淺談鎳渣的特性及TRMS43.3輥磨的應(yīng)用

曹凱，宋留慶，陳軍

1 引言

鎳渣是冶煉鎳鐵合金時(shí)產(chǎn)生的固體冶煉廢渣。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于長(zhǎng)期得不到合理的利用，目前國(guó)內(nèi)堆存的鎳渣達(dá)到幾千萬(wàn)噸，每年還要新產(chǎn)生幾百萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)2015年，鎳鐵渣的總排放量將接近一億噸，超過(guò)銅渣、錳渣等冶金渣的排放總量，約占到冶金渣總排放量的五分之一[1]。除去綜合利用的約10%外，還有90%鎳渣要作廢棄物堆放處理。可由于鎳鐵冶煉工藝技術(shù)的限制，這些冶煉廢渣中仍存在一定量鎳鐵合金顆粒，由于鎳鐵價(jià)格高昂，回收這些鎳渣中的鎳鐵合金顆粒亦可獲得較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益，回收鎳鐵合金后的固體廢渣可以銷向新型建材廠作為新型建材的原材料、添加劑等，基本實(shí)現(xiàn)對(duì)固體冶煉廢渣的全部回收利用，且整個(gè)回收處理過(guò)程不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。如果能同時(shí)解決這兩個(gè)問(wèn)題將是最好的解決方案。

表1 鎳渣粒度級(jí)配

表2 水渣和干渣的化學(xué)成分對(duì)比，wt/%

本文針對(duì)中材裝備集團(tuán)有限公司研制，應(yīng)用在山東煒燁新型建材有限公司60萬(wàn)噸/年鎳渣微粉生產(chǎn)線項(xiàng)目的TRMS43.3鎳渣輥磨機(jī)所展開(kāi)的一系列有關(guān)鎳渣的粉磨特性和活性研究，及后期設(shè)備調(diào)試出現(xiàn)的一些具體問(wèn)題，就鎳渣易磨性、鎳鐵合金分離的實(shí)際效果進(jìn)行闡述，為其資源化及其廢渣作為重要的二次資源在建筑材料領(lǐng)域大量利用提供技術(shù)參考。

2 鎳渣的粉磨特性和活性研究

2.1 鎳渣的形態(tài)、粒度級(jí)配及其化學(xué)組成

原狀鎳渣的形態(tài)如圖1所示，水渣是由渾圓的顆粒組成，表面光潔，吸水性差；干渣呈塊狀，體積較大，質(zhì)地堅(jiān)硬，帶有少量孔結(jié)構(gòu)。水渣的粒度級(jí)配測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。由表1表明，鎳渣顆粒主要集中在10mm以下，占92.01%。

鎳渣的化學(xué)組成如表2所示，鎳渣是以SiO2、CaO、MgO、Fe2O3為主要成分的熔融物經(jīng)水淬后形成的粒化爐渣，干渣和水渣的化學(xué)組成并無(wú)明顯差異。礦物組成以鎂橄欖石為主。鎳渣的堿性系數(shù)MO＝(CaO＋MgO)/（SiO2＋Al2O3）＝0.56明顯＜1，為酸性渣。

2.2 鎳渣的易磨性

由于鎳渣中含有一定量的鎳鐵合金，而使用球磨進(jìn)行粉磨不具備除鐵功能，應(yīng)用輥磨粉磨能夠有效地將鎳渣中的金屬排出，且具有更高效的粉磨效率?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中，TRMS43.3鎳渣輥磨很容易就達(dá)到設(shè)計(jì)產(chǎn)量80t。投料量達(dá)到95t時(shí)，輥磨運(yùn)行也很穩(wěn)定。

3 輥磨鎳渣微粉的性能

對(duì)山東煒燁新型建材集團(tuán)TRMS43.3鎳渣輥磨機(jī)生產(chǎn)的鎳渣微粉和實(shí)驗(yàn)室球磨機(jī)（?500mm×500mm）粉磨的鎳渣進(jìn)行性能比較。

表3 鎳渣易磨性和磨蝕性

表4 鎳渣水渣微粉產(chǎn)品的細(xì)度和對(duì)應(yīng)比表面積

圖2 鎳渣微粉的活性指數(shù)

