CN103771739A - 镍铁渣微粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镍铁渣微粉及其制备方法，该镍铁渣微粉以镍铁渣为原料，经磁选过程、粉磨过程制得比表面积为359.9-550m2/kg的镍铁渣微粉；该镍铁渣微粉比表面积分布均匀，并且特定比表面积镍铁渣微粉具有很好的活性指数，符合国际S75级标准；此外该镍铁渣微粉的含水量、烧失量等均符合GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中的规定；制备的镍铁渣微粉可作为水泥和混凝土的掺合料；同时由镍铁渣制备镍铁渣微粉后，可实现以废制废，变废为宝的目的，由此减轻镍铁渣所造成的对大气、土壤和水的污染，优化生态环境，并且可通过低成本换取高附加值，具有重大的经济效益和社会效益。

Description

镍铁渣微粉及其制备方法
技术领域
本发明属于绿色墙体材料领域，特别涉及一种镍铁渣微粉及其制备方法。
背景技术
镍铁冶炼企业，一般用进口红土型氧化镍矿为原料，经冶炼、还原并熔制成粗制镍铁和炉渣，再经过水淬处理后，形成了镍铁渣；镍铁渣作为固体废渣，其大量排放不仅是对资源的浪费，而且占用土地，恶化周边生态环境，给人们的健康和农业生产带来危害；此外，企业每年都要投入巨大的资金用于解决或缓解这些弊端；因此解决好镍铁渣等固体废渣利用问题，是我国合理开发利用资源，保护生态环境的首要任务之一。
目前，对镍铁渣、高炉矿渣等固体废渣的开发利用主要是用作建筑材料包括作为蒸压制品的原材料或水泥或混凝土的掺合料，特别是作为混凝土的掺合料应用。
现有技术一般是将高炉矿渣等固体废渣制成微粉后，再作为水泥或混凝土的掺合料，例如，102718424公开了一种粒化高炉矿渣掺入固体增效剂共同研磨的高活性矿渣微粉，其比表面积为350-600m2/kg；CN102665969公开了一种镍微粉，该镍微粉的平均粒径为0.05-0.2μm；硫含量是0.1-0.5质量%，并且0.6μm以上的粗大粒子在镍微粉中所含有的比例按个数基准是50ppm以下。
由于镍铁渣，特别是镍铁渣在固体废渣中占有重大的比例，但目前就如何充分利用镍铁渣，变废为宝，是工业领域面临的重大问题；并且现有技术没有公开镍铁渣进行微粉化处理的报道。
发明内容
为了解决上述技术问题，充分利用镍铁渣，使其变废为宝，本发明提供一种镍铁渣微粉及其制备方法。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供一种镍铁渣微粉，以镍铁渣为原料，经磁选过程、粉磨过程制得比表面积为359.9-550m2/kg的镍铁渣微粉.
优选地，所述镍铁渣微粉的比表面积为417.5m2/kg-547.6m2/kg。
本发明提供的镍铁渣微粉比表面积分布均匀，结晶性优良；并且该微粉内没有粗大粒子混入。
进一步的改进，该镍铁渣微粉的含水量为0.2-0.4%；玻璃体含量为90-93%；密度为2.1-3.0g/cm3；三氧化硫的含量为0.05-0.12%；氯离子含量为0.01-0.025%。
按照GB-T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》要求，对本发明不同比表面积的镍铁渣微粉进行不同指标的检测；表明本发明的镍铁渣微粉可作为S75级别的微粉使用；并且不同比表面积的镍铁渣微粉的流动度、含水量、烧失量等指均满足国标要求。
进一步的改进，该镍铁渣粒径的D95小于10mm；含水量≤3%。其中“D95小于10mm”表示95%镍铁渣的粒径小于10mm。
本发明通过控制原料镍铁渣的粒径，及含水量能够制得性能更好的镍铁渣微粉。
进一步的改进，镍铁渣主要化学成分以重量百分比计为：SiO240-50%，Al2O31-6%，CaO10-15%，MgO20-30%，FeO2-10%；优选地，该镍铁渣化学成分还包括以重量百分比计的如下成分：TiO20.07-0.09%，NiO0.1-0.2%，Cr2O30.6-0.7%，MnO0.3-0.4%，Na2O0.1-0.24%，K2O0.04-0.06%，SO30.1-0.2%，CO25-7%。
进一步的改进，镍铁渣化学成分以重量百分比计包括如下成分：SiO246.3%，Al2O33.4%，CaO12.1%，MgO24.2%，FeO6.37%，TiO20.086%，NiO0.124%，Cr2O30.652%，MnO0.382%，Na2O0.193%，K2O0.053%，SO30.175%，CO25.92%。
镍铁渣的化学组成中SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3占总成分的90%以上，组成中主要为非晶态矿物；因此，具有作为生产水泥和混凝土掺合料使用的成分和活性。
