单组分电炉镍渣基地聚物修补材料制备与性能调控

为利用具有潜在活性的固体废弃物电炉镍渣,制备单组分电炉镍渣基地聚物修补砂浆.基于正交实验和极差分析,通过掺入掺合料并改变碱模数和碱当量等关键影响因素,对地聚物砂浆各项修补性能进行调控,获取满足修补性能的最优配合比,确定各因素对修补性能的影响主次.结果表明,最优配比是矿渣掺量为30%,粉煤灰掺量为30%,碱模数为1.2,碱当量为6.5%,其28 d抗压、抗折强度分别为90.29、9.23 MPa,干燥收缩率为0.56×10-3,14 d拉伸粘结强度为3.64 MPa,满足修补砂浆规范要求.经比较,矿渣掺量对修补砂浆性能调控影响最为显著.

响应曲面法优化二次镍渣微晶玻璃热处理制度

镍渣作为有色冶炼过程产生的冶金废渣,以堆存形式处理,环境影响突出,但含铁量高,是一种极具开发前景的二次利用资源。以二次镍渣为原料制备微晶玻璃,采用响应曲面法并结合Box-Behnke原理设计探讨了核化温度、核化时间、晶化温度、晶化时间及其交互作用对微晶玻璃抗折性能的影响,建立了抗折强度与各因子间的模型。通过模拟优化,确定了最佳热处理工艺参数:核化温度和晶化温度分别为845℃和955℃、核化时间和晶化时间均为80 min。采用最优工艺参数试验验证发现,微晶玻璃主晶相为铁硅灰石和钙长石,抗折强度均值达到126.78 MPa,与模型预测值偏差较小,表明该预测模型可靠有效及工艺优化合理可行。

镍渣—全尾砂混合骨料配比试验研究

为实现固废循环利用,降低尾砂和镍渣的固废堆存,开展了镍渣—全尾砂混合骨料配比试验。通过扫描电镜和X射线荧光光谱测定(XRF)方法分析了镍渣和全尾砂的粒级分布和化学成分,利用骨料堆积密实度理论确定了镍渣—尾砂的配比优化范围为4∶6、5∶5和6∶4;考虑料浆的流动性、和易性及充填体强度,最终推荐镍渣—全尾砂的最优配合比为5∶5,料浆的质量浓度为77%~79%,水泥添加量为310 kg/m^(3);针对镍渣—全尾砂充填,镍渣利用量最高不超过50%,最大质量浓度为79%,对应的剪切应力为112.634 Pa,黏度为0.938 Pa·s。

还原介质对镍渣直接还原提铁的影响

如何从富铁镍渣中高效提铁是该资源综合再利用的关键。本文采用焦炭和烟煤作为还原剂,对镍渣进行直接还原提铁试验研究,对比两种还原剂在镍渣还原过程中产生有效还原介质的差异,借助热力学软件对不同还原介质的还原能力进行热力学分析,然后通过试验及表征研究两种还原剂对镍渣还原过程金属化率变化及微观结构演变的影响。结果表明:烟煤含有的高挥发分会产生CO-H_(2)混合的还原介质,而焦炭则主要以CO还原介质为主;热力学分析结果表明,CO-H_(2)混合气对铁氧化物的还原能力优于纯CO。镍渣还原焙烧试验结果显示,使用烟煤作为还原剂,1 300℃下还原20 min,镍渣球团的金属化率可达90.20%;而采用焦炭作为还原剂时其金属化率仅达到72.97%,烟煤对镍渣的还原能力优于焦炭。

富镁镍渣-偏高岭土基地质聚合物的制备及耐火性能研究

在富镁镍渣(HMNS)中掺入偏高岭土(MK)制备了富镁镍渣基地质聚合物,通过高温实验探究了富镁镍渣基地质聚合物的耐高温性能,并采用XRD、FT-IR、SEM和同步热分析(TG-DSC)等表征分析了富镁镍渣基地质聚合物的水化产物、相变和显微结构。结果表明,富镁镍渣基地质聚合物在室温下的抗压强度可达16.0 MPa。暴露于1200℃后,抗压强度提高至38.8 MPa且热膨胀率仅为1.05%,表现出优异的耐高温性能。室温下主要的结晶产物是镁磷石和柏林石。非晶相主要由—Al—O—P—、—Si—O—P—、—Si—O—P—O—Al—和—P—O—Mg—等结构组成。暴露于高温后,相变、物理自由水的蒸发、化学结合水的脱水、去羟基化、胶凝相的收缩以及烧结是影响富镁镍渣基地质聚合物力学性能和微观结构变化的主要因素。