表5 鎳渣微粉的顆粒分布

不同微粉試樣說(shuō)明如下：

TK表示輥磨微粉；BA表示球磨微粉。

3.1 鎳渣微粉的細(xì)度和比表面積

微粉的細(xì)度和對(duì)應(yīng)比表面積如表4所示，對(duì)應(yīng)的活性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在比表面積相當(dāng)時(shí)，輥磨微粉的80μm和45μm篩篩余較球磨更小。

3.2 鎳渣微粉的顆粒分布

對(duì)兩種粉磨方式生產(chǎn)的鎳渣微粉的顆粒分布進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)激光粒度分布儀的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算微粉的RRB顆粒分布情況，如表5所示。

表6 系統(tǒng)主要操作參數(shù)

從表5可以看出，對(duì)于輥磨微粉，當(dāng)比表面積高于4700cm2/g時(shí)，其均勻性系數(shù)n小于球磨微粉，說(shuō)明輥磨微粉的粒度分布比球磨微粉的寬。

3.3 鎳渣微粉的活性指數(shù)

根據(jù)GB/T1596-2005對(duì)兩種粉磨方式生產(chǎn)的鎳渣微粉的活性指數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出鎳渣微粉的活性指數(shù)隨著比表面積增大時(shí)的變化規(guī)律，在比表面積相當(dāng)時(shí)，輥磨微粉的7d活性較球磨更大，28d活性指數(shù)也與球磨微粉幾乎相當(dāng)。

4 鎳渣中鎳鐵的有效回收

經(jīng)檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，山東煒燁鎳渣中含有約1.1wt%的鎳鐵合金，如不回收利用將造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，如此大量的金屬鐵進(jìn)入磨機(jī)之后會(huì)對(duì)磨輥輥套造成嚴(yán)重磨損。由于對(duì)鎳渣粉磨缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，未對(duì)鎳鐵合金的磁性進(jìn)行分析，故對(duì)除鐵器的選型和安裝位置有一定的誤判。起初分別在入磨輸送皮帶安裝了一臺(tái)表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500GS皮帶式除鐵器，外排皮帶處安裝一臺(tái)表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為700GS的皮帶式除鐵器，提升機(jī)入緩沖倉(cāng)之間安裝一臺(tái)1500GS的管道式除鐵器，除鐵效果不明顯，兩臺(tái)皮帶式除鐵器只能除掉一些比較大塊的鐵，對(duì)鎳渣中的鎳鐵合金基本沒(méi)有效果，管道式除鐵器只能吸出少量解離后的鎳鐵合金顆粒，仍有大量的鎳鐵合金循環(huán)入磨。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的反饋和對(duì)鎳渣顆粒的分析，鎳渣中含有的鎳鐵合金顆粒嵌布在冶煉渣中，通過(guò)對(duì)鎳鐵合金的導(dǎo)磁性分析，鎳鐵合金的磁性隨含鎳量的提高而逐漸下降，當(dāng)鎳含量達(dá)到14%時(shí)，鎳鐵合金顆粒幾乎沒(méi)有任何磁性，因此，要想有效回收鎳鐵合金，必須先將鎳渣破碎、研磨，使合金顆粒充分解離。而山東煒燁集團(tuán)的鎳鐵合金中的鎳含量為12%左右，磁性較弱，必須選用高磁場(chǎng)強(qiáng)度的除鐵器，因此，改用表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為3200GS的滾筒式干式磁選機(jī)替換表面磁場(chǎng)強(qiáng)度為1500GS的管道式除鐵器。再次開(kāi)磨后除鐵效果顯著提高，在投料量90t/h時(shí)，可回收鎳鐵合金0.8t/h。循環(huán)入磨的鎳渣中已無(wú)明顯鎳鐵合金顆粒。

5 系統(tǒng)運(yùn)行情況

TRMS43.3鎳渣輥磨安裝結(jié)束后進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)試階段，輥磨的設(shè)計(jì)產(chǎn)量為80t/h。

5.1 系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

決定輥磨系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的主要因素包括：入磨原料的粒度和水分；磨機(jī)的研磨壓力；選粉機(jī)密封結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速；系統(tǒng)風(fēng)溫和風(fēng)量；難磨物料處理方法；擋料圈的高度等。在實(shí)際應(yīng)用中必須有效控制上述各因素，通過(guò)加強(qiáng)生產(chǎn)管理和不斷探索，優(yōu)化各參數(shù)。

5.2 系統(tǒng)操作參數(shù)

