镍冶金渣资源化利用现状分析报告
摘要:镍冶金渣作为一种重要的二次资源，含有铁、镍、铜等有价金属。随着对镍需求的增加，越来越多的镍渣被排放。如果不能合理利用，不仅浪费资源，还会污染环境。本文分析了镍冶金渣资源化利用的现状，探讨了进一步资源化利用的方向。
关键词:镍冶金渣；资源利用；贵重金属；建筑材料
随着我国对有色金属需求的不断增加，有色冶金炉渣的量也在逐年增加。由于这些冶炼废弃物没有得到适当的利用，不仅占用了大量的土地资源，而且对环境造成了潜在的威胁，不利于可持续发展。因此，有色冶金炉渣的资源化利用意义重大。中国是世界上镍资源消耗量最大的国家。每生产1t镍，约需扒渣6~16t。仅金川集团镍冶金渣堆存量就高达4000万吨，每年新增约200万吨[1-3]。镍渣因矿石类型和冶炼工艺不同，成分差异很大。以金川镍闪速渣的相组成为例，主要由氧化铁、氧化硅、氧化钙和氧化镁组成，渣中含有40%左右的铁元素，还含有一定数量的镍、铜、钴等有色金属元素。铁主要以铁橄榄石的形式存在，橄榄石被无定形玻璃填充，并与镍和硫的大颗粒机械混合[4]。镍渣的处理已成为镍冶炼过程中的一个重要工序。如何正确有效地回收和再利用这些二次资源，使镍冶炼过程顺利进行，解决炉渣排放、土地占用和环境污染等问题，已成为镍冶金发展循环经济的主要问题。本文综述了镍渣的资源化利用现状。再利用的主要研究包括:提取有价金属，用作填充材料，制作微晶玻璃，生产建筑材料[5-7]。
1.镍渣资源化利用现状
1.1有价金属提取
温妮[8]等人以焦炭为还原剂，在闪速炉中采用熔融还原法从水淬镍渣中提取有价铁，并讨论了不同碱度、还原温度和还原时间对铁提取率的影响。结果表明，控制炉渣65438±000g，Cao 34.7g，Cao 4.04g，焦炭8.5g，熔化温度65438±0500℃，还原时间65438±080min，铁的还原率可达96.32%。王爽[9]等人将镍渣、氧化钙和焦粉制成含碳球团，进行深度还原，回收铁、镍、铜等有价金属。结果表明，碱度对有价金属的回收率有影响。适当提高碱度可以促进金属相的生长，改变形态结构，有利于后续分离。如果碱度过高，金属相中会产生杂质。当碱度确定为1.0时，铁、铜、镍的回收率分别为965438。镍渣中的铁在深度还原后以金属铁的形式存在，镍和铜主要以与铁的固溶体形式存在。陆雪峰[10]等人利用自制的小型DC电弧炉从镍渣中回收硅钙合金，使用焦炭和还原剂，控制镍渣、生石灰和还原剂的配比，可以得到相应的硅钙合金。萧敬波[11]等人从镍渣中回收铁、镍、镁。实验过程中，镍渣粉碎后用酸浸出，在酸浸出液中加入氧化剂和pH控制剂生成铁沉淀，铁沉淀分离后与硫酸反应生成硫酸铁溶液。精炼后，用氧化沉淀法得到高纯铁沉淀。向铁沉淀溶液中加入硫化物，生成硫化镍沉淀，分离、洗涤、干燥，得到镍精矿；在镍萃取液中加入添加剂LN除去杂质，精制硫酸镁溶液与氨水反应制备氢氧化镁产品。
1.2填充材料的生产
利用镍渣作为地下充填材料的技术比较成熟，既解决了镍渣的资源化问题，又降低了水泥生产过程中的充填成本、水泥消耗和环境污染。目前使用水淬渣作为充填材料的关键是激发活性渣，分为机械激发和化学激发。传统机械激发采用普通机械球磨进行物理细化，高能球磨可以快速细化矿渣，增加比表面积，增加水化反应表面，提高材料的物理化学活性。经过高能球磨后，镍渣的抗压强度会显著提高。化学激发是利用激发剂与矿渣之间的化学反应，生成具有水硬性胶凝性能的物质，以提高矿渣的活性。硫酸盐和碳酸盐主要用作活化剂。杨志强[12]等人用机械活化和化学活化进行了实验研究。
结果表明，机械活化镍渣、脱硫石膏、电石渣和水泥熟料的最佳比表面积分别为620、200、200、300 m2/kg。化学活化以脱硫石膏和电石渣为主，硫酸钠和水泥熟料为辅。前两者比例相同且各占总量的5%时，镍渣充填体的强度最高。添加3%硫酸钠和2%水泥熟料能提高激发效果；添加0.156% PC高效减水剂，胶砂比为1∶4，料浆浓度为79%的充填料浆完全可以满足矿山对充填体的强度要求，可以替代水泥用于金川矿交接充填开采。高[13]等人利用水淬二次镍渣制备矿山充填材料，利用脱硫石膏和电石渣生成大量水化产物，充填强度高。结果表明，脱硫膏与电石渣的比例为1∶1，再与少量硫酸钠和水泥熟料混合制备复合激发剂，具有良好的激发效果。
