镍冶炼渣中铁资源回收研究现状及发展分析

镍渣为有色冶炼过程中产生的冶金废渣,铁品位高达40%,具有较高的回收利用价值。镍渣中的铁主要以硅酸亚铁形式的化合物为主,难以对其进行有效提取。如何合理利用镍渣,对行业可持续、绿色化发展具有重大意义,是目前的研究热点。本文对镍渣中铁资源回收技术进行了综合分析,针对现有镍渣提铁工艺中存在的问题,提出在镍冶炼过程中加钙以调整镍渣渣型和降低冶炼温度,使铁橄榄石向铁酸钙形式转变,降低后续提铁难度,以期实现镍渣的高值资源化综合利用。

不锈钢冶金废渣制备超细掺合料配比研究

在节能减排和绿色发展的背景下,大量堆放的冶金固废对环境污染的问题亟待解决。针对不锈钢生产过程中排放的工业固废—镍铁渣与不锈钢尾渣,复掺粉煤灰、脱硫石膏,以7d活性和28d活性为性能指标,基于力学性能进行配比优化研究。结果表明:不锈钢尾渣和镍铁渣的掺入比例对于超细掺合料的活性影响最大,其次是粉煤灰的掺入量,脱硫石膏的掺入量对于活性的影响相对较小。比表面积超过600cm^(2)/g以后继续粉磨对活性提升不明显。综合考虑制备超细固废掺合料的配比为镍铁渣:不锈钢尾渣=8∶2,粉煤灰掺量为20%,SO_(3)的含量控制在3.0%,比表面积为600cm^(2)/g,此时超细掺合料的28d活性最高,7d活性80%,28d活性达91%。

镍铁渣粉水泥土的固化机理研究

为研究镍铁渣粉掺量对水泥土固化材料的作用机理,通过深入研究镍铁渣粉水泥土的微观性质,更准确地揭示固化过程中的物理和化学变化规律。利用激光粒度试验分析了镍铁渣粉和水泥的粒径分布,发现了镍铁渣粉的离散性和平均粒径均略小于水泥;通过同步热分析试验,研究了镍铁渣粉水泥土的内部结构,结果显示镍铁渣粉填充了水泥土的孔隙,提高了颗粒间的胶结度,从而提高了其抗压强度;通过扫描电子显微镜(SEM)试验微观试验,表明了适量的镍铁渣粉有助于提升水泥土的动静强度,随着养护龄期的增加,水泥土的强度也得到进一步提升。

镍铁矿渣纤维对SMA-13沥青混合料高温稳定性的影响研究

纤维沥青混凝土具有优异的抵抗变形能力,耐久性较好,受到业内广泛关注。文章选用一种新型矿物纤维——镍铁矿渣纤维作为SMA-13混合料的纤维改性剂,通过马歇尔试验和车辙试验对改性后SMA-13沥青混合料的高温稳定性进行研究。结果表明:1#镍铁矿渣纤维掺量为0.4%时,对SMA-13沥青混合料马歇尔模数的提升效果最为明显,其改性效果优于木质素纤维;1#和3#镍铁矿渣纤维均可较好提升SMA-13沥青混合料的车辙动稳定度,且掺量达到0.4%以上时效果略优于木质素纤维的改善效果。综合高温性能测试结果,1#镍铁矿渣纤维提升SMA-13混合料高温性能的效果最佳,其最优掺量为0.4%。

三种废渣的CO_(2)矿化封存性能及制备胶凝材料

阳江市是华南地区重要基础原材料生产基地,产生电炉镍铁渣、高炉镍铁渣和不锈钢精炼渣三种废渣。本文对比分析三种废渣在干法和湿法矿化封存CO_(2)差异性,评估三种废渣碳化后制备胶凝材料可行性。研究表明:干法固碳中,不锈钢精炼渣、高炉镍铁渣和电炉镍铁渣矿化封存CO_(2)能力逐渐降低,碳化时间24h时,CO_(2)封存量分别为150g/kg、25g/kg、23g/kg;湿法固碳中,电炉镍铁渣和高炉镍铁渣固碳率与干法相似,不锈钢精炼渣固碳率随液固比增加出现先升高后降低趋势。三种废渣碳化后其胶凝活性均降低,且不锈钢精炼渣降低幅度更显著,28d活性指数降幅分别为21.9%、21.7%、35.7%。

