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鎳冶金渣資源化利用現狀分析報告

鎳冶金渣資源化利用現狀分析報告

摘要:鎳冶金渣作為壹種重要的二次資源,含有鐵、鎳、銅等有價金屬。隨著對鎳需求的增加,越來越多的鎳渣被排放。如果不能合理利用,不僅浪費資源,還會汙染環境。本文分析了鎳冶金渣資源化利用的現狀,探討了進壹步資源化利用的方向。

關鍵詞:鎳冶金渣;資源利用;貴重金屬;建築材料

隨著我國對有色金屬需求的不斷增加,有色冶金爐渣的量也在逐年增加。由於這些冶煉廢棄物沒有得到適當的利用,不僅占用了大量的土地資源,而且對環境造成了潛在的威脅,不利於可持續發展。因此,有色冶金爐渣的資源化利用意義重大。中國是世界上鎳資源消耗量最大的國家。每生產1t鎳,約需扒渣6~16t。僅金川集團鎳冶金渣堆存量就高達4000萬噸,每年新增約200萬噸[1-3]。鎳渣因礦石類型和冶煉工藝不同,成分差異很大。以金川鎳閃速渣的相組成為例,主要由氧化鐵、氧化矽、氧化鈣和氧化鎂組成,渣中含有40%左右的鐵元素,還含有壹定數量的鎳、銅、鈷等有色金屬元素。鐵主要以鐵橄欖石的形式存在,橄欖石被無定形玻璃填充,並與鎳和硫的大顆粒機械混合[4]。鎳渣的處理已成為鎳冶煉過程中的壹個重要工序。如何正確有效地回收和再利用這些二次資源,使鎳冶煉過程順利進行,解決爐渣排放、土地占用和環境汙染等問題,已成為鎳冶金發展循環經濟的主要問題。本文綜述了鎳渣的資源化利用現狀。再利用的主要研究包括:提取有價金屬,用作填充材料,制作微晶玻璃,生產建築材料[5-7]。

1.鎳渣資源化利用現狀

1.1有價金屬提取

溫妮[8]等人以焦炭為還原劑,在閃速爐中采用熔融還原法從水淬鎳渣中提取有價鐵,並討論了不同堿度、還原溫度和還原時間對鐵提取率的影響。結果表明,控制爐渣65438±000g,Cao 34.7g,Cao 4.04g,焦炭8.5g,熔化溫度65438±0500℃,還原時間65438±080min,鐵的還原率可達96.32%。王爽[9]等人將鎳渣、氧化鈣和焦粉制成含碳球團,進行深度還原,回收鐵、鎳、銅等有價金屬。結果表明,堿度對有價金屬的回收率有影響。適當提高堿度可以促進金屬相的生長,改變形態結構,有利於後續分離。如果堿度過高,金屬相中會產生雜質。當堿度確定為1.0時,鐵、銅、鎳的回收率分別為965438。鎳渣中的鐵在深度還原後以金屬鐵的形式存在,鎳和銅主要以與鐵的固溶體形式存在。陸雪峰[10]等人利用自制的小型DC電弧爐從鎳渣中回收矽鈣合金,使用焦炭和還原劑,控制鎳渣、生石灰和還原劑的配比,可以得到相應的矽鈣合金。蕭敬波[11]等人從鎳渣中回收鐵、鎳、鎂。實驗過程中,鎳渣粉碎後用酸浸出,在酸浸出液中加入氧化劑和pH控制劑生成鐵沈澱,鐵沈澱分離後與硫酸反應生成硫酸鐵溶液。精煉後,用氧化沈澱法得到高純鐵沈澱。向鐵沈澱溶液中加入硫化物,生成硫化鎳沈澱,分離、洗滌、幹燥,得到鎳精礦;在鎳萃取液中加入添加劑LN除去雜質,精制硫酸鎂溶液與氨水反應制備氫氧化鎂產品。

1.2填充材料的生產

利用鎳渣作為地下充填材料的技術比較成熟,既解決了鎳渣的資源化問題,又降低了水泥生產過程中的充填成本、水泥消耗和環境汙染。目前使用水淬渣作為充填材料的關鍵是激發活性渣,分為機械激發和化學激發。傳統機械激發采用普通機械球磨進行物理細化,高能球磨可以快速細化礦渣,增加比表面積,增加水化反應表面,提高材料的物理化學活性。經過高能球磨後,鎳渣的抗壓強度會顯著提高。化學激發是利用激發劑與礦渣之間的化學反應,生成具有水硬性膠凝性能的物質,以提高礦渣的活性。硫酸鹽和碳酸鹽主要用作活化劑。楊誌強[12]等人用機械活化和化學活化進行了實驗研究。

