《 用于建筑陶瓷原料中的铜渣》团体标准编制说明

《用于建筑陶瓷原料中的铜渣》团体标准

征求意见稿编制说明

一、项目来源

山东省重点研发项目

二、标准名称变更

无

三、标准编写的目的、意义

铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛应用于电气、轻

工、机械制造工业、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属

材料的消费中仅次于铝。本标准讨论的铜渣是在火法炼铜过程中产

生的一种冶金渣，目前我国铜产量的90%以上均为火法冶炼,火法冶

炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到

20%-30%，作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行

造锍熔炼，产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在

另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得

品位高达99.9％的电解铜。由于铜矿品味普遍不高，所以渣量大是

铜冶炼工业的特点之一。火法冶炼生产1t精铜将产出2.2t左右渣。

2016年我国铜渣产生量为2174万吨，这些铜渣不仅占用大量的土

地,铜渣中含有的各种碱性重金属还污染土地和当地环境。

铜渣化学组成中含有35-45%的全Fe和约40%的SiO2，1.2-4.6%

的金属Cu，还存在Pb\Zn\Ni等重金属元素。铜渣的化学组成决定

了其矿物组成以铁橄榄石为主，缺少胶凝活性，这一特点制约了其

在水泥混合材或混凝土掺合料中的利用。铜渣本身硬度较大，但是

为了提取其中含量超过3%的铜元素，通常将其先粉磨至250目后进

行浮选，这使得最终形成的浮选尾渣因太细而难以作为砂石骨料，

也不能大规模用于道路工程。

将铜渣中的化学组成超过一半的Fe2O3组分通过磁选或高温过程

还原回收是另外一条大宗利用的途径。然而铜渣中氧化铁主要是以

和氧化硅结合成橄榄石的形式存在，铜渣磁选难以分离；对铜渣进

行熔融还原需要大量的氧化钙等溶剂成分，渣铁比高，这使得提铁

成本大大提高。更为重要的是铜渣中存在铜、硫等炼钢有害元素，

这大大限制了其作为原料在钢铁行业中的大量应用。

利用冶金渣制备陶瓷已经成为冶金渣资源化利用的一条大宗高

值利用的有效途径。陶瓷是除了水泥、混凝土以外的第三大人造硅

酸盐材料，我国每年生产建筑陶瓷材料5-10亿吨，这些陶瓷材料包

括陶瓷墙面/地砖，陶瓷烧结砖/板材，陶瓷瓦等。国内外研究者将

大量不能很好应用于水泥的铜渣、钢渣、赤泥、黄金氰化渣等用于

陶瓷制备，并部分实现了工业化应用。研究表明，经过适当的陶瓷

配方体系设计，能够制备出冶金渣等固废协同利用掺量大于50%，

抗折性能能够达到国家标准的2-3倍，重金属离子浸出性能低于国

家标准1-2个数量级的优良的性能。可见，制备陶瓷是铜渣大宗高

值利用的一条有效途径。

铜渣的成分存在波动性，将其制备陶瓷的掺入量、烧成过程和

成品性能均不同。比如，铜渣中氧化铁和氧化硅含量不同，这将导

致其掺入量和烧结温度不同；铁离子存在形式主要以铁橄榄石形式

存在，但是也有部分以磁铁矿为主的而存在形式，也有的铜渣经过

磁化焙烧后存在部分赤铁矿，这些不同的含铁矿相将导致铜渣陶瓷

的颜色和烧结温度不同。目前缺乏对铜渣作为陶瓷原料的分类方法。

将铜渣或预处理的铜渣进行分类，有利于铜渣作为陶瓷原料的高效

利用。因此，开展陶瓷中铜渣的标准研究意义重大。

四、主要工作过程

2022年1月20日正式立项并在团体标准信息公共平台发布。

2022年2～11月，对标准相关内容进行试验验证，并根据试验

