综述：铜渣管理中循环经济的创新方法：最大化资源效率与可持续性

这篇综述系统探讨了铜渣（copper slag）在循环经济（Reduce, Reuse, Recycle, Recover, Repurpose）框架下的创新管理策略，重点涵盖金属回收（如Cu、Fe、Ni）、建筑应用（如SCC、AASC混凝土）及催化转化（如Hg0氧化、CO甲烷化）等方向，为工业废弃物资源化提供了技术-政策协同路径。

　　

铜渣管理的循环经济框架

铜渣作为铜冶炼副产品，全球年产量达2470-3770万吨，含2-5%残留铜及铁硅酸盐。传统填埋处理导致重金属（As、Pb、Zn）浸出风险，而循环经济策略可将其转化为高价值资源。

源头减量技术

优化冶炼工艺是关键。闪速熔炼（flash smelting）和氧强化熔炼可减少渣量，而搅拌强化短时贫化法利用熔渣潜热，45分钟内实现90.13%铜回收，能耗降低1250 MJ/吨渣。控制渣中Fe/SiO₂比（1.4-1.6）和温度（≤1250°C）可将铜残留降至0.55 wt%。

建筑领域的革命性应用

铜渣作为天然砂替代品表现卓越：

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  自密实混凝土（SCC）：100%替代时抗压强度提升27%，干燥收缩减少36%，成本降低19%。

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  碱激发矿渣混凝土（AASC）：孔隙率降低，抗氯离子渗透性优于传统混凝土（OPCC）。

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  沥青混合料：替代2.5 mm级配骨料可提高抗裂性，减少15-20%天然骨料消耗。

金属回收技术突破

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  浮选优化：添加Na₂CO₃机械活化后铜回收率达98.07%。

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  火法冶金：碳铝热还原（1550°C）实现99.1% Fe和98.5% Cu回收，尾渣可制陶瓷。

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  湿法冶金：柠檬酸浸出提取99.1% Cu，H₂SO₄焙烧-水浸组合工艺回收94%铜。

催化与能源应用创新

铜渣中铁氧化物（Fe₃O₄、Fe₂SiO₄）展现多重潜力：

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  环境修复：在250°C催化燃煤烟气中93.8% Hg⁰氧化。

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  能源转化：经H₂还原后用于CO甲烷化，甲烷选择性达87%。

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  光催化：产氢速率0.113 μmol/g·h，兼具废水处理功能。

政策与产业协同

智利通过税收优惠推动浮选技术规模化，铜回收率提升至98%；印度将铜渣纳入绿色建筑标准（LEED）。但发展中国家仍面临技术壁垒，需建立渣成分数据库（如区块链溯源）和国际标准。

未来挑战与机遇

技术层面需解决渣成分波动对AASC强度的影响（60%替代时出现微裂纹），经济上需降低碳铝热还原的氢能依赖（电解铝渣作还原剂）。短期建议优先发展涡流分离（99.56% Cu回收）和生物炭还原技术，长期需构建全球生态工业园网络。

铜渣管理的闭环模式证明，工业废弃物可成为气候行动（CO₂减排10-25%/m³混凝土）和资源安全（19%成本节约）的关键支点，其技术-政策-市场三位一体策略为全球冶金业转型提供了范本。