镍渣对粉煤灰基地质聚合物收缩性能的影响

镍渣是镍冶炼过程中排出的工业固废,以镍渣为原料制备地质聚合物,既提高了地质聚合物的绿色环保属性,更有助于促进镍铁合金工业的可持续发展。向粉煤灰基地质聚合物中掺入镍渣,并考察镍渣掺量对硬化体收缩性能的影响。结果表明,镍渣掺量为25%时不仅提高了地质聚合物的抗压强度,同时有助于降低自收缩和干燥收缩。镍渣反应活性较低,掺入粉煤灰基地质聚合物中会减缓碱激发反应进程,进而降低硬化体自收缩。另一方面,镍渣颗粒在硬化体中发挥微骨料作用,掺入后有助于降低地质聚合物孔隙率,既提高了硬化体的抗压强度,同时抑制干燥过程中的水分蒸发并降低了干燥收缩。

复杂硫化铜镍渣中温氧压浸铜镍—同步沉铁研究

针对复杂硫化铜镍渣进行了中温氧压浸铜镍—同步沉铁试验,查明了硫化铜镍渣中主要元素的存在形式,考察了氧压浸出工艺条件对铜、镍、铁、硫浸出率的影响。获得硫化铜镍渣高效浸铜镍—同步沉铁的最佳工艺参数为:硫酸(98%)20 g(即每吨铜镍渣硫酸200 kg)、浸出温度170℃、氧分压0.4 MPa、液固比5 mL/g、浸出时间5 h,在该条件下,铜、镍、铁、硫的浸出率分别为98.73%、98.86%、26.69%、93.17%,浸出液残酸浓度1.28 g/L,浸出液中铜、镍、铁质量浓度分别为77.04、18.80、0.67 g/L。

碱激发富镁镍渣淤泥固化土USC及机理分析

研究固化剂质量分数(固化剂掺量)、淤泥水的质量分数及碱激发剂种类等因素对淤泥固化土无侧限抗压强度(UCS)的影响,采用扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)分析、X射线衍射(XRD)和压汞仪(MIP)分析淤泥固化土的微观结构,并揭示其作用机理。试验结果表明:碱激发富镁镍渣固化剂能有效固化淤泥土,最高强度可达702 kPa;由淤泥固化土水化反应生成了钠镁硅铝酸盐聚合物凝胶产物(N-M-A-S),凝胶产物通过黏结土体颗粒并填充土体孔隙,使淤泥固化土的结构更加致密紧实。

不同养护温度下镍渣细骨料水泥胶砂性能的试验研究

对天然骨料的不断开采导致其总量正在迅速枯竭,天然骨料的提取工艺也加速了环境的破坏,而镍渣作为镍冶炼厂和不锈钢冶炼厂排放的工业废渣,在混凝土行业具有很高的应用潜力。为了研究不同镍渣细骨料取代量、不同养护温度对水泥胶砂各项性能的影响,分别用0%、15%、25%和35%的镍渣细骨料取代天然砂,设置养护温度为20℃和40℃,对新拌砂浆的流动度,硬化砂浆的抗压强度、碳化深度、抗氯离子侵蚀能力和微观结构进行了测试。结果表明:提高镍渣细骨料取代量能够提高新拌砂浆的流动度,改善工作性能;提高镍渣细骨料取代量和养护温度,砂浆试件的抗压强度、抗碳化性能和抗氯离子侵蚀能力均得到不同程度的提高;由于镍渣细骨料硬度高、密度大、吸水率低,且养护温度的提高能够促进水泥熟料水化生成更多的水化产物,因此,提高镍渣细骨料取代量和养护温度使水泥胶砂的微观结构更加致密,有助于水泥胶砂各项性能的改善。该研究结果旨在为镍渣细骨料在预制混凝土的应用提供指导。

风冷镍渣骨料对混凝土抗压强度的影响

以风冷镍渣为粗细骨料代替石灰岩碎石和河砂制备混凝土,研究镍渣骨料对混凝土抗压强度的影响。结果表明,镍渣粗骨料的硬度较高,替代石灰岩碎石后可提高混凝土抗压强度,掺量为50%时抗压强度增长率为13.74%,但镍渣粗骨料掺量不易过高,否则会造成混凝土强度下降;镍渣细骨料是镍渣粗骨料破碎过程中产生的细小颗粒,质地较软,替代天然河砂后会造成混凝土强度下降。通过精细化控制粗细骨料掺入比例并调整配合比,可实现镍渣在水泥混凝土生产中的大掺量资源化应用。