镍铁渣资源化利用现状及其固化含砷废渣新思路

镍铁渣是一种镍铁合金冶炼过程中排放的工业固体废渣,其排放量逐年激增,处理方式为堆置和填埋,综合利用率却仅为10%左右。另外,含砷废渣的大量简易堆放也对生态环境和人类健康存在着严重的威胁。通过分析镍铁渣的理化性质、资源化利用现状,提出了采用镍铁渣复合碱激发材料制备高效胶凝材料,并将其对含砷废渣进行固化处置,以期对含砷废渣的有效固化处置提供新思路。同时,解决了各种工业废渣堆存困难,综合利用低等问题,实现“以废治废”。

红土镍矿矿渣制备磷酸铁锂及其锂离子电池正极性能研究

红土镍矿中具有丰富的金属资源,经过矿石冶炼提取镍金属后会产生大量的矿渣,不仅造成严重的环境污染,还浪费了大量的铁资源。针对以上问题,本工作探索了一条新的综合利用思路,用红土镍矿矿渣制备磷酸铁锂,实现金属资源高价值的回收利用。本工作表明,目前由红土镍矿矿渣制备的磷酸铁锂为纳米球状颗粒,X射线衍射及其精修结果也证明了该磷酸铁锂良好的结构组成。电化学结果表明该磷酸铁锂与商用磷酸铁锂的性能几乎一致,在1C下能释放148.5mAh·g^(-1)的比容量,循环500圈容量保持率高达98.5%。此外,利用弛豫时间分布解析红土镍矿矿渣制备的磷酸铁锂的电化学交流阻抗谱,表明该材料具有较好的动力学行为。综上所述,本工作提出了一条极具经济价值和应用价值的红土镍矿矿渣回收思路,为含铁资源更好的综合利用提供新的实验支持。

低碳矿物掺合料对混凝土性能及碳排放的影响研究

采用固废制备矿物掺合料替代混凝土制备所用的水泥等胶凝材料是实现混凝土低碳化的重要手段,也是改善混凝土性能的重要方法。为实现电炉镍铁渣的资源化利用及其在低碳化方向的规模化应用,根据电炉镍铁渣的特点,基于化学和物理协同激发的方法,将镍铁渣、激发剂、助磨剂与矿粉按一定比例复配后进行机械粉磨,制备镍铁渣低碳矿物掺合料,并将镍铁渣低碳矿物掺合料用于混凝土的制备,研究不同镍铁渣低碳矿物掺合料掺量对混凝土拌合物工作性能、力学性能和收缩率的影响。结果表明:当机械粉磨时间为40 min,比表面积为678 m2/kg时,能制备出性能最佳的镍铁渣低碳矿物掺合料,再将性能最佳的镍铁渣低碳矿物掺合料替代水泥应用到混凝土制备中,随着镍铁渣低碳矿物掺合料掺量的增加,混凝土的坍落度和抗压强度均呈先升高后下降的趋势,收缩率则呈先下降后升高的趋势。其中,当镍铁渣低碳矿物掺合料掺量为45%时,混凝土的性能最佳,且当镍铁渣低碳矿物掺合料掺量为60%时,相比于未掺镍铁渣低碳矿物掺合料的混凝土,依然能够保证较好的工作性能和力学性能,有利于降低混凝土收缩率,减少混凝土原材料的碳排放量。