表6為在設(shè)備調(diào)試過(guò)程中的幾組具有代表性的操作參數(shù)，由于鎳渣顆粒渾圓，表面光潔，不易形成穩(wěn)定的料層，粉磨過(guò)程中需要額外噴水，鎳渣中的金屬富集磨蝕輥套，除鐵環(huán)節(jié)既回收了有價(jià)資源，又降低了輥套磨耗。加高擋料圈高度以穩(wěn)定料層，同時(shí)將管道除鐵器更換為磁性更強(qiáng)的干式磁選機(jī)，以利于除鐵和降低輥套磨損。經(jīng)過(guò)短暫的幾次調(diào)試，系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)步提升，質(zhì)量也完全符合產(chǎn)品要求，順利實(shí)現(xiàn)TRMS43.3鎳渣輥磨機(jī)達(dá)標(biāo)達(dá)產(chǎn)。

綜上所述，影響TRMS43.3鎳渣輥磨穩(wěn)定運(yùn)行的決定性因素是：料層厚度、有桿腔壓力、磨機(jī)噴水量和除鐵效果。

5.3 輥磨系統(tǒng)生產(chǎn)能力與電耗

TRMS43.3鎳渣輥磨系統(tǒng)對(duì)物料要求及其生產(chǎn)能力和電耗如表7所示。

表7 系統(tǒng)生產(chǎn)能力、電耗和對(duì)物料的要求

表8 TRMS43.3系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)定結(jié)果

5.4 系統(tǒng)風(fēng)量

輥磨在運(yùn)行過(guò)程中，磨內(nèi)通風(fēng)量要與磨機(jī)的產(chǎn)量相匹配，風(fēng)量過(guò)大不僅造成浪費(fèi)，還會(huì)造成產(chǎn)品跑粗，風(fēng)量過(guò)小會(huì)造成大量合格細(xì)粉不能被及時(shí)輸送出去。風(fēng)量大可造成壓降大、負(fù)壓大，反之則相應(yīng)的壓降和負(fù)壓小。一般來(lái)講，磨機(jī)運(yùn)行中選擇的通風(fēng)量，應(yīng)以保持磨機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定為準(zhǔn)，力求產(chǎn)品質(zhì)量最好，振動(dòng)最小，排渣量最小。在實(shí)際操作中，磨內(nèi)通風(fēng)量可以通過(guò)循環(huán)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或閥門的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)。在TRMS43.3鎳渣輥磨系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，對(duì)系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行了標(biāo)定。其結(jié)果如表8所示。

6 經(jīng)濟(jì)效益

山東煒燁集團(tuán)目前共12條電解爐鎳鐵合金生產(chǎn)線，年產(chǎn)渣量約180萬(wàn)噸，鎳渣中的鎳鐵合金回收量約0.9%，按年產(chǎn)60萬(wàn)噸微粉計(jì)算，年除鎳鐵合金量大概在5400t左右，煒燁集團(tuán)鎳鐵合金的鎳含量為12%，按當(dāng)前鎳鐵價(jià)11000元/t計(jì)算，年回收鎳鐵合金的收益就可達(dá)到5940萬(wàn)元。每噸微粉價(jià)格在150～170元之間，年收益可達(dá)9000多萬(wàn)元?？鄢汉摹㈦姾募案鱾€(gè)方面的成本和管理費(fèi)用，可為煒燁集團(tuán)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益近億元。

7 結(jié)語(yǔ)

中材裝備集團(tuán)有限公司研制的TRMS43.3鎳渣輥磨在山東煒燁集團(tuán)成功運(yùn)行，證明了輥磨機(jī)對(duì)物料粉磨具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，在獲得與球磨機(jī)相當(dāng)性能產(chǎn)品的同時(shí)，大大降低了粉磨電耗[2]，充分回收了鎳渣中的有價(jià)值金屬。這不僅解決了鎳渣堆放對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞問(wèn)題，而且創(chuàng)造了新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。如果能推廣到其他廢渣粉磨中，也可為其他工業(yè)廢渣找到再利用的新技術(shù)途徑。

[1]孔令軍，常紅霞.紅土鎳礦鎳鐵渣綜合利用研究[N]，環(huán)球市場(chǎng)信息導(dǎo)報(bào)，2013-12-19.

[2]王仲春.水泥工業(yè)粉磨工藝技術(shù)[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，1998.■