镍渣中Ca^(2+)、Mg^(2+)在乙酸中的溶解特性研究

以电弧炉镍渣为研究对象,以乙酸为溶剂,研究了电弧炉镍渣中Ca^(2+)、Mg^(2+)的溶出特性,考察了乙酸浓度、固液比、温度、颗粒粒径对溶出过程的影响。试验结果显示:Ca^(2+)、Mg^(2+)的溶出率随着溶剂浓度、温度的升高和固液比的减小而增加。细粒径的镍渣中溶出效果更好。采用收缩核模型对溶出数据进行分析,结果显示:溶出过程受到扩散的控制,Ca^(2+)、Mg^(2+)在乙酸溶液中的溶出活化能分别为16.61 kJ/mol、21.51 kJ/mol,Ca^(2+)更易溶出。

湿法炼锌钴镍渣综合回收的试验研究

针对传统硫酸浸出湿法炼锌钴镍渣回收率低的情况,采用“酸洗-焙烧-选择性浸出”工艺进行处理。通过试验得到工艺的最佳条件:酸洗,L/S=3~4∶1、温度60~65℃、pH为1.5~2.0、反应时间0.5 h;焙烧,焙烧时间0.5 h;浸出,温度60~65℃、pH为4.5~5.0、L/S=3~4∶1、反应时间4 h。用该工艺对某钴镍3#渣进行处理,结果表明94%的锌可溶出,94%的钴、镍被富集在渣中,富集比为7。

富铁镍渣煤基氢冶金等温还原动力学研究

采用煤基氢冶金工艺对富铁镍渣中的铁组元进行高效还原,研究了不同温度下镍渣球团等温还原过程金属化率变化规律,利用粒子模型和未反应核模型对镍渣球团的煤基氢还原动力学过程进行分析讨论,明确了各反应阶段的控制环节并建立了相应动力学方程.研究表明:以高挥发分煤为还原介质,掺煤镍渣球团在1300℃还原焙烧20 min的金属化率可达90.2%;球团还原过程可分为反应初期、中期和后期3个阶段,其反应动力学分别受界面化学反应控制、反应-扩散混合控制和内扩散控制,反应表观活化能(E_(a))分别为174.01、124.15、83.14 kJ/mol.

硫酸钠和氢氧化钠复合激发的碱镍渣水泥性能

以镍渣和波特兰水泥(OPC)为主要原料,采用硫酸钠和氢氧化钠作为复合激发剂制备碱镍渣水泥并研究其力学性能和微观结构。结果表明:固定硫酸钠和氢氧化钠的总掺量为镍渣与OPC质量之和的8%,随着NaOH从0%增加到4%,碱镍渣水泥的凝结时间缩短,标准稠度用水量增大,主要水化产物C-(A)-S-H、C-A-H、钙矾石和钠钙硅铝酸盐增多,钙矾石和钠钙硅铝酸盐能够填充孔隙,使结构变得更加致密,因此抗折强度和抗压强度逐渐增大;采用硫酸钠和氢氧化钠(各为4%)复合激发制得的碱镍渣水泥28 d抗压强度为40.38 MPa。

碱激发剂对单组份碱激发镍渣水泥混凝土抗碳化性能的影响

碳化导致混凝土碱度下降,对钢筋混凝土结构的耐久性造成严重危害。本文以Na_(2)SiO_(3)、NaOH和Na_(2)CO_(3)为碱激发剂,探究碱激发剂种类与其中的Na_(2)O当量对单组份碱激发镍渣水泥砂浆抗碳化性能的影响规律。研究表明:当Na_(2)O当量相同时,单组份碱激发镍渣水泥砂浆的抗碳化性能以NaOH单掺组试件最优,Na_(2)SiO_(3)单掺组试件最劣;Na_(2)CO_(3)取代部分Na_(2)SiO_(3)后可提升水泥砂浆试件抗碳化能力,而取代部分NaOH后,水泥砂浆试件抗碳化能力则与Na_(2)O当量有关;随着Na_(2)O当量的增加,Na_(2)SiO_(3)单掺组与Na_(2)SiO_(3)&Na_(2)CO_(3)(3∶1)复掺组试件的抗碳化性能呈先增强后减弱的趋势;NaOH单掺组试件前期的抗碳化性能不断增强,试件后期的抗碳化性能呈先增强后减弱的趋势;NaOH&Na_(2)CO_(3)(3∶1)复掺组试件前期的抗碳化性能有所改善,但后期的抗碳化性能反而下降。

