鎳冶金渣資源化利用現(xiàn)狀★

趙潔婷

（長春師范大學(xué)工程學(xué)院， 吉林 長春 130032）

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最大的國家，每生產(chǎn)1 t鎳約排除6～16 t渣，僅金川集團(tuán)的鎳冶金渣堆存量多達(dá)4 000萬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鐵，探討了不同堿度，不同還原溫度，不同還原時間對提鐵率的影響。結(jié)果表明控制100 g渣配加34.7 gCaO、4.04 gCaO和8.5 g焦炭，熔融溫度為1 500℃，還原時間為180 min，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金屬鐵、鎳和銅，結(jié)果表明堿度對有價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，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，實驗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?；瘜W(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)行實驗研究。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620，200，200，300 m2/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，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。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1 h，可以制備出總氣孔率為85.14%，抗折強(qiáng)度高達(dá)2.062 MPa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1 370℃。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、鎳渣砂同時摻入混凝土中，摻量分別為10%、10%、40%時，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，混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，當(dāng)鎳渣摻量為50%時，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、銅等有價元素，單純提取有價金屬經(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金屬元素的浪費；因此，將有價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。