本发明另一方面还提供了镍铁渣微粉的制备方法，其中，该方法包括如下步骤：
a.将镍铁渣送入除铁器，进行磁选；
b.称取处方量的磁选后的镍铁渣，送入磨机内，进行粉磨，制得比表面积为359.9-550m2/kg的镍铁渣微粉。
进一步的改进，镍铁渣微粉的制备方法包括如下步骤：
a.将镍铁渣送入除铁器，进行磁选；
b.将磁选后的镍铁渣进行干燥，干燥至镍铁渣的含水量≤3%，粉碎，收集粒径小于10毫米的粗料；
c.称取处方量的粗料，送入磨机内，进行粉磨，烘干，制得镍铁渣微粉；
d.将镍铁渣微粉送入分离器内，收集比表面积为359.9-550m2/kg的镍铁渣微粉。
更进一步的改进，在镍铁渣微粉的制备方法中，磨机的转速为27.8r/min；所述烘干温度为500-800℃；优选地，步骤c还包括烘干后，降温，出磨过程，出磨的温度小于90℃。
本发明所提供的镍铁渣微粉的制备工艺简单，并且通过磁选过程选出了磁性好的镍铁，可以再利用；同时该制备工艺成本低，适合工业化生产。
另一方面，本发明还提供了镍铁渣微粉用作水泥或混凝土的掺合料，所述掺量为40%-50%；该掺量表示镍铁渣微粉占镍铁渣微粉和水泥重量和的百分比。在水泥或混凝土中掺入任何废渣应满足现行标准，如强度等级、MgO的最终含量及安定性等；本发明通过试验得出，在水泥和混凝土中掺入镍铁渣30%掺量，压蒸膨胀率为0.0088%，40%掺量压蒸膨胀率为0.0042%，该压蒸数值均小于0.8%，符合标准。
本发明的有益效果如下：
1）本发明提供的镍铁渣微粉比表面积分布均匀，并且特定比表面积镍铁渣微粉具有很好的活性指数，符合国际S75级标准；并且含水量、烧失量等均符合GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中的规定；
2）本发明的镍铁渣原料充足，并且通过对其主要化学成分的检测表明，该镍铁渣制成微粉后，可作为水泥和混凝土的掺合料；此掺合料更重要的是在满足混凝土的强度等级和性能的基础上，降低水泥用量，从而降低成本，节能降耗；
3）本发明提供的镍铁渣微粉的制备工艺以“生产可靠、技术先进、节省投资、提高效益”为原则；制备工艺简单，易操作，并且产生的粉尘、噪音、废气等少，适合工业化生产；
4）本申请的申请人将镍铁渣制成微粉后，作为混凝土生产的掺合料，一期工程可消耗掉镍铁渣约68万吨，全部项目实施完成后，每年可消耗点镍铁渣约130万吨，同时掺加其他废料的技术方案；由此得出本发明可减少镍铁渣对自然资源的消耗，实现单位产品的低资源消耗，发挥了混凝土工业服务于全社会的功能，同时也将最大限度的降低污染物的排放量，可达到以废制废，变废为宝的目的；同时保护了生态环境，并且节约了资源，促进社会向环境友好型社会发展；
5）本发明属于对环境污染的综合治理，利用镍铁渣制成微粉后，再利用，可以由此减轻镍铁渣所造成的对大气、土壤和水的污染，优化生态环境；
6）本发明的镍铁渣微粉可以通过低成本换取高附加值的经济效益，本发明的原料镍铁渣的价格为每吨35元左右，水每吨1-3元左右，每度电0.5-1元；生产镍铁渣微粉的成本包括原辅料、工资、制造费用、财务费用、销售费用等；本申请的申请人，预计年总成本费用为12000万元左右，而正常年产镍铁渣微粉大约为120万吨，每吨售价150吨，正常达产年年销售收入18000万元，实现税后利润2500万元；由此可得知，本申请的申请人一方面可以通过镍铁渣利用获得收益，另一方面可以通过减少镍铁渣堆放场地和节省镍铁渣堆放费用，取得效益；因此，表明本发明的镍铁渣微粉具有重大的经济效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1
本发明提供比表面积分别为359.9m2/kg、417.5m2/kg、482.3m2/kg、547.6m2/kg的镍铁渣微粉。
以上镍铁渣微粉的制备方法：
a.将镍铁渣送入除铁器，进行磁选；
b.将磁选后的镍铁渣进行干燥，干燥至镍铁渣的含水量≤3%，粉碎，收集粒径小于10毫米的粗料；
c.称取处方量的粗料，送入磨机内，磨机的转速为27.8r/min，进行粉磨，烘干，烘干温度为500℃，降温，出磨，出磨温度为80℃，制得镍铁渣微粉；
d.将镍铁渣微粉送入分离器内，收集以上不同比表面积的镍铁渣微粉。
对镍铁渣原料的化学成分进行检测，检测结果见表1；
表1镍铁渣化学成分分析结果
成分 SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO TiO2 NiO
含量（%） 46.3 3.4 12.1 24.2 6.37 0.086 0.124