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双重特性，亮度比陶瓷高，韧性比玻璃强。泡沫玻璃具有不燃烧、不变形、热性能稳定、机械强度高、易加工等优点。王亚丽[14]等人研究了用镍渣熔融炼铁废渣制备微晶玻璃。通过均化→澄清→浇注→晶化→退火→研磨→抛光制备出符合建筑装饰国家标准的微晶玻璃，并确定了最佳原料配比。冯振哲[15]等人以镍渣和废玻璃为主要原料，添加碳酸钠作为发泡剂烧制泡沫玻璃。讨论了碳酸钠加入量、发泡温度和保温时间对泡沫玻璃质量的影响。结果表明，当镍渣和废玻璃质量分数分别为20%和80%，加入5%~7%的碳酸钠发泡剂、2%的硼酸稳泡剂和2%的硼砂助溶剂时，870℃时的总孔隙率为85.66438+0h。
1.4建筑材料生产
镍渣的主要成分是二氧化硅、氧化铝和氧化铁。利用镍渣生产硅酸盐水泥可以部分替代粘土和铁粉，降低能耗。镍渣中少量的镍、铜、钴等元素对降低熟料的最低液相熔点和粘度，改善其易烧性，促进熟料矿物形成有积极作用。吴洋[16]等人用镍渣代替铁粉制备道路硅酸盐水泥，通过合理配比，制备了以C3S、C2S、C4AF为主要矿物的道路硅酸盐水泥熟料，其强度、矿物组成、安全等性能均符合国家标准要求；最佳条件为:镍渣的掺杂量(质量分数)为10%，煅烧温度为1370℃。王顺祥[17]等人讨论了镍渣的不同细度和掺量对硅酸盐水泥水化特性的影响。结果表明，随着镍渣掺量的增加，水泥浆体凝结时间延长，水化放热反应减少，硬化水泥砂浆抗压强度和抗折强度提高。相反，随着镍渣细度的增加，上述影响可以得到改善，有利于硬化水泥浆体的结构致密化。镍渣可用作混凝土掺合料和骨料，提高混凝土的强度。而且镍渣结构致密，金属含量高，含有大量的橄榄石，使镍渣具有较高的硬度，从而提高掺镍渣混凝土的耐磨性。李浩[18]等人研究了镍渣砂含量对混凝土耐磨性的影响。当镍渣粉、粉煤灰和镍渣砂同时掺入混凝土中时，掺量分别为10%、10%和40%时，混凝土的耐磨性最好。丁天庭[19]等人研究了镍渣含量对混凝土抗压强度的影响。当镍渣掺量为20%时，混凝土的抗压强度最大，当镍渣掺量为50%时，混凝土的抗压强度最小。
2.发展趋势
资源利用率低、资源短缺、产业结构不合理已成为制约我国经济社会发展的战略性问题。根据我国矿产资源的现状，镍渣中所含的主要金属是铁，因此应将铁作为主要资源提取出来进行资源化利用，不仅可以缓解我国铁矿资源的压力，而且有利于可持续发展，增加企业效益。提铁后的二次渣还可用于制备微晶玻璃、填充材料等建筑材料，镍渣资源得到充分利用。
3.结论
镍渣作为重要的二次资源，含有铁、镍、钴、铜等有价元素。，而且单纯提取有价金属的经济性有限，存在二次渣丢弃的问题。简单处理非金属资源，造成有价值金属元素的浪费；因此，用非金属资源提取有价金属后处理二次渣，更有利于镍渣的高效和生态利用。
参考
张艳云。熔融氧化法富集镍渣中铁资源的热力学研究[D].兰州:兰州理工大学，2018。
李，，，等.镍冶金渣的综合利用[J].中国冶金，2017，27 (8): 1-5。
李晓明，沈淼，王毅，等.镍渣资源化利用现状及发展趋势分析[J].材料指南，2017，31(5):100-105。
，杨，，，等.金川镍渣工艺矿物特性分析[J].矿物综合利用，2018 (1): 82-85。
谢庚。金川镍渣多组分综合利用研究[D].陕西:xi建筑科技大学，2015。
郭亚光，朱荣，裴忠业，等.熔融还原法从镍渣中提取铁的动力学[J].中国有色冶金，2017，46 (5): 75-80。
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