鎳渣成分與其活性指數(shù)的試驗(yàn)研究

吳偉 謝剛

【摘 要】文章通過鎳渣成分與水泥強(qiáng)度的試驗(yàn)，探討鎳渣成分與其活性指數(shù)的關(guān)系。結(jié)果表明：鎳渣的質(zhì)量系數(shù)K與活性指數(shù)成正比關(guān)系，當(dāng)K值為1.06～1.23時(shí)，活性指數(shù)小于42，且增長較平緩，當(dāng)K值為1.23～2.00時(shí)，活性指數(shù)增長較快；堿性系數(shù)M0與活性指數(shù)呈無規(guī)則非線性關(guān)系，不能較好地表征鎳渣的活性指數(shù)。質(zhì)量系數(shù)K可較好地表征鎳渣的活性指數(shù)。

【關(guān)鍵詞】鎳渣；成分；活性；水泥

【中圖分類號(hào)】TQ172 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）07-0117-02

0 引言

鎳渣[1]是在冶煉鎳過程中所形成的以FeO2、SiO2為主要成分的熔融物經(jīng)水淬后形成的粒化爐渣（也有部分企業(yè)不經(jīng)水淬而直接外排），是排放量最大的工業(yè)廢渣之一。通常采用鎳精礦每生產(chǎn)1 t鎳排出6～16 t渣[2]；而采用紅土鎳礦每生產(chǎn)1 t鎳排出渣量超過98%[3]。根據(jù)相關(guān)報(bào)道[4]，我國鎳產(chǎn)量隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展快速增長，中國對(duì)鎳的需求量，2004年僅為6.7萬t/年，2011年為30萬t/年，2015年增至45萬t/年，增長速度驚人。目前，鎳渣的排渣量超過2 000×104 t，鎳渣的處置主要是通過填埋方法，每年需占用土地約133.33 hm2（2 000畝）以上，而且廢渣中可溶性Ni2+和Ni3+從鎳渣中析出，會(huì)污染地下水、土壤，影響植物生長繁殖和人體健康，造成嚴(yán)重的環(huán)境生態(tài)污染問題。

近年來，廣西在北部灣地區(qū)建成了多家鎳冶煉廠，每年鎳渣的產(chǎn)生量超過300萬t，多年來的堆積保有量達(dá)2 000萬t，由于這些廢渣水化活性不高[5-6]，用作水泥混合材摻量不高（8%～15%），大部分只能按照傳統(tǒng)填埋方式處置，而北部灣是近海，地形平緩，加之廣西又是土地缺乏地區(qū)，如果不采用高效的廢渣處置方法，將會(huì)制約北部灣區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

鎳渣的化學(xué)成分變化較大，其作為水泥混合材使用的水化活性變化也較大。為了方便使用鎳渣，能與高低活性的鎳渣相互搭配使用，本文通過鎳渣化學(xué)成分與其水泥強(qiáng)度的試驗(yàn)，探討鎳渣化學(xué)成分與其水化活性的關(guān)系，為選擇鎳渣做水泥混合材時(shí)，更好地利用鎳渣，以及指導(dǎo)鎳渣排放企業(yè)在生產(chǎn)鎳渣時(shí)能產(chǎn)出更有活性的鎳渣提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

熟料：來自B水泥企業(yè)；鎳渣1：來自廣西欽州某冶煉廠；鎳渣2：來自廣西北海某冶煉廠；鎳渣3：來自防城港某公司；鎳渣4：來自廣東陽江某公司。

1.2 試驗(yàn)方法

原材料的化學(xué)成分分析依據(jù)《水泥化學(xué)分析方法》（GB/T 176—2008）進(jìn)行測(cè)定；鎳渣的活性指數(shù)參照《用于水泥混合材的工業(yè)廢渣活性試驗(yàn)方法》（GB/T 12957—2005）進(jìn)行；水泥膠砂強(qiáng)度按《水泥膠砂強(qiáng)度核檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671—1999）進(jìn)行。通過堿性系數(shù)M0、質(zhì)量系數(shù)K與試驗(yàn)所得對(duì)應(yīng)的活性指數(shù)來表征評(píng)價(jià)鎳渣的活性[7]，計(jì)算公式如下：

堿性系數(shù)M0=（CaO%+MgO%）/（SiO2%+ Al2O3%）

質(zhì)量系數(shù)K=（CaO%+MgO%+Al2O3%）/（SiO2%+MgO%+TiO2）

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 試驗(yàn)用的熟料、鎳渣化學(xué)成分

試驗(yàn)用的熟料、鎳渣化學(xué)成分（見表1）。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

