镍工业废渣综合利用研究与运用
时间：2017-08-02 作者：91再生 来源：91再生网
镍渣是硝酸镍生产过程产生的固体废渣，化学组成因镍矿来源和生产工艺的不同而存在较大的差异，但所含主体元素为SiO2、Fe2O3、MgO和Al2O3等。水淬渣具有一定的化学活性，其他则化学活性较低。
我国镍工业每年产出生产废渣160万吨左右，历史积累量已达数千万吨。以金川公司为例，到2012年底已累计堆存约3300万吨。目前，我国镍渣主要处理方法是进行堆积存放，不仅占用了大量的场地，而且还给环境造成了影响。
镍渣中含有SiO2、Fe、MgO、CaO、Al2O3及Ni、Cu、Co等有价元素，具有可观的综合利用价值。对镍渣进行资源化综合利用，不仅可以使环境负担转化为经济优势，而且可以消除由镍渣积存对环境造成的影响，具有显著的经济与环境效益。
综合利用研究现状
目前，我国
硝酸镍剩余废渣的利用途径主要有以下几个方面：
用作井下充填胶结料
镍渣用作井下充填胶结料主要是为了解决以熔融态镍渣提铁后产生的大量水淬二次渣的处理问题而进行的研究，且研究和利用已经较为成熟解决镍渣活性低的方法是以脱硫石膏和电石渣为主激发剂，硫酸钠及水泥为辅激发剂来发挥镍渣的活性。
研究人员研究了镍渣在激发剂激发下的水化机理。结果表明：胶凝物质的产生一是反应生成大量钙矾石，二是由于钙、镁离子因[SiO4]4-和[AlO4]5-晶格的破坏而能直接参与反应，并水化成含有钙、镁离子的水化硅铝酸盐凝胶。
研究人员研究了在满足静载强度条件下镍渣、激发剂的最佳掺量，最佳细度及胶砂配比。综合三组的研究成果可以得出结论：机械活化以磨细到比表面积分别为620m2/kg的镍渣尾矿、200m2/kg的脱硫石膏、200m2/kg的电石渣、300m2/kg的水泥熟料，并以磨细后镍渣、脱硫石膏、电石渣、硫酸钠、水泥熟料按85%、5%、5%、3%、2%的配比作为胶凝材料，另外添加0.156%的高效减水剂以增强性能，再与棒磨砂以1:4的比例配制成质量分数为79%的胶结料，所表现出的抗压和抗折强度总体状态，能可以满足井下充填胶结体的强度要求。
研究人员通过试验验证了上述掺量及配比生产出的充填胶结料在静载和动载下的强度，结果表明，以1:4的胶砂配比制作的充填体在动态加载条件下的28d抗压强度、抗拉强度、抗剪强度分别比静态加载条件下高57%、72%、127%。
在建筑材料方面的运用
用作水泥混凝土集料
研究人员研究发现镍渣掺量为50%条件下，制成的混凝土试块强度最高。掺加减水剂有利于增加镍渣混凝土后期的强度，说明镍渣的掺入对减水剂与混凝土的相适应性没有影响。
研究人员采用湿粉煤灰、镍渣、石灰石的配料方案，在预分解窑水泥熟料生产线上生产出了高标号水泥熟料，工业废渣的掺配比例为25%。
研究人员在水泥熟料生产中将粘土-铁矿石替换为湿粉煤灰-镍渣，替换配料后，在原材料粉磨阶段通过控制入磨粒度和粉磨细度等解决了入磨硅石难磨，物料粒径大，粉煤灰水分高的问题，产生了较好的经济效益。
用于生产水泥
研究人员以少量熟料作为激发剂，综合利用铜镍渣、矿渣、电石渣、煤矸石等工业废渣作为主要的胶凝材料，进行少熟料水泥的研究，结果表明是完全可行的。试验中铜镍渣掺量达到30%。
研究人员以湿粉煤灰-镍渣配料替代粘土-铁矿石配料，并用其它工业废渣作为矿物掺合料，利用现代的窑外分解窑及大型中卸烘干磨生产P、C32.5R复合硅酸盐水泥，P、O32.5R普通硅酸盐水泥及P、O42.5以上标号水泥，取得了成功。
一些镍渣因含氧化镁过高而使在水泥行业的应用受到限制。肖景波等对镍渣降镁工艺进行了研究，在优化工艺条件下镁去除率在90%以上，可以将富镁镍渣中的氧化镁有效控制在4%以下，使符合水泥行业技术要求。同时，利用脱镁溶液制得了碱式碳酸镁及氢氧化镁产品，不仅解决了镍渣在水泥行业的大宗量利用问题，还实现了对其中镁资源的综合利用。
用于生产建筑砌块
