鎳冶金渣資源化利用現(xiàn)狀分析論文
摘要：鎳冶金渣作為重要的二次資源，含有鐵、鎳、銅等有價(jià)金屬。隨著鎳需求量的增大，排放的鎳渣也越來越多，若不能得到合理利用，既造成資源浪費(fèi)，又污染環(huán)境。本文對鎳冶金渣資源化利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并討論了進(jìn)一步資源化的方向。
關(guān)鍵詞：鎳冶金渣；資源化；有價(jià)金屬；建筑材料
隨著我國對有色金屬需求量增大，每年有色冶金渣的數(shù)量不斷增長，這些冶煉棄渣由于未得到合理利用，不僅占用大量的土地資源，同時(shí)對環(huán)境有著潛在的威脅，從而不利于可持續(xù)發(fā)展，因此有色冶金渣的資源化利用就有著十分重要的意義。中國是世界上鎳資源消費(fèi)最大的國家，每生產(chǎn)1t鎳約排除6~16t渣，僅金川集團(tuán)的鎳冶金渣堆存量多達(dá)4000萬t，每年還新增約200萬t[1-3]。鎳渣的組成因其礦石種類和冶煉工藝不同而變化較大。以金川鎳閃速爐渣的物相組成為例，主要由鐵氧化物、硅氧化物、鈣和鎂的氧化物組成，渣中含有約40%的鐵元素，還含有一定數(shù)量的有色金屬元素鎳、銅、鈷；鐵主要以鐵橄欖石形式存在，橄欖石間充填的非晶態(tài)玻璃質(zhì)并且機(jī)械夾雜著大顆粒鎳硫[4]。鎳渣的處理已經(jīng)成為鎳冶煉過程的重要工序，如何正確有效的回收再利用這些二次資源，使得鎳冶煉過程順暢，解決排渣占地和環(huán)境污染等問題，成為鎳冶金發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要問題。本文對目前鎳渣資源化利用進(jìn)行綜述，再利用的主要研究包括：有價(jià)金屬的提取，用作填充材料，制作微晶玻璃，生產(chǎn)建材等[5-7]。
1、鎳渣資源化利用現(xiàn)狀
1.1有價(jià)金屬提取
倪文[8]等利用以焦炭為還原劑的熔融還原法提取閃速爐水淬鎳渣中的有價(jià)鐵，探討了不同堿度，不同還原溫度，不同還原時(shí)間對提鐵率的影響。結(jié)果表明控制100g渣配加34.7gCaO、4.04gCaO和8.5g焦炭，熔融溫度為1500℃，還原時(shí)間為180min，鐵的還原率達(dá)96.32%。王爽[9]等將鎳渣、氧化鈣和焦粉制備成含碳球團(tuán)進(jìn)行深度還原回收有價(jià)金屬鐵、鎳和銅，結(jié)果表明堿度對有價(jià)金屬的回收率有影響，適當(dāng)提高堿度可以促進(jìn)金屬相生長，改變形態(tài)結(jié)構(gòu)有利于后續(xù)分離，堿度過高會使金屬相中產(chǎn)生雜質(zhì)，當(dāng)堿度確定為1.0時(shí)，鐵、銅、鎳的回收率分別為91.04%、56.93%、55.80；鎳渣中的鐵經(jīng)深度還原后以金屬鐵的形式存在，鎳和銅主要與鐵以固溶體形式存在。盧雪峰[10]等利用自制小型直流電弧爐對鎳渣進(jìn)行硅鈣合金回收，以焦炭和為還原劑，控制鎳渣、生石灰及還原劑的比例，可以獲得相應(yīng)的的硅鈣合金。肖景波[11]等對鎳渣進(jìn)行鐵、鎳、鎂回收，實(shí)驗(yàn)過程將鎳渣破碎后的粉末進(jìn)行酸浸，向酸浸液中加入氧化劑與pH控制劑生成鐵沉淀物，分離后與硫酸作用生成硫酸鐵溶液，精制后采用氧化沉淀法獲得高純鐵沉淀物；沉鐵溶液加入硫化物生成硫化鎳沉淀，經(jīng)分離、洗滌、干燥制得鎳精礦；提鎳溶液加入助劑LN除雜，得到精制硫酸鎂溶液與氨水反應(yīng)制得氫氧化鎂產(chǎn)品。
1.2生產(chǎn)充填材料
鎳渣被用于井下填充材料技術(shù)相對成熟，既解決了鎳渣的資源化問題，又可以降低填充成本，減少水泥的消耗，降低水泥生產(chǎn)過程中環(huán)境污染。目前水淬渣用作充填材料關(guān)鍵在于對活性渣進(jìn)行激發(fā)，激發(fā)方式分為機(jī)械激發(fā)和化學(xué)激發(fā)。傳統(tǒng)的機(jī)械激發(fā)采用普通機(jī)械球磨進(jìn)行物理細(xì)化，高能球磨可以使礦渣迅速細(xì)化，增加比表面積，增大水化反應(yīng)面提高物料的物理化學(xué)活性。鎳渣經(jīng)過高能球磨處理后，抗壓強(qiáng)度會顯著提高。化學(xué)激發(fā)利用激發(fā)劑與礦渣的化學(xué)反應(yīng)生成具有水硬膠凝性能的物質(zhì)來提高礦渣的活性，激發(fā)劑多采用硫酸鹽類、碳酸鹽類等。楊志強(qiáng)[12]等采用機(jī)械活化和化學(xué)活化兩種方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
結(jié)果表明，機(jī)械活化鎳渣、脫硫石膏、電石渣、水泥熟料的最佳比表面積分別為620，200，200，300m2/kg，化學(xué)活化以脫硫石膏和電石渣為主，硫酸鈉和水泥熟料為輔，前兩者比例相同各占總量5%時(shí)，鎳渣充填體強(qiáng)度最高；加入3%的硫酸鈉和2%的水泥熟料可以提高激發(fā)效果；外加0.156%的PC高效減水劑，配置膠砂比為1∶4，料漿濃度為79%的充填漿料完全滿足礦山對充填體的強(qiáng)度要求，可以替代水泥應(yīng)用于金川礦山交接充填采礦。高術(shù)杰[13]等利用水淬二次鎳渣制備礦山充填材料，利用脫硫石膏和電石渣等物質(zhì)激發(fā)生成大量水化產(chǎn)物，產(chǎn)生較高充填強(qiáng)度。并且水淬鎳渣充填料的流動度好于P42.5水泥充填料的流動度。結(jié)果表明，脫硫膏與電石渣比為1∶1混合再與少量硫酸鈉及水泥熟料配置復(fù)合激發(fā)劑，具有較好地激發(fā)效果。