结果形成《用于建筑陶瓷中的铜渣》团体标准征求意见初稿。

五、标准编制原则

用于建筑陶瓷原料的铜渣的标准的编制原则是以试验数据为基

础，严格贯彻国家的有关政策、法规，合理利用固体废弃物，充分

考虑使用要求。标准编制科学合理，力求达到国内同类标准水平。

六、标准主要内容

本标准化是利用铜冶炼废渣生产的建筑陶瓷产品，主要包括陶

瓷板和烧结砖，标准化对象原料来源复杂，有火法炼铜过程排出的

冶炼渣，或者排出过程中经过贫化或调质处理后的冶炼渣，或者冶

炼渣经过磨细和浮选后的铜渣粉，或者将铜渣进一步经过焙烧后或

焙烧并磁选后的尾渣等；标准化对象铁组分含量高；标准化对象粒

度较细。

本标准是利用铜渣为主要原料，粘土、长石等原料为辅助原料，

经过原料处理、粉料制备、压制成型、高温烧结四个阶段，最终获

得了铜渣陶瓷板产品。主要生产工艺流程详见图1。

图1铜渣陶瓷板技术路线流程图

依据此技术路线思路，完成了铜渣陶瓷板的工业化试验。其主

要流程为将铜渣原料和其他陶瓷辅助原料按照一定的配比加入到球

磨机内进行湿法球磨混匀，球磨时间约12小时，湿磨后浆体需经标

准筛滤去大颗粒物料，且球磨后的浆料粒度要求小于0.074mm，筛

余量应小1%，随后将其浆料送至喷雾干燥塔干燥成粉，后续再经过

压力机压制成型，压制成规格为600×600mm的陶瓷生坯，此时生坯

大概还含有5%-8%水分，还需将压制好的生坯经过烘干窑烘干，时

间为40min，随后再对烘干好后的试样表面进行施釉处理，待完成

后可进入辊道烧结窑内进行烧结，其实际生产的工艺流程详见图2。

图2辊道窑烧制铜渣陶瓷板生产流程图

依据铜渣本身的特点，还可以设计相应的配方并制造了铜渣烧

结砖产品，实现了铜渣的途径利用目的。本标准利用铜渣为主要原

料，粘土等原料为辅助原料，并掺和少量的骨料进行配料，经过原

料处理、粉料制备、压制成型、高温烧结四个阶段，最终获得了铜

渣烧结砖产品。主要生产工艺流程详见图3。

图3铜渣烧结砖技术路线流程图

沿用该技术路线流程，利用隧道窑烧结技术完成了铜渣烧结砖

的实际生产试验，其主要生产流程如下：首先需对铜渣、粘土等辅

助原料进行预处理，由于辅助原料多为块状，且含有少量的水分，

因此首先进行烘干处理，烘干好后再经过颚式破碎机进行破碎，破

碎后的颗粒尺寸约为10mm左右，按照设计好的实验配方进行配料，

将配好的原料放入球磨机内球磨15min，随后再将球磨好后的原料

经过筛分，筛余量约为4～8%，紧接着进行下一步的造粒环节，实

验中采用人工混合造粒的方式，将混匀后的坯料进行平铺处理，使

用喷壶向坯料表面均匀喷加6～8wt%水分，同时上下翻动坯料，使

得坯料与水分充分混匀，然后进行陈腐处理，陈腐时间约12h，最

后再进行过筛，过筛后的原料即可直接用于制备铜渣烧结砖。实验

采用数控液压式压砖机进行压制，称取1200g造粒筛分后的坯料放

入盛料槽内，调节数控液压式压砖机压力为20MPa，在该条件下压

制，可制备出长宽高分别为100mm×50mm×20mm的砖坯，将压制好

的砖坯再进行码坯处理，然后将码好的砖坯送至烘干窑内干燥，干

燥时间为12h，此时水分含2%以下，烘干好后的砖坯再送至隧道窑

内高温烧结，烧结温度为1150℃，烧结时间为30h，烧成后的试样

自然冷却至室温出窑即可，其实际生产的工艺流程详见图4。

图4隧道窑烧制铜渣陶瓷砖生产流程图

1、产品工艺原理：利用含铁的冶炼渣，这里指铜渣，不同的铜

渣，其成分和矿相波动较大。其中的铁元素以二价铁为主存在，主

要以铁橄榄石的形式赋存,部分铁含量较高的铜渣或炼铜工艺操作中

导致含有较多的磁铁矿物相，而一些在潮湿环境中长期放置的、氧

化铁含量较高的或经过焙烧处理的铜渣中含有部分赤铁矿物相。而

高掺量铜渣中存在过多的二价铁离子在实际生产中一方面能够作为

