铜渣是在铜冶炼流程中产生的废渣,随着铜的需求不断增加,每年会产生大量的铜渣,如何实现铜渣的高效综合利用,是相关产业发展亟需解决的瓶颈问题。本文提出利用铜渣与草酸制备快凝、早强、耐久性好的铜渣基草酸盐化学键合陶瓷(F-CBOC),并用于固化砷、铅、铜、镉等重金属,实现铜渣资源化利用的同时,可以起到以废治废、节约资源和能源的作用,具有一定的社会和经济意义。本论文得到结论如下:(1)研究了铜渣与草酸的配比(CS/C)对F-CBOC材料性能的影响,结果表明:CS/C对F-CBOC材料的抗压强度以及初凝时间有显著的影响。当CS/C=100/27.5时,材料力学性能最好,自然养护28天的强度达到53.25MPa。研究了硼砂缓凝剂对F-CBOC凝结性能的影响,研究表明硼砂对F-CBOC的力学性能影响不明显,但有较好的缓凝作用,可有效地延长其凝结时间。通过XRD、FT-IR、TG-DSC、SEM分析可知,F-CBOC的主要成分为无限链状结构的FeC2O4·2H2O沉淀,具有较强的胶凝性,可以为F-CBOC提供强度支撑作用。(2)研究了 F-CBOC材料在不同温度条件下热处理时的性能变化。结果表明:在200℃下热处理时,材料物相组成及力学性能基本保持不变,热处理温度升至250℃时,材料力学性能降低了 41.4%,表观形貌由黑色变成淡红棕色,主要是由于FeC2O4·2H2O开始发生分解,生成FeO·xH2O和Fe3O4·yH2O,XPS分析表明,结构中草酸根对应的Cls结合能峰大幅度下降,FeC2O4所对应的Fe2p3/2峰形及强度发生变化,随着温度的继续升高至1000℃,材料抗压强度为15.02MPa,并趋于稳定,表观颜色完全变为红色,未完全反应的Fe2SiO4发生分解、氧化,最终转化为Fe2O3,占结构中总铁含量的74.34%。(3)F-CBOC用于固化锑冶炼过程中排放的高砷渣,可实现砷的高效稳定同化。研究表明:高砷渣物相组成为毒铁石(Fe4(OH)4(AsO4)3H·5H2O)和无定型的砷化合物,As浸出浓度高达558.8mg/L,属于危险废弃物。利用F-CBOC材料对其进行固化处理,最高固容量可达52%,固化体自然养护28d抗压强度为12MPa,砷浸出浓度低于国家砷毒性浸出标准限值5mg/L,其固化性能远好于传统硅酸盐水泥材料。利用XRD、SEM等手段对固化体物相组成及结构分析得出砷固化机理:首先是利用FeC2O4·2H2O凝胶进行物理包裹,其次可能F-CBOC中存在的Fe3+促进无定型的砷化合物进一步生成了稳定的Fe4(OH)4(As04)3H·5H20,从而达到固化的效果(4)利用F-CBOC固化处理重金属Pb、Cu、Cd,结果表明:F-CBOC对重金属Pb、Cu具有良好的固化效果,但对Cd的固化效果较差。通过研究固化块的抗压强度以及重金属草酸盐溶解度,可以得出结论:随着固化块的抗压强度的降低,F-CBOC对重金属的固化效果逐渐下降;且F-CBOC固化重金属的机理主要是生成重金属盐沉淀,其次是利用F-CBOC进行物理包裹,达到重金属固化的目的。(5)通过成本分析,发现F-CBOC的成本较低,其生产成本为559元/吨,在高砷渣的固化中,普通硅酸盐水泥固化高砷渣成本为652.4元/吨,而F-CBOC固化成本仅为559元/吨,并且产渣量大大低于水泥固化,其意义主要是节能环保、实现以废治废的目的。所以该材料具有广泛的应用前景。