一種鎳礦冶金渣的處理和利用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于固廢處理和生態(tài)膠凝材料及其應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種鎳礦冶金渣的 處理和利用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 紅土型鎳礦冶金渣是指在用回轉(zhuǎn)窯-電爐工藝（RKEF )提煉鎳鐵后排放的水淬廢 渣。我國的鎳鐵生產(chǎn)量已穩(wěn)居世界首位，多數(shù)用RKEF工藝提煉鎳鐵，預(yù)測2015年年排放該種 冶金廢渣(通稱鎳鐵渣)將突破1億噸，成為除煤矸石、鋼渣、赤泥外的第四大固體工業(yè)廢物。 與已廣泛用于水泥混凝土工業(yè)的高爐鐵礦渣不同，鎳鐵渣的化學(xué)組成中鎂高，鈣鋁低，導(dǎo)致 其火山灰性低，不能用作水泥和混凝土的活性混合材料，其高鎂含量也妨礙直接用作水泥 生料?，F(xiàn)在處理鎳鐵渣的方法主要用來做礦棉和混凝土集料。礦棉用量有限，鎳鐵渣中高含 量的玻璃相又可能引發(fā)混凝土的堿-硅反應(yīng)，所以鎳鐵渣的處理量非常有限，大量處理仍存 在嚴重困難。鎳鐵渣的堆放大量占用土地，且其中的Cr、Ni、Co等重金屬還可能淋濾到水系 中去而污染環(huán)境，其處理和利用已關(guān)系到鎳鐵冶金產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展大計。
[0003] 近年來，國際國內(nèi)均有用堿性水玻璃激發(fā)固化鎳鐵渣的研究報導(dǎo)，其固化強度達 到或超過硅酸鹽水泥，是處理和利用鎳鐵渣的有效方法。但此種處理方法的工業(yè)堿摻量大， 成本遠超過水泥，若無國家補貼支持，經(jīng)濟上尚不可行。本發(fā)明用一種新的成本更低的方法 處理鎳鐵渣，將其制備成水泥材料，能實現(xiàn)其在建筑工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種鎳礦冶金渣的處理 和利用方法。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為： 一種鎳礦冶金渣的處理和利用方法，包括如下步驟： (1)先準備兩種原料。原料1為含有Si〇2和Al2〇3的固體物質(zhì)，可以是天然的巖石和礦 物，也可以是人工的產(chǎn)物或其它固體廢物，或者它們的混合物;含Si02和ai2〇3的固體原料 優(yōu)選天然巖石、礦山尾礦、煤矸石、燃煤殘碴、粉煤灰、陶瓷廢料或冶金廢碴中的一種或兩種 以上;原料2為含堿金屬的鹽，可以是鉀和/或鈉的氧化物、硫化物、氫氧化物、無機酸鹽和有 機酸鹽的一種或兩種以上的混合物(氧化物、氫氧化物等都不屬于鹽，但是為了方便表達， 在此統(tǒng)一概括成含堿金屬的鹽），可以直接用工業(yè)堿，也可采用各種工業(yè)廢堿以進一步降低 成本。將鎳礦冶金渣(或稱為鎳鐵渣)與前述兩種原料以任意方式均勻混合并研磨至細度達 到200目篩余物< 10%，然后在氧化環(huán)境中于500~1000°C充分加熱(這里的充分加熱，對時間 不明確限定，而以在該溫度下的化學(xué)反應(yīng)充分完成為判斷依據(jù)），冷卻后即得富硅物料;所 述的富硅物料滿足如下按質(zhì)量百分比計的化學(xué)組成： Si〇2 :44~63%，Al2〇3 :6~30%，K2〇+Na2〇: 1~13%，其它：14~34%，所述的其它包括FeO、 Fe2〇3、CaO、MgO、Ti〇2和S03中的一種或兩種以上； (2) 準備與水反應(yīng)生成Ca(0H)2的|丐堿原料和含CaS〇4的石霄，與水反應(yīng)生成Ca(0H)2的 鈣堿原料包括生石灰、熟石灰、電石渣和各種水泥熟料但不局限于此幾種;含CaS0 4的石膏 包括天然硬石膏、石膏、半水石膏、煅燒無水石膏及化工石膏但不局限于此幾種； (3) 按富娃物料/|丐堿原料/石膏=50~95/5~25/0~40的比例混合均勾，以任意方式研磨 至200目篩余量小于10%的細度即得水泥，比例中鈣堿原料按所含CaO的質(zhì)量計算，石膏按所 含CaS〇4的質(zhì)量計算。