良好的黑色着色剂使用；另一方面掺量不能太高，否则易出现烧结

不良现象，如黑心、鼓包及内部熔融等问题。但是铜渣中含有足够

三价铁离子的时候，其作为原料掺入陶瓷中的比例可以较高，陶瓷

的颜色为棕色。因此，铜渣中铁离子价态一定程度上限制了铜渣在

陶瓷中的功能和掺比，根据原料对其分类能够促进铜渣在建筑陶瓷

行业的推广运用。

2、实验方案（适用于铜渣陶瓷）

选择三类典型铜渣，在陶瓷生产线上进行了现场烧制实验。这

三类铜渣的矿相如下图所示。

图5三类典型铜渣的矿相

1）试验配比（针对铜渣1#，二价铁含量高于三价铁含量）

铜渣1#的主要化学组成为30.9wt.%的SiO2，44.8wt.%的Fe2O3。

其中铁元素矿相的主要赋存状态为铁橄榄石和磁铁矿，铜渣中二价

铁与三价铁的比值为2.75。实验配比如表1所示，其中铜渣掺量是

20%-70%，按照此配比，获得铜渣陶瓷原料中二价铁和三价铁的总量

及比值。

表1铜渣1#的配比实验

编号试验配比烧结情况

1-120%铜渣+38%粘土+22%高硅料+10%高铝料+10%长石未出现异常

1-230%铜渣+35%粘土+18%高硅料+10%高铝料+7%长石未出现异常

1-335%铜渣+35%粘土+16%高硅料+7%高铝料+7%长石逐渐出现异常

1-440%铜渣+33%粘土+15%高硅料+7%高铝料+5%长石出现异常，逐渐显著

1-545%铜渣+28%粘土+15%高硅料+7%高铝料+5%长石出现异常，较为显著

1-650%铜渣+28%粘土+12%高硅料+5%高铝料+5%长石出现鼓包、黑心

1-755%铜渣+25%粘土+10%高硅料+5%高铝料+5%长石出现鼓包、黑心

1-860%铜渣+23%粘土+8%高硅料+5%高铝料+4%长石出现鼓包、黑心

1-965%铜渣+21%粘土+6%高硅料+5%高铝料+3%长石出现鼓包、黑心

1-1070%铜渣+18%粘土+5%高硅料+4%高铝料+3%长石出现鼓包、黑心

由以上实验结果可知，对于铜渣1#,其二价铁含量高于三价铁

含量，两者比例为2.75。铜渣掺量低于30%时，烧结情况正常；铜

渣掺量处于30%到40%之间，此时烧结情况出现缺陷等异常，单可以

结合烧结时间和物料配比等因素具体分析调整；铜渣掺量高于40%

时，铜渣出现异常现象。

2）试验配比（针对铜渣2#，二价铁含量与三价铁含量相近）

铜渣2#的主要化学组成为27.29wt.%的SiO2，55.45wt.%的

Fe2O3。其中铁元素矿相的主要赋存状态为磁铁矿和铁橄榄石，铜渣

中二价铁与三价铁的比值为0.90。实验配比如表2所示，其中铜渣

掺量是20%-70%，按照此配比，获得铜渣陶瓷原料中二价铁和三价

铁的总量及比值。

表2铜渣2#的配比实验

编号试验配比烧结情况

2-120%铜渣+38%粘土+22%高硅料+10%高铝料+10%长石未出现异常

2-230%铜渣+35%粘土+18%高硅料+10%高铝料+7%长石未出现异常

2-335%铜渣+35%粘土+16%高硅料+7%高铝料+7%长石未出现异常

2-440%铜渣+33%粘土+15%高硅料+7%高铝料+5%长石未出现异常

2-545%铜渣+28%粘土+15%高硅料+7%高铝料+5%长石未出现异常

2-650%铜渣+28%粘土+12%高硅料+5%高铝料+5%长石出现异常，逐渐显著

2-755%铜渣+25%粘土+10%高硅料+5%高铝料+5%长石出现鼓包、黑心

2-860%铜渣+23%粘土+8%高硅料+5%高铝料+4%长石出现鼓包、黑心

2-965%铜渣+21%粘土+6%高硅料+5%高铝料+3%长石出现鼓包、黑心

2-1070%铜渣+18%粘土+5%高硅料+4%高铝料+3%长石出现鼓包、黑心

由以上实验结果可知，对于铜渣2#,其二价铁含量与三价铁含