镍渣具有潜在活性，在激发剂的作用下可以作为胶凝材料，同时破碎分级后的镍渣又可以作为粗、细集料，利用硝酸镍剩余镍渣这两方面的特点可以提高生产建筑砌块中高镍渣的利用率。徐彬等制作的建筑砌块中胶凝材料由5%的碱性激发剂、18%的校正剂以及77%的磨细镍矿渣组成。该建筑砌块中镍矿渣掺量达94%，抗压强度达28.9MPa。
用于生产微晶玻璃
研究人员利用金川公司闪速炉溶炼后的水淬渣，按镍渣：高炉矿渣：石英粉为25：75：10的配比混磨并以一定工艺研制出了镍渣-高炉矿渣微晶玻璃。试验表明，以镍渣、高炉矿渣为主要原料的微晶玻璃具有优良的力学性能，同时具备耐酸、耐碱性能。
分离提取金属和非金属元素
镍渣中含有较高的Si、Fe、Mg、Al、Ni、Cu、Co等有价元素，目前主要通过采用酸碱联合浸出法进行浸出分离并制备相关化工产品。
研究人员研究了以硫酸分解镍渣，用氢氧化钠处理酸浸残渣制取高分散性白炭黑，由酸浸出液分离制备高纯氧化铁、氧化铁工业颜料和镍钴精矿，并进一步由分离铁、镍、钴后酸浸出液制备氢氧化镁工艺，实验确定了最佳工艺条件和工艺流程。研究结果证明，在优化工艺条件下，镍渣中镁、铁浸出率分别达到93.5%和83.1%，镍、钴浸出率分别达到97.3%和99.8%，二氧化硅碱浸出率达到95.2%。所制得的高纯氧化铁纯度达到99.82%，氧化铁红工业颜料符合GB/T1863-2008标准。所得镍钴精矿含镍22.7%，含钴7%。所得白炭黑外观呈微珠状，具有良好的分散性，各项性能指标符合绿色轮胎行业技术要求。为镍渣的全元素、无害化综合利用找到了一条切实可行的途径。
王宁等研究出从镍渣中回收硫酸镍、硫酸铜、硫酸钴的工艺。工艺用酸浸的方法将镍渣中的镍、铜、钴元素以离子形式溶于酸液中，再进行分离和提纯，最终得到结晶脱水后的硫酸镍、硫酸铜、硫酸钴。
其它利用途径
提取Fe：
镍渣中含有40%~55%的铁，镍渣提铁被认为是一种能直接产生经济效益的利用途径、采用熔融还原提铁工艺，以镍渣和石墨粉为主要原料，在最佳工艺条件下，金属化率和铁回收率分别达到97.01%和96.58%，所得产品可直接用于电炉炼钢、
利用硝酸镍剩余镍渣生产微合金铁工艺，对1300℃以上高温镍渣熔液进行预处理，利用硝酸镍剩余镍渣的高温能量，在出渣过程中向熔渣喷吹生石灰粉、煤粉等造渣材料，使镍渣碱度达到1.0以上，在高温条件下，形成部分CaO·SiO2渣液和铁液，经蔽渣器进行渣铁分离，同时对渣中的含铁料再进行磁选富集，然后作为炼铁原料使用，可同时实现镍渣中铁与有价金属元素(Ni、Co、Cr、Cu)的回收以及高温熔融镍渣的热能利用、
制备铁合金及耐蚀钢：
以镍渣为原料，生石灰为添加剂，焦炭和木炭为还原剂，利用工业水玻璃进行造粒，采用混合加料法在小型直流电弧炉中进行生产，调整还原剂与添加剂的比例，可制得合格硅钙合金与硅铁合金、在高硅锰硅合金生产中，配入适量的具有较高MgO的镍渣调整渣型，炉况稳定、炉渣粘度降低、出铁口排渣顺畅、渣中跑锰降低，可减少高CaO渣型对生产的不利影响，日产量提高7%、电耗降低8%、采用复合还原剂，当炉渣碱度为1.1~37、生产电流为2500A、生产时间为25min时，镍渣中铁的还原率可达95%以上，铜、钴、镍的还原率大于90%，可制得耐蚀钢、
综上所述，火法炼镍行业有大量的生产废渣产生，其积存量的增加対环境造成了一定影响、但镍渣中含有多种有价元素，对其进行资源化利用，不仅能够消除对环境的污染，而且还将创造可观的经济效益、多年来，我国有关镍渣综合利用技术的研究取得了一些进展，为后续研究奠定基础，积累了经验、但客观地讲，目前我国镍渣综合利用产业化水平不高，因此，以现有研究成果为基础进一步展开深化研究，尤其是全元素，无害化综合利用新技术研究和应用研究，对我国镍工业的可持续发展具有十分重要的意义。
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