镍渣制备水泥基耐磨地坪砂浆的试验研究

文中利用镍渣替代部分重钙和天然石英砂制备耐磨地坪砂浆,通过研究不同细度和掺量镍渣对水泥基耐磨地坪相关性能的影响,以及复合早强剂的开发,制得兼具良好流动度、耐磨度和早期强度的地坪砂浆。结果表明,磨细镍渣替代重钙粉可以对水泥基耐磨地坪砂浆性能进行优化,当磨细镍渣比表面积为465 m^(2)/kg时,优化效果达到最佳状态;采用改性镍渣部分替代天然石英砂,替代量为50%时是最优替代量;选用无水硫酸钠、亚硝酸钠、三乙醇胺复配成复合早强剂,掺入水泥基耐磨地坪砂浆后对其早期强度起到了显著的增强作用。

镍渣衍生Fe_(3) O_(4)/聚苯胺复合材料的制备及微波吸收性能研究

镍渣含有多种有价金属元素,其综合利用研究越来越受到重视。从镍渣中回收的Fe_(3)O_(4)本身具有一定的吸波能力,但存在密度大、阻抗匹配差等缺点。本工作首先采用熔融氧化法、磁选及球磨法从镍渣中获得Fe_(3)O_(4)颗粒,然后采用原位氧化聚合法将其与苯胺复合制备镍渣衍生Fe_(3)O_(4)颗粒(FPENS)/聚苯胺(PANI)复合材料。对FPENS/PANI复合材料的物相组成、微观形貌及磁学性能进行表征,并研究了微波吸收性能和吸波机理。结果表明,FPENS/PANI复合材料中聚苯胺的相对含量对材料的吸波性能有较大的影响,当Fe_(3)O_(4)与苯胺的质量比为5∶1时,材料的最小反射损耗在15.8 GHz处达到-38.9 dB,匹配厚度为1.5 mm,有效带宽为4.24 GHz。FPENS/PANI复合材料对电磁波的损耗主要来源于磁损耗和介电损耗,其中磁损耗以自然共振和交换共振为主,介电损耗以偶极极化和界面极化为主。本工作为固废镍渣的综合利用提供了新思路。

镍渣砂混凝土路用性能研究

为了缓解我国砂石短缺的压力,实现镍渣的资源化利用,将镍渣砂替代部分机制砂作为细集料制备水泥路面混凝土,研究镍渣砂的掺量对水泥路面混凝土工作性能、力学强度、耐磨性能以及孔隙结构的影响。试验结果表明:复掺30%的镍渣砂可以改善机制砂路面混凝土的和易性,优化孔隙结构,降低孔隙率,提高路面混凝土的抗压强度、抗折强度以及耐磨性能;但是当镍渣砂掺量超过30%时,混凝土的保水性能变差,逐渐出现泌水现象,使得混凝土内部的有害孔及多害孔的数量增多,最可几孔径变大,孔隙率增大,从而使得混凝土的抗压强度与抗折强度降低,耐磨性能变差。因此,镍渣砂的掺量不宜超过细集料总量的30%。

铝厂污泥、尾矿与镍渣合成莫来石的试验研究

以铝厂污泥、高岭土尾矿和镍渣为主要原料,研究了不同原料比例、烧成温度及保温时间对合成莫来石含量及结构的影响,采用X射线衍射(XRD)仪和扫描电镜(SEM)对产物进行表征。结果表明,3#试样(64%铝厂污泥、25%高岭土尾矿与11%镍渣)合成的莫来石总含量高达80.5%,其中3Al_(2)O_(3)·SiO_(2)质量分数高达63.7%。综合生产成本因素,在烧成温度1400℃,保温4 h时,3#试样合成的稳态莫来石含量最高,能形成坚固网络状结构。

等强度条件下碱激发高炉镍渣混凝土与普通硅酸盐水泥混凝土的性能对比

分别以NaOH和水玻璃为激发剂,制备了碱激发高炉镍渣混凝土,在碱激发高炉镍渣混凝土的7 d抗压强度与普通硅酸盐水泥混凝土的28 d抗压强度基本相等的条件下,对比了碱激发高炉镍渣混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土的后期(90 d)力学性能、孔结构发展规律和抗氯离子渗透性能的差异。结果表明:碱激发高炉镍渣混凝土的早期(7 d前)强度发展迅速,其中,NaOH激发高炉镍渣混凝土28 d后的强度发展相对缓慢;等强度条件下,碱激发高炉镍渣混凝土的后期抗压强度和劈裂抗拉强度、孔结构和抗氯离子渗透性能均优于普通硅酸盐水泥混凝土,其中,水玻璃激发高炉镍渣混凝土的各项性能最好。