量相当，两者比例约为0.90，铜渣掺量低于45%时，烧结情况正常；

铜渣掺量处于45%到50%之间，此时烧结情况不确定，开始出现烧结

异常和缺陷，需通过结合烧结时间和物料配比等因素具体分析和调

控；当铜渣掺量高于50%时，铜渣出现异常现象。

3）试验配比（针对铜渣3#，二价铁含量低于三价铁含量）

铜渣3#的化学组成为16.2wt.%的SiO2，65.6wt.%的Fe2O3。其

中矿相为赤铁矿和磁铁矿，铜渣中二价铁与三价铁的比值为0.25。

实验配比如表3所示，其中铜渣掺量是20%-70%，按照此配比，获

得铜渣陶瓷原料中二价铁和三价铁的总量及比值。

表3铜渣3#的配比实验

编号试验配比烧结情况

3-120%铜渣+38%粘土+22%高硅料+10%高铝料+10%长石未出现异常

3-230%铜渣+35%粘土+18%高硅料+10%高铝料+7%长石未出现异常

3-335%铜渣+35%粘土+16%高硅料+7%高铝料+7%长石未出现异常

3-440%铜渣+33%粘土+15%高硅料+7%高铝料+5%长石未出现异常

3-545%铜渣+28%粘土+15%高硅料+7%高铝料+5%长石未出现异常

3-650%铜渣+28%粘土+12%高硅料+5%高铝料+5%长石未出现异常

3-755%铜渣+25%粘土+10%高硅料+5%高铝料+5%长石未出现异常

3-860%铜渣+23%粘土+8%高硅料+5%高铝料+4%长石未出现异常

3-965%铜渣+21%粘土+6%高硅料+5%高铝料+3%长石未出现异常

3-1070%铜渣+18%粘土+5%高硅料+4%高铝料+3%长石未出现异常

由以上实验结果可知，对于铜渣3#,其二价铁含量低于三价铁

含量，两者比例为0.25，铜渣掺量低于70%时，烧结情况均正常，

其二价铁元素含量低于7，三价铁含量低于28，该类铜渣基本可实

现大掺量铜渣的使用。当铜渣掺量高于70%，陶瓷生坯的强度较低，

不建议掺量高于70%。

若从源头上对铜渣进行选择，需尽量优先选择三价铁含量高的

铜渣，再用于制备陶瓷板，其样品烧结情况均良好，均适用于高低

掺量铜渣的直接利用,该类铜渣也属于赤铁矿和磁铁矿相为主的渣系，

如铜渣3#该类型。

研究结论：针对直接利用原铜渣制备陶瓷产品现状，根据具体

实验配比和烧结情况差异可归结为4种情况：

①铜渣掺量在30%以下，可直接利用各类铜渣制备建筑陶瓷，其氧

化铁组分含量低于18%；

②铜渣掺量在30%-45%之间，对于二价铁不高于三价铁含量的铜渣，

包括铜渣2#类二价铁和三价铁比例为0.9（即二价铁离子含量为

0.47左右），以及铜渣3#类二价铁和三价铁比例为0.25（即二价铁

离子含量为0.20），可以直接利用铜渣制备陶瓷，其氧化铁组分含

量处于15～30%左右；

④铜渣掺量在45%-70%之间，只有三价铁离子含量显著较高的铜渣，

如铜渣3#中二价铁和三价铁比例为0.25（即二价铁离子含量为

0.20），此类铜渣才可直接使用，其铁组分含量在25%-45%左右。当

铜渣掺量高于70%，陶瓷生坯的强度较低，不建议掺量高于70%。

综上所述，结合上述实验配比及相应的样品烧结情况，对烧结

状况良好的样品可归结为以下三类：

①二价铁含量高于三价铁含量的铜渣，其掺量不大于30%，所利用

到的其余辅助原料为传统陶瓷原料，其实验配比如下：

原料种类铜渣粘土高硅原料高铝原料长石原料

范围/wt%≤3025-4010-255-155-10

相应配比的主要化学成分

成分Fe2O3SiO2Al2O3CaOMgONa2OK2O

范围/wt%≤1850-6213-182.1-3.21.5-2.00.6-1.51.0-2.0

样品烧结制度参数：

烧结温度：1140-1175℃；烧结时间60-75min，样品厚度：

8mm-13mm，抗折强度：25MPa-37MPa，吸水率：0.7%-4%，烧失率：