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。

利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿制备Fe-Cr-Ni合金

我国是不锈钢第一生产大国,但作为冶炼不锈钢主要原料的镍矿及铬铁矿资源贫乏,占红土镍矿资源总量60%以上的褐铁矿型红土镍矿与低品位铬铁矿愈发受到关注。同时,不锈钢冶炼通常需先分别生产铬铁和镍铁,工艺流程长,生产成本高。因此,本文基于烧结—高炉工艺,利用褐铁矿型红土镍矿烧结矿低成本地一步制备出了Fe-Cr-Ni合金。通过热力学分析及熔炼参数的优化,重点研究了不同Cr_(2)O_(3)含量的含镍烧结矿(S1:4.84 wt%;S3:7.72 wt%)的熔炼特性。在熔炼时间60 min(S1)/90 min (S3)、熔炼温度1600℃、焦粉用量20 wt%、炉渣碱度1.0的最佳条件下,成功制备出了铬品位5.6 wt%~9.3 wt%、镍品位1.55 wt%~1.70 wt%、铁品位84 wt%~88 wt%的Fe-Cr-Ni合金,其铬、镍和铁的回收率分别在90%、98%和96%以上。研究表明,含镍烧结矿Cr_(2)O_(3)含量的提高会造成熔炼时间的延长,这不利于焦比的降低与不锈钢产量的提高。在后续研究中,将开发出由含镍烧结矿与含铬球团矿构成的综合炉料结构,以更有效地实现高铬镍铁的冶炼。

镍铁渣用作混合材对水泥性能影响的研究

研究了镍铁渣单掺作为混合材对水泥标准稠度需水量、凝结时间、强度等性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、微量热仪等检测手段,揭示镍铁渣复合水泥微观结构与宏观性能之间的联系,并研究了镍铁渣与矿粉复掺对水泥强度的影响。研究结果表明,随着镍铁渣掺量的增加,水泥标准稠度需水量、凝结时间逐渐增加,强度逐渐降低;镍铁渣能显著降低水泥体系的水化热,降低水泥浆体孔隙率,提高浆体结构致密度;镍铁渣与矿粉复掺有助于水泥强度的发展,同时掺加镍铁渣与矿粉的水泥体系的安定性均合格。

镍铁渣—水泥复合胶凝材料化学活化的研究

研究了单组份激发剂氧化钙、水玻璃、硫酸钠对镍铁渣—水泥复合胶凝材料强度及镍铁渣活性的影响,在此基础上,制备了一种高效复合激发剂-HY,并利用XRD、SEM等方法对试样进行分析。研究表明:激发剂能激发镍铁渣的潜在活性,使镍铁渣—水泥复合胶凝材料体系水化硬化后的结构更加致密,其中复合激发剂-HY的激发效果最好,使复合胶凝材料7d、28d抗压强度分别提升了6.0MPa和6.2MPa。

用镍铁炉渣制备矿渣纤维

红土镍矿火法冶炼镍铁合金过程中,会排出大量镍铁炉渣,当前,主要采用堆存、填埋等方式处理镍铁炉渣,不仅占用大量土地资源,而且污染环境。为此,以红土镍矿冶炼过程产生的高温熔融炉渣制备镍铁矿渣纤维。结果表明,在石灰添加量为16%、炉渣流量为4 200 kg/h、制纤温度为1 540℃、负压机风压为0.8 MPa、离心成纤机转速为4 000 r/min时,制得的纤维吸油率为5.2%、吸持沥青能力为自身质量的10.94倍,可以满足路用纤维材料的技术要求。镍铁矿渣纤维呈圆柱状,且表面缺陷较多。对镍铁矿渣纤维性能分析表明,镍铁矿渣纤维属于玻璃态非晶体物质,其表面对空气中二氧化碳分子和水分子的优先吸附和表面缺陷使其具有较好的沥青吸持能力。研究结果为镍铁矿渣资源化再利用提供了一种途径。

镍渣资源化利用现状及发展趋势分析

镍渣含Fe 40%~45%,SiO_232%~36%,MgO 1%~11%,CaO 1%~3%(质量分数),并含少量的镍、铜、钴等有价金属,是重要的二次资源。介绍了典型镍渣成分及物相,总结了镍渣提取有价金属、作井下填充材料、生产微晶玻璃、制备建材等资源化利用工艺的技术要点,分析了现有工艺存在的问题,提出了镍渣直接还原提铁及协同制备胶凝材料的绿色利用思路,介绍了初步研究结果,探讨了进一步资源化的方向。