[0006] 進一步地，所述富娃物料還包括天然或人工的火山灰性材料，當富娃物料中的娃 鋁含量不滿足上述比例時，按需要添加，以改善水泥綜合性能。
[0007] 本發(fā)明的有益效果在于： (1)本發(fā)明能實現(xiàn)對鎳礦冶金渣的一次性完全處理和利用。此發(fā)明不僅可全利用鎳礦 冶金渣，且可處理和利用全球范圍內(nèi)不同產(chǎn)地不同類型和經(jīng)不同冶金工藝得到的鎳礦冶金 渣。因為該種水泥的化學(xué)組成有很大的變化范圍，加上其混配原料的化學(xué)組成也可靈活調(diào) 整，其技術(shù)適應(yīng)性特別好，可消納幾乎全球所有鎳礦冶金渣。由于水泥是大批量使用的建筑 材料，社會需求量大，用此方法利用鎳礦冶金渣制備水泥不會產(chǎn)生任何次生廢渣。作為新的 水泥品種，若因為無行業(yè)和國家標準而難以為市場接受時，可直接用來制備建筑砌塊和泡 沫混凝土等產(chǎn)品而實現(xiàn)其增值。
[0008] (2)本發(fā)明全利用鎳礦冶金渣制備的水泥主要組份的燒成溫度低，能耗、污染物和 碳排放及成本也均低，故經(jīng)濟價值和社會價值均很顯著。
[0009] (3)本發(fā)明所得水泥的早強性好，特別適合用來制備建筑砌塊、泡沫混凝土等預(yù)制 件，能顯著提高生產(chǎn)效率。
[0010] (4)本發(fā)明所得水泥能和硅酸鹽水泥復(fù)合，制備少熟料復(fù)合水泥，大幅度降低熟料 摻比，從而降低水泥成本和碳排放。
[0011] (5)本發(fā)明所得水泥具有獨特的復(fù)合膠凝機理，其水化物兼含非晶相、半晶相和全 晶相膠凝物，能有效固化重金屬元素，用該水泥做成的制品可阻止重金屬淋濾造成環(huán)境污 染，故適合固化通常重金屬含量超標的鎳礦冶金渣。
【具體實施方式】
[0012] 下面用實施實施例進一步詳細說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于此。
[0013] 實施例中共實驗了各地5種鎳鐵渣，共與4種硅鋁質(zhì)固體原料共混制備水泥，9種原 料的化學(xué)全分析結(jié)果詳見表1。固體原料分別初步粉碎后再加入堿一起球磨至200目篩余量 少于10%的細度。分別在500~1000°C的溫度區(qū)間內(nèi)煅燒研磨好的粉體得到富硅物料。再按與 富硅物料的比例加入鈣堿物料和石膏，重新研磨至200目篩余量少于10%的細度。各實施例 的具體工藝參數(shù)詳見表2,表2中的份表示質(zhì)量份。根據(jù)GB/T17671-1999水泥膠砂強度檢驗 方法檢測3天和28天的強度性能，根據(jù)HJ/T 299 - 2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸 硝酸法》對經(jīng)過28天強度檢測的試塊進行浸出毒性測定。強度與毒性測定數(shù)據(jù)詳見表3。 [00 14] 表1原料化學(xué)成分一覽表單位:wt%


由表3中各實施例的強度性能可知，多數(shù)水泥超過PC32.5水泥的強度性能且3天強度能 達到P042.5的要求，但28天強度通常較小；當與硅酸鹽水泥復(fù)合時，得到的3天強度遠超 P042.5、28天強度也達到P042.5的要求，而水泥熟料含量僅12%(見表2和表3實施例13)，遠 低于P042.5中熟料含量80%的下限。可見，本發(fā)明的水泥可與硅酸鹽水泥復(fù)合從而能廣泛用 于結(jié)構(gòu)工程，其它用途則以石灰代替水泥熟料便已足夠。從主要重金屬元素的毒性檢測數(shù) 據(jù)可知，所有水泥膠砂中重金屬浸出指標均低于環(huán)保部的行業(yè)標準HJ/T299-2007,故該水 泥做成制品后無需擔心重金屬擴散，可放心使用。
