有色冶金渣制备胶凝材料研究现状与展望

有色冶金渣制备胶凝材料研究现状与展望

刘超群

身份证： 36210119711003****

摘要：有色冶金渣是有色金属矿物在冶炼过程中产生的废渣。我国有色冶金行业规模巨大，同时有色冶金渣的排放量和堆存量大。但有色冶金渣的利用率很低，每年冶金渣的排放量远大于利用量，导致堆存量呈指数增长，不仅占用大量土地资源，而且对环境和地下水造成了严重污染。此外，有色金属矿物在冶炼过程中产生的砷、镉、锌和铅等重金属废渣，处理不当会产生严重的重金属污染。相比水淬高炉矿渣，有色冶金渣中钙和铝的氧化物含量较少，而铁氧化物含量较高，且多为硅酸铁氧化物，因此导致有色冶金渣火山灰活性较低，由此给资源化利用带来诸多难。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对有色冶金渣制备胶凝材料研究现状与展望提出了一些建议，以供参考。

关键词：有色冶金；渣制备胶凝材料；研究现状；展望

引言

随着国家对矿冶固废堆存处置环保要求的提高，有色冶金渣制备胶凝材料资源化利用的规模将大幅提高，有色冶金渣制备建筑材料和矿山充填材料将成为未来该领域资源化利用的重点，应加强有色冶金渣低成本加工制备工艺以及与之相匹配的活性激发剂开发等方面的研究。建议国家相关部门尽快研究制定有色冶金渣胶凝材料制备工艺的相关标准，加快拓展有色冶金渣胶凝材料制备技术的工业化应用。

1、有色金属

有色金属有６０多种，可分为重金属、轻金属、贵金属、稀有金属、半金属等，这些金属的密度、熔点、化学活性、矿物赋存类型等差异很大，导致它们的提取工艺多样、冶炼流程各不相同，涉及的火法冶炼过程包括熔炼、吹炼、焙烧、精馏、煅烧、氯化等，湿法冶炼过程包括（常压、加压、生物）浸出、萃取、溶出、分解、沉淀、蒸馏等，电冶金过程包括电炉熔炼、电解精炼、电解沉积、硫化矿电解等。有色金属行业十种有色金属（铜、铝、铅、锌、镍、锡、锑、镁、海绵钛、汞）此外处理对象还涉及原生独立矿、共伴生矿、低品位矿、冶炼粉尘、废渣、废杂再生金属等等。原料品位赋存状态等不同，决定所采用的工艺流程和冶炼设备的不同，通常还需要不同冶炼方法、多个冶炼流程和过程单元之间的相互配合。

2、镍铁渣与锌的相关概述

2.1镍铁渣

红土矿冶炼镍铁是我国近年来的新兴产业，年产生量超３　０００万ｔ，镍铁产能居全球首位。镍铁冶炼过程中会排出大量镍铁渣，产渣量为原料量的８０％～９０％。因此，镍铁渣也是继铁渣、钢渣、赤泥之后第四大冶炼工业废渣。镍铁渣的综合利用方向一般包括四个方面，混凝土、水泥混合料、无机矿物纤维和新型墙体材料。其中，镍铁渣作为掺合料制备混凝土，消纳量大、变废为宝、可缓解建筑原材料短缺的现状。（1）镍铁渣的化学成分。镍铁渣的主要成分是SiO₂、MgO、FeO和Al₂O₃,次要成分是CaO、MnO和NiO等。检测结果(%):SiO₂47.48、MgO20.42、FeO7.76、Al₂O₃5.92、CaO0.70、MnO0.50、NiO0.057。同时,对镍铁渣5种I类重金属及其有效态含量进行检测,结果表明,Cr、Pb、As.Cd、Hg含量分别为106%.<0005%、<0.005%.<0.005%、<0.001%,有效态只有铬少量检出,含量为9.89X10-6,Pb、As.Cd.Hg这4类重金属均未检出有效态含量。（2）１）镍铁渣产酸潜势为不产酸，不是一个酸性排放源。腐蚀性、浸出毒性小于国家标准限值，表明其在自然环境中化学性质稳定，所含重金属进入周围环境的可能性小。２）镍铁渣混凝土产品在酸性和碱性环境下，只有砷少量浸出，但未超过《地下水质量标准》。初步判断镍铁渣可以直接入场作为混凝土掺和料进行综合应用，环境风险较小。３）对于混凝土整体材料，采用浸出试验方法，虽然可以模拟经雨水淋溶下的污染物释放规律，但是实际应用时，还应进一步考虑太阳光照射、车轮荷载等的影响，可能会加快污染物的迁移释放。４）实验室浸提的方法可以快速模拟污染物释放特征，手段便捷。但后续还应进行镍铁渣实际利场景的数据监测积累，为其在混凝土综合利用中的、环境风险评估提供进一步的数据支持。

