我国生产用铜多数由火法高温冶炼而成,工业化制铜时,生产1吨铜的同时会产生2.2吨的铜渣,铜渣应用量较低,因此无法有效处置。铜渣中富含铁、硅等有价元素,具有较高的回收价值。铜渣中铁、硅元素以铁橄榄石相存在,加之含有一定量的有害元素,综合利用难度极大。当前铜渣的回收工艺包括选矿法、熔融还原、直接还原、湿法浸出等。铜渣回收的现有研究仍存在工艺复杂,能耗较高,回收率较低,对有害物质的脱除较为局限等问题,且并未实现工业推广。针对当前铜渣资源利用现状,以水淬铜渣为研究对象,对其矿物学特征进行了研究,通过成分分析、扫描电镜观测、差热分析、X射线衍射分析,明确了铜渣中,铁、硅、硫等元素的分布特点,并确定了各物相的空间结构,提出了铜渣双层球团无污染氧化焙烧新工艺。采用热力学软件Factsage 7.3计算了由新工艺制备的双层球团在氧化焙烧过程中硫的脱除、硫氧化物的吸附及Fe2Si O4的分解热力学,研究了温度、原料配比、氧分压对反应过程的影响。通过氧化焙烧实验,结合X射线衍射分析、扫描电镜及能谱分析,揭示了铜渣双层球团在氧化焙烧过程中,铁橄榄石分解、铜锍的氧化及二氧化硫固化行为的机理,铜渣中铁橄榄石在焙烧过程中,先氧化为Fe3O4,后氧化为Fe2O3,铜锍可氧化分解,产生的气态硫氧化物可被碱性氧化物包覆层有效吸收。基于热分析动力学理论,揭示了铜渣氧化分解动力学行为,确定了铜渣氧化分解模型的平均活化能与最概然机理方程。采用Design Expert 10设计了铜渣氧化焙烧响应曲面优化实验,以焙烧温度、焙烧时间、铜渣粒度作为三水平设计优化实验,根据设计实验所得结果计算分析出了铜渣的最佳焙烧工艺参数,并通过实验验证。最佳焙烧工艺参数为:在空气气氛下,由室温加热至550℃,在550℃下持续保温15 min,随后加热至目标焙烧温度1041℃,升温速度10℃/min,达到预设目标温度后恒温1.88 h,铜渣粒度为200目以下。在该条件下铜渣的铁橄榄石氧化率为98.89%,硫脱除率为33%,碱性氧化物包覆层对气态硫氧化物的吸附率为99.76%。上述研究为该工艺的实施提供了基础理论支撑。图34幅;表12个;参76篇。