【主權(quán)項】
1. 一種鎳礦冶金渣的處理和利用方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 先準備兩種原料，原料1為含Si〇2和Al2〇3的固體物質(zhì)，原料2為含堿金屬的鹽，將鎳 礦冶金渣與前述兩種原料均勻混合并研磨至200目篩余物< 10%，然后在氧化環(huán)境中于500~ 1000°C充分加熱，冷卻后即得富硅物料;所述的富硅物料滿足如下按質(zhì)量百分比計的化學(xué) 組成： 51〇2:44~63%，厶12〇3:6~30%，1(2〇+他2〇:1~13%，其它：14~34% ;所述的其它包括卩6〇、 Fe2〇3、CaO、MgO、Ti02和S03中的一種或兩種以上； (2) 準備與水反應(yīng)生成Ca(OH)2的|丐堿原料和含CaS〇4的石霄； (3) 按富娃物料/|丐堿原料/石膏=50~95/5~25/0~40的質(zhì)量比混合均勾，以任意方式研 磨至200目篩余量小于10%的細度即得水泥，質(zhì)量比中鈣堿原料按所含CaO的質(zhì)量計算，石膏 按所含CaS〇4的質(zhì)量計算。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳礦冶金渣的處理和利用方法，其特征在于，含Si02和Al2〇3 的固體原料為天然巖石、礦山尾礦、煤矸石、燃煤殘碴、粉煤灰、陶瓷廢料或冶金廢碴中的一 種或兩種以上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳礦冶金渣的處理和利用方法，其特征在于，所述的含堿金屬 的鹽為鉀和/或鈉的氧化物、硫化物、氫氧化物、無機酸鹽和有機酸鹽的一種或兩種以上的 混合物，或為工業(yè)堿，或為工業(yè)廢堿。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳礦冶金渣的處理和利用方法，其特征在于，所述的與水反應(yīng) 能生成Ca(0H)2的鈣堿原料為生石灰、熟石灰、電石渣和水泥熟料中的一種或兩種以上。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎳礦冶金渣的處理和利用方法，其特征在于，所述含CaS04的石 膏為天然硬石膏、石膏、半水石膏、煅燒無水石膏及化工石膏中的一種或兩種以上。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的鎳礦冶金渣的處理和利用方法，其特征在于，所述 富硅物料還包括天然或人工的火山灰性材料。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎳礦冶金渣的處理和利用方法。本發(fā)明以回轉(zhuǎn)窯-電爐工藝（RKEF）提煉鎳鐵排放的鎳鐵渣為主要原料制備水泥，方法是先將鎳鐵渣與硅鋁質(zhì)原料及少量堿金屬鹽的混合物低溫煅燒得到富硅物料，再在后者中按比例加入水化時釋放Ca(OH)2的原料和含CaSO4的原料磨細。本發(fā)明處理鎳鐵渣不產(chǎn)生二次廢料也能避免重金屬淋濾擴散，且適用于各種不同礦產(chǎn)地的鎳鐵渣，可大量處理和利用規(guī)模龐大的鎳礦冶金廢渣，并實現(xiàn)增值利用。與硅酸鹽水泥相比，所得水泥早強性好，長期強度能滿足多數(shù)使用要求，有更高的性價比，碳排放、能耗和污染等都大幅度減小。
【IPC分類】C04B7/24, C04B7/26, C04B7/21
【公開號】CN105502974
【申請?zhí)枴緾N201510951301
【發(fā)明人】彭美勛
【申請人】彭美勛
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月19日