2.2含锌冶金渣尘资源化利用技术发展方向

氨法提锌工艺在诸多方面表现出较酸法工艺优越，但铁酸锌、硫化锌和硅酸锌等一类含锌矿物在氨性体系下难以同步、高效溶出，严重制约锌的提取，因此，开发高效、清洁的分离提取新方法是有效利用非传统锌资源的必由之路。因此，进行微波强化含锌资源矿物相的预处理对锌的提取具有重要意义。此外，超声波辅助强化在一定程度可以替代固体样品的预处理[究其原因主要有两方面：一方面因为在足够超声声强作用下会产生超声波空化效应，即形成数以万计的气泡，溶液介质中的气泡历经形成、振荡、生长、收缩、崩溃等过程，尤其崩溃过程在极小空间产生高温和高压可辅助加速溶解、熔化、浸出等反应步骤；另一方面，在超声声强不足以产生空化效应时，其机械可起到强化搅拌，降低溶剂扩散阻力，加速传质、传热的目的。进行了超声强化浸出富铟锌渣新工艺研究，发现常规浸出过程中不溶物PbSO4、脉石等成分包裹原料阻碍浸出反应的进行，超声可强化锌、铟的提取，通过对浸出渣物相、微观结构和微区元素分析，超声可打开包裹层强化有价金属快速溶出。进行了含锌、铟复杂物料的常规与超声波强化浸出对比试验研究发现，与常规浸出相比，采用超声强化浸出可促进锌铟提取，大大缩短反应时间，同时降低反应温度。对比研究了常规与超声波强化处理含锌电弧炉烟尘，超声波可强化锌的溶出。超声波强化冶金反应显示了良好的工业应用前景。因此，微波、超声波一类特种场冶金技术的发展有可能实现锌资源中锌的快速、高效溶出，另外，在面对多矿相锌金属难以同步溶出的难题上，可联合多种非常规冶金技术手段形成复杂含锌资源的同步、快速、高效、绿色提取锌的新方法。

3、有色冶金渣胶凝材料的制备方法

3.1激发方法选择

将物理激发与化学激发相结合，是开发冶金渣胶凝材料最常用的方法。采用机械激发的方法对高炉矿渣进行粉磨，并采用NaOH水溶液、生石灰和水玻璃作为激发剂，在硅酸盐水泥的基础上，制备了性能稳定的胶凝材料。开展了利用铅锌冶炼废渣制备碱激发胶凝材料的试验研究，以铅锌冶炼废渣作为主要火山灰质原料，以水玻璃为碱性激发剂制备碱激发胶凝材料；利用尾矿与冶炼废渣协同制备了新型充填胶凝材料。

3.2胶凝材料制备方法

基于有色冶金渣制备胶凝材料的方法一般可划分为原料烘干、原料破碎和粉磨、激发剂添加与均化、胶凝材料性能检测与包装等（下图）。激发添加与均化以及胶凝材料性能检测和包装方法与水泥生产流程相似。

结束语

综上所述，得出以下结论：（1）镍渣碱激发胶凝材料的抗压强度随钢渣掺量的增加而提高。（2）掺入钢渣有利于提高体系碱度，促进镍渣碱激发反应过程的进行；钢渣反应产物与镍渣碱激发胶凝材料产物形成相互填充、融合效应，有利于提高胶凝材料的抗压强度。

参考文献

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