結果表明,機械活化鎳渣、脫硫石膏、電石渣和水泥熟料的最佳比表面積分別為620、200、200、300 m2/kg。化學活化以脫硫石膏和電石渣為主,硫酸鈉和水泥熟料為輔。前兩者比例相同且各占總量的5%時,鎳渣充填體的強度最高。添加3%硫酸鈉和2%水泥熟料能提高激發效果;添加0.156% PC高效減水劑,膠砂比為1∶4,料漿濃度為79%的充填料漿完全可以滿足礦山對充填體的強度要求,可以替代水泥用於金川礦交接充填開采。高[13]等人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生成大量水化產物,充填強度高。結果表明,脫硫膏與電石渣的比例為1∶1,再與少量硫酸鈉和水泥熟料混合制備復合激發劑,具有良好的激發效果。

1.3制造高附加值玻璃

微晶玻璃和泡沫玻璃都是高附加值的玻璃。微晶玻璃具有玻璃和陶瓷的雙重特性,亮度比陶瓷高,韌性比玻璃強。泡沫玻璃具有不燃燒、不變形、熱性能穩定、機械強度高、易加工等優點。王亞麗[14]等人研究了用鎳渣熔融煉鐵廢渣制備微晶玻璃。通過均化→澄清→澆註→晶化→退火→研磨→拋光制備出符合建築裝飾國家標準的微晶玻璃,並確定了最佳原料配比。馮振哲[15]等人以鎳渣和廢玻璃為主要原料,添加碳酸鈉作為發泡劑燒制泡沫玻璃。討論了碳酸鈉加入量、發泡溫度和保溫時間對泡沫玻璃質量的影響。結果表明,當鎳渣和廢玻璃質量分數分別為20%和80%,加入5%~7%的碳酸鈉發泡劑、2%的硼酸穩泡劑和2%的硼砂助溶劑時,870℃時的總孔隙率為85.66438+0h。

1.4建築材料生產

鎳渣的主要成分是二氧化矽、氧化鋁和氧化鐵。利用鎳渣生產矽酸鹽水泥可以部分替代粘土和鐵粉,降低能耗。鎳渣中少量的鎳、銅、鈷等元素對降低熟料的最低液相熔點和粘度,改善其易燒性,促進熟料礦物形成有積極作用。吳洋[16]等人用鎳渣代替鐵粉制備道路矽酸鹽水泥,通過合理配比,制備了以C3S、C2S、C4AF為主要礦物的道路矽酸鹽水泥熟料,其強度、礦物組成、安全等性能均符合國家標準要求;最佳條件為:鎳渣的摻雜量(質量分數)為10%,煆燒溫度為1370℃。王順祥[17]等人討論了鎳渣的不同細度和摻量對矽酸鹽水泥水化特性的影響。結果表明,隨著鎳渣摻量的增加,水泥漿體凝結時間延長,水化放熱反應減少,硬化水泥砂漿抗壓強度和抗折強度提高。相反,隨著鎳渣細度的增加,上述影響可以得到改善,有利於硬化水泥漿體的結構致密化。鎳渣可用作混凝土摻合料和骨料,提高混凝土的強度。而且鎳渣結構致密,金屬含量高,含有大量的橄欖石,使鎳渣具有較高的硬度,從而提高摻鎳渣混凝土的耐磨性。李浩[18]等人研究了鎳渣砂含量對混凝土耐磨性的影響。當鎳渣粉、粉煤灰和鎳渣砂同時摻入混凝土中時,摻量分別為10%、10%和40%時,混凝土的耐磨性最好。丁天庭[19]等人研究了鎳渣含量對混凝土抗壓強度的影響。當鎳渣摻量為20%時,混凝土的抗壓強度最大,當鎳渣摻量為50%時,混凝土的抗壓強度最小。

2.發展趨勢

資源利用率低、資源短缺、產業結構不合理已成為制約我國經濟社會發展的戰略性問題。根據我國礦產資源的現狀,鎳渣中所含的主要金屬是鐵,因此應將鐵作為主要資源提取出來進行資源化利用,不僅可以緩解我國鐵礦資源的壓力,而且有利於可持續發展,增加企業效益。提鐵後的二次渣還可用於制備微晶玻璃、填充材料等建築材料,鎳渣資源得到充分利用。

3.結論

鎳渣作為重要的二次資源,含有鐵、鎳、鈷、銅等有價元素。,而且單純提取有價金屬的經濟性有限,存在二次渣丟棄的問題。簡單處理非金屬資源,造成有價值金屬元素的浪費;因此,用非金屬資源提取有價金屬後處理二次渣,更有利於鎳渣的高效和生態利用。

參考

張艷雲。熔融氧化法富集鎳渣中鐵資源的熱力學研究[D].蘭州:蘭州理工大學,2018。

李,,,等.鎳冶金渣的綜合利用[J].中國冶金,2017,27 (8): 1-5。

李曉明,沈渺,王毅,等.鎳渣資源化利用現狀及發展趨勢分析[J].材料指南,2017,31(5):100-105。

,楊,,,等.金川鎳渣工藝礦物特性分析[J].礦物綜合利用,2018 (1): 82-85。

謝庚。金川鎳渣多組分綜合利用研究[D].陜西:xi建築科技大學,2015。

郭亞光,朱榮,裴忠業,等.熔融還原法從鎳渣中提取鐵的動力學[J].中國有色冶金,2017,46 (5): 75-80。

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