23wt%），同时As、Cd浸出毒性显著降低。工业试验中100吨炉渣处理规模验证了技术的可行性，为冶金固废资源化提供新范式。

研究的重要意义在于：首次系统阐明石膏基改性剂在熔融铜渣中的硫化机制，创造性地利用工业副产物构建循环经济链条。相比现有技术，该工艺无需额外能耗设备，处理后的炉渣可直接作为建材原料，真正实现"零废弃"目标。团队提出的"高温硫化-重力富集"技术路线，为低品位复杂矿冶固废处理提供了普适性解决方案。