1.3制作高附加值玻璃
微晶玻璃和泡沫玻璃均數(shù)高附加值玻璃，微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的雙重特性，比陶瓷亮度高，比玻璃韌性強(qiáng)。泡沫玻璃具有不燃燒、不變形、熱學(xué)性能穩(wěn)定、力學(xué)強(qiáng)度較高且易加工的優(yōu)點(diǎn)。王亞利[14]等對鎳渣熔融煉鐵剩余熔渣制備微晶玻璃進(jìn)行了研究。提鐵二次渣經(jīng)過均化→澄清→澆注→晶化→退火→研磨→拋光制備出符合建筑裝飾國家標(biāo)準(zhǔn)的微晶玻璃，確定了最優(yōu)原料比。馮楨哲[15]等以鎳渣和廢玻璃為主要原料，添加碳酸鈉作為發(fā)泡劑，燒制出泡沫玻璃。探討了碳酸鈉添加量、發(fā)泡溫度、保溫時(shí)間對泡沫玻璃質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，主要原料鎳渣和廢玻璃分別為20%和80%，外加5%~7%的碳酸鈉發(fā)泡劑、2%的硼酸為穩(wěn)泡劑和2%的硼砂為助溶劑，在870℃下恒溫1h，可以制備出總氣孔率為85.14%，抗折強(qiáng)度高達(dá)2.062MPa的鎳渣基泡沫玻璃。
1.4生產(chǎn)建材
鎳渣的主要成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3，利用鎳渣生產(chǎn)硅酸鹽水泥可以部分替代黏土和鐵粉，減少能源消耗。鎳渣中存在的少量鎳、銅、鈷等元素對降低熟料的液相最低共熔點(diǎn)和黏度有積極的作用，可以改善其易燒性，有利于熟料礦物的形成。吳陽[16]等用鎳渣替代鐵粉制備道路硅酸鹽水泥，通過合理配料制備出以C3S，C2S和C4AF為主要礦物的道路硅酸鹽水泥熟料，其強(qiáng)度、礦物組成、安全性等性能符合國標(biāo)要求；最佳條件為鎳渣摻雜量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）10%，煅燒溫度1370℃。王順祥[17]等探討了鎳渣不同細(xì)度和不同摻雜量對硅酸鹽水泥水化特性的影響。結(jié)果表明，隨著鎳渣的摻量增加，使得水泥漿體凝結(jié)時(shí)間延長，水化反應(yīng)放熱減少，硬化水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度講師；相反，隨著鎳渣細(xì)度的提高可以改善上述影響，并且有利于硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)致密化。鎳渣作為混凝土摻合料和集料使用，能夠提高混凝土的強(qiáng)度，并且鎳渣結(jié)構(gòu)致密且金屬含量較高，含有大量的橄欖石，使得鎳渣硬度高，從而使摻入鎳渣后的混凝土耐磨度提高。李浩[18]等研究了鎳渣砂摻量對混凝土耐磨性的影響，當(dāng)鎳渣粉、粉煤灰、鎳渣砂同時(shí)摻入混凝土中，摻量分別為10%、10%、40%時(shí)，混凝土的耐磨性最好。丁天庭[19]等基于鎳渣的摻量對混凝土的抗壓強(qiáng)度影響進(jìn)行研究，當(dāng)鎳渣摻量為20%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，當(dāng)鎳渣摻量為50%時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度最小。
2、發(fā)展趨勢
資源利用率低，資源緊缺，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理成為制約我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的戰(zhàn)略問題。結(jié)合我國目前礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀來看，鎳渣中含有的主體金屬是鐵，應(yīng)該以提鐵為主進(jìn)行資源化利用，不但可以緩解我國鐵礦石資源壓力，而且有利于可持續(xù)發(fā)展，又可增加企業(yè)效益。提鐵后的二次渣還可以用來制備微晶玻璃，充填材料等建筑材料，鎳渣資源得到充分利用。
3、結(jié)語
鎳渣作為重要的二次資源，含有鐵、鎳、鈷、銅等有價(jià)元素，單純提取有價(jià)金屬經(jīng)濟(jì)性有限，并且存在二次渣的廢棄問題；單純做非金屬資源處理造成對有價(jià)金屬元素的浪費(fèi)；因此，將有價(jià)金屬提取后的二次渣進(jìn)行非金屬資源處理更有利于達(dá)到鎳渣的高效化和生態(tài)化利用。
參考文獻(xiàn)
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