金川镍渣熔融炼铁及熔渣制备微晶玻璃的研究

以金川镍渣为主要原料提铁,以及采用浇铸工艺制备二次熔渣微晶玻璃,获得了可用于炼钢的生铁原料和建筑装饰用微晶玻璃。利用正交试验设计方法探讨了不同原料配比组成条件下渣铁分离和熔渣微晶玻璃晶化的效果,确定了可用于工业试验的最佳原料配比:85.1%镍渣,1.8%氧化铝粉,6.6%生石灰,5.0%萤石,1.6%氧化钠,5.1%焦炭。通过X射线衍射分析、物理化学性能测试、光学显微分析等手段确定了微晶玻璃的物相组成及性能特征。

镍铁渣粉对水泥土的强度影响试验研究

为了揭示镍铁渣粉对水泥土性能的影响,结合宏观与微观的试验方法分别对不同镍铁渣粉掺量和龄期的水泥土进行试验研究。宏观进行了水泥土的无侧限抗压强度试验,得到各组配合比下水泥土的强度值;微观进行了水泥土的物相和孔结构试验,得到各组配合比下水泥土的孔径大小和钙矾石的结晶情况。结果表明:镍铁渣粉的活性到28 d龄期后才会更大程度的被激发,早龄期活性很低; 20%为镍铁渣粉掺量的较优掺入值;镍铁渣粉活性的发挥主要是与水泥水化产物反应生成钙矾石晶体;微观孔结构试验结果能与无侧限抗压强度试验结果做到很好的相互印证。

镍渣熔融还原提铁动力学

对以镍冶炼企业所产的深度贫化镍渣为原料,碳粉、石灰石作为添加剂,采用熔融还原工艺面收镍渣中铁的动力学进行研究。理论计算得出熔融还原工艺反应时间与还原度之间的关系,初步确定其限制性环节。试验表明,溫度升高、碱度增大,还原度提高,反应时间缩短,且温度升高使得反应级数降低,反应速率常数增大,FeO含量及碱度的变化对反应速率影响程度减小。

FeO-SiO_2系废渣的火山灰活性研究

通过将FeO-SiO2系渣中典型的镍渣和铜渣掺入硅酸盐水泥中,研究其火山灰活性。研究表明,镍渣和铜渣中的主要矿物相是铁橄榄石,同时含有部分玻璃相。在水化早期火山灰活性较低,但在硅酸盐水泥水化产物氢氧化钙的激发下,后期活性逐渐增加,在28 d时表现较高的活性,随着龄期的增长,强度逐渐增加。而且渣的粒度越小越细,活性越高。镍渣和铜渣对硅酸盐水泥的水化产物略有影响,其主要水化产物仍是水化硅酸钙和钙矾石,能谱分析表明存在部分高铁的水化产物,可能是Fe(OH)2凝胶与水化硅酸钙混合生长。

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.

镍冶炼渣中CaO-SiO_2-FeO-MgO系炉渣热力学与物相平衡研究

硫化镍闪速熔炼终渣中铁主要以含镁橄榄石型硅酸盐为主,致使其后续资源利用中提取困难。本研究从提铁角度出发,通过适当调整熔炼初始渣系组分,利用Fact Sage热力学软件计算了FeO-SiO_2-CaO-MgO渣系在特定温度下的热力学条件、相平衡及物相组成,并用实验验证,以期找到最有利于后续还原提铁的渣组成。结果表明,在500~1 400℃间,该渣系主要存在物相以橄榄石以及钙镁硅酸盐为主,并伴有少量Fe_3O_4、MgO(方镁石)和Ca_3MgSi_2O_8。渣中CaO及Fe/SiO_2比增加,MgO含量降低(13%降为7%),均会降低渣系熔点。随着CaO含量从5%增加到20%,体系中铁镁橄榄石和铁橄榄石物相含量降低显著,FeMgSiO_4相对含量从34%降低到6%左右,Fe2SiO_4相对含量从39%降低到小于6%。该渣组分非常有利于渣后期还原提铁。