堿性系數(shù)M0、質(zhì)量系數(shù)K、水硬性系數(shù)B、活性系數(shù)H與砂漿強(qiáng)度與活性指數(shù)見表2。

2.3 結(jié)果討論

從表2可知，試驗(yàn)的鎳渣，其堿性系數(shù)M0為0.54～0.91，均小于1，屬于酸性礦渣；質(zhì)量系數(shù)K值在1.06～1.98變化，按國標(biāo)規(guī)定，鎳渣4的K值<1.20屬于不合格品；鎳渣1和鎳渣3的K值在1.20～1.60屬于合格品，鎳渣2屬于優(yōu)等品；水硬性系數(shù)B值在0.62～1.58變化；活性系數(shù)H值在1.08～2.05變化。

2.3.1 堿性系數(shù)與活性指數(shù)關(guān)系

從圖1可見，堿性系數(shù)M0在0.54～0.78時(shí)，與活性指數(shù)A成反比關(guān)系，M0在0.78～0.81時(shí)，與活性指數(shù)成正比關(guān)系，M0>0.81時(shí)，又成反比關(guān)系，M0>0.78時(shí)，活性指數(shù)增長或降低均較快；堿性系數(shù)與活性指數(shù)關(guān)系，呈無規(guī)則非線性關(guān)系，不能較好地表征鎳渣的活性指數(shù)。

2.3.2 質(zhì)量系數(shù)與活性指數(shù)關(guān)系

從圖2可見，鎳渣的質(zhì)量系數(shù)K與活性指數(shù)成正比關(guān)系，3 d活性指數(shù)K值在1～1.31時(shí)，活性指數(shù)增長較平緩，K>1.31時(shí)，活性指數(shù)增長較快；而對(duì)于28 d活性指數(shù)，K在0～1.23時(shí)，活性指數(shù)小于42，且增長較平緩，K在1.23～2.0時(shí)，活性指數(shù)增長較快。

質(zhì)量系數(shù)與活性指數(shù)關(guān)系，經(jīng)線性回歸后，28 d的活性指數(shù)呈顯著的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R28達(dá)到0.999 7時(shí)，同時(shí)3 d的活性指數(shù)也有顯著的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R3達(dá)到0.947 6時(shí)，能較好地表征鎳渣的活性指數(shù)。

活性指數(shù)A隨質(zhì)量系數(shù)K的增加而增加，試驗(yàn)樣品的28 d的關(guān)系式為A28=4.5K2-12.36K+48.65；3 d關(guān)系式為A3=2.55K2-7.53K+39.65。從質(zhì)量系數(shù)的計(jì)算公式可見，質(zhì)量系數(shù)越大，代表鎳渣中可形成水硬性活性組分的氧化鈣、氧化鎂和氧化鋁越多，而非活性組分二氧化硅、氧化錳和二氧化鈦含量相對(duì)較少，鎳渣的活性越好。對(duì)于生產(chǎn)工藝參數(shù)（冶煉工藝、冶煉、水淬溫度等）和原材料相對(duì)穩(wěn)定的鎳渣，可以用以上方法及所得的關(guān)系式，通過鎳渣的成分分析，快速得到鎳渣的活性指數(shù)，為水泥生產(chǎn)時(shí)盡可能多地使用鎳渣提高快速簡便的技術(shù)方法。

3 結(jié)語

（1）試驗(yàn)的鎳渣，其堿性系數(shù)M0為0.54～0.91，均小于1，屬于酸性礦渣。

（2）堿性系數(shù)與活性指數(shù)呈無規(guī)則非線性關(guān)系，不能較好地表征與活性指數(shù)關(guān)系。

（3）質(zhì)量系數(shù)K值與活性指數(shù)A呈顯著的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R28達(dá)到0.999 7，R3達(dá)到0.947 6，能較好地表征鎳渣的活性指數(shù)，K值為0～1.23時(shí)，活性指數(shù)小于42，且增長較平緩，K值為1.23～2.0時(shí)，活性指數(shù)增長較快。

（4）可以通過鎳渣的化學(xué)成分計(jì)算預(yù)測(cè)鎳渣的活性指數(shù)A，28 d的活性指數(shù)A28=4.5K2-12.36K+48.65，3 d活性指數(shù)A3=2.55K2-7.53K+39.65。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]肖忠明，王昕，霍春明，等.鎳渣水化特性的研究[J].廣東建材，2009（9）.

[2]何煥華，蔡喬方.中國鎳鈷冶金[M].北京：中國冶金出版社，2000.

[3]盛廣宏，翟建平.鎳工業(yè)冶金渣的資源化[J].金屬礦山，2005（10）.

[4]李小明，沈苗，王羽中，等.鎳渣資源化利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析[J].材料導(dǎo)報(bào)，2017（3）.

[5]張勇.鎳渣作為混合材在水泥膠凝材料中的應(yīng)用研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2013.

[6]吳春麗，謝紅波，陳哲，等.鎳渣的理化性質(zhì)表征及資源化研究[J].廣東建材，2018（1）.

[7]閆丙勤.鎳鐵合金水淬渣的水化活性影響因素研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2016.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]