3%-8%，收缩率：10%-15%比重范围：1.7-2.0。

②二价铁含量与三价铁含量相当的铜渣，其掺量30%-45%，所利用

到的其余辅助原料为传统陶瓷原料，其实验配比如下：

原料种类铜渣粘土高硅原料高铝原料长石原料

范围/wt%30-4520-3510-155-124-8

相应配比的主要化学成分

成分Fe2O3SiO2Al2O3CaOMgONa2OK2O

范围/wt%15-3042-529-152.1-3.21.5-2.00.6-1.51.0-2.0

样品烧结制度参数：

烧结温度：1140-1165℃；烧结时间60-90min，样品厚度：

10mm-17mm，抗折强度：30MPa-45MPa，吸水率：0.4%-3%，烧失率：

2%-6%，收缩率：9%-12%比重范围：2.0-2.5。

③二价铁含量低于三价铁含量的铜渣，其掺量30%-80%，所利用到

的其余辅助原料为传统陶瓷原料，其实验配比如下：

原料种类铜渣粘土高硅原料高铝原料长石原料

范围/wt%50-7013-254-123-80-5

相应配比的主要化学成分

成分Fe2O3SiO2Al2O3CaOMgONa2OK2O

范围/wt%25-4335-458-142.1-3.21.5-2.00.6-1.51.0-2.0

样品烧结制度参数：

烧结温度：1140-1165℃；烧结时间70-110min，样品厚度：

10mm-17mm，抗折强度：36MPa-53MPa，吸水率：0.2%-1.5%，烧失率：

0%-4%，收缩率：8%-12%比重范围：2.2-2.9。

七、重大意见分歧的处理经过和依据

无

八、采标情况

无

九、与现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本标准无对应的国内标准，是一个新产品的标准，标准制定过

程中借鉴了国内先进标准的制定思路。

十、宣贯及实施建议

建议《用于建筑陶瓷中的铜渣》标准编制后作为推荐性标准。

十一、其他应予说明的事项

无

用于建筑陶瓷中的铜渣团体标准起草组

2022年11月13日

《用于建筑陶瓷原料中的铜渣》团体标准

征求意见稿编制说明

一、项目来源

山东省重点研发项目

二、标准名称变更

无

三、标准编写的目的、意义

铜是与人类关系非常密切的有色金属，被广泛应用于电气、轻

工、机械制造工业、建筑工业、国防工业等领域，在中国有色金属

材料的消费中仅次于铝。本标准讨论的铜渣是在火法炼铜过程中产

生的一种冶金渣，目前我国铜产量的90%以上均为火法冶炼,火法冶

炼一般是先将含铜百分之几或千分之几的原矿石，通过选矿提高到

20%-30%，作为铜精矿，在密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉进行

造锍熔炼，产出的熔锍(冰铜)接着送入转炉进行吹炼成粗铜，再在

另一种反射炉内经过氧化精炼脱杂，或铸成阳极板进行电解，获得

品位高达99.9％的电解铜。由于铜矿品味普遍不高，所以渣量大是

铜冶炼工业的特点之一。火法冶炼生产1t精铜将产出2.2t左右渣。

2016年我国铜渣产生量为2174万吨，这些铜渣不仅占用大量的土

地,铜渣中含有的各种碱性重金属还污染土地和当地环境。

铜渣化学组成中含有35-45%的全Fe和约40%的SiO2，1.2-4.6%

的金属Cu，还存在Pb\Zn\Ni等重金属元素。铜渣的化学组成决定

了其矿物组成以铁橄榄石为主，缺少胶凝活性，这一特点制约了其

在水泥混合材或混凝土掺合料中的利用。铜渣本身硬度较大，但是

为了提取其中含量超过3%的铜元素，通常将其先粉磨至250目后进

行浮选，这使得最终形成的浮选尾渣因太细而难以作为砂石骨料，

也不能大规模用于道路工程。

将铜渣中的化学组成超过一半的Fe2O3组分通过磁选或高