成分 Cr2O3 MnO Na2O K2O SO3 CO2
含量（%） 0.652 0.382 0.193 0.053 0.175 5.92
实施例2
本发明通过将镍铁渣进行粉磨试验，获得了不同比表面积的镍铁渣微粉，按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣》中规定的方法分别对不同比表面积的镍铁渣微粉进行技术指标测定。
1.1活性指数测定试验
按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定的方法测定不同比表面积镍铁渣微粉7d和28d的活性指数，结果见表2；
表2不同比表面积镍铁渣微粉的活性指数值
Figure BDA0000455954090000071
1.2流动度试验
按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定的方法对不同比表面积的镍铁渣微粉进行流动度测定，结果见表3；
表3不同比表面积镍铁渣微粉的流动度数值
Figure BDA0000455954090000072
1.3含水量测定
按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定的方法测定不同比表面积镍铁渣微粉的含水量，结果见表4；
表4不同比表面积镍铁渣微粉的含水量数值
Figure BDA0000455954090000073
1.4烧失量测定
镍铁渣为高温产物，其烧失量大小不受镍铁渣微粉粒度的影响，因此只对比表面积为547.6m2/kg的镍铁渣微粉，按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定的方法进行烧失量测定，测定结果为-0.01%，满足国家标准烧失量≤3.0%的规定。
烧失量为负，意味着镍铁渣微粉经过灼烧不是减少了重量，而是增加了重量；因为镍铁渣为红土镍矿直接还原提炼镍铁合金后剩余的残渣，其中还遗留极少量粒度细小的镍铁合金颗粒；而镍铁合金中的金属铁颗粒具有较大的活性，易于在灼烧过程发生氧化反应，生成铁氧化物，因此增加了镍铁渣的灼烧重量，使镍铁渣的烧失量为-0.01%。
1.5玻璃体含量的测定
按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定的方法测定。
由于镍铁渣中玻璃体含量不受镍铁渣粒度的影响，因此只对比表面积547.6m2/kg的镍铁渣微粉进行玻璃体含量测定。
镍铁渣经过粉磨成镍铁渣微粉后，其非晶态（玻璃体）程度与镍铁渣一样，仍然很高，说明镍铁渣的活性不会因为粉磨而改变；另外，经过粉磨，镍铁渣微粉的粒度得到细化，这为镍铁渣微粉在水泥或混凝土中使用，缩短其在水泥、混凝土中的水硬反应时间创造了重要条件，具有重要意义。
经过对镍铁渣微粉XRD图谱的处理、计算，得到该镍铁渣微粉的玻璃体含量为91.88%，大于国标规定的标准≥85%。
1.6密度测定
按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定的密度测定方法进行，只对比表面积547.6m2/kg的镍铁渣微粉进行了密度测定，结果为2.93g/cm3，大于国标规定的标准≥2.8g/cm3。
1.7三氧化硫含量测定
按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定的三氧化硫测定方法进行，只对比表面积547.6m2/kg的镍铁渣微粉进行三氧化硫测定，结果为0.10%，小于国标规定的标准≤4.0%。
1.8氯离子含量测定
按照GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》中规定的氯离子测定方法进行，只对比表面积547.6m2/kg的镍铁渣微粉进行了氯离子测定，结果为0.019%，小于国标规定的标准≤0.06%。
1.9结论
经过以上对镍铁渣及镍铁渣微粉试验研究，得出如下结论：
1.镍铁渣的化学组成中SiO2、MgO、CaO、FeO、Al2O3占总成分的92.37%，矿物组成中主要为非晶态矿物，占91.88%；因此，具有作为生产水泥和混凝土掺合料使用的成分和活性。
2.按照GB-T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》要求，对比表面积大于400m2/kg的镍铁渣微粉进行了活性指标检测，表明本发明的镍铁渣微粉可以作为S75级别的微粉使用；并对不同比表面积的镍铁渣微粉进行了流动度、含水量、烧失量等技术指标测定，这些指标均满足国标要求；其具有很好的性能，可以作为水泥和混凝土掺合料使用。

Claims (10)

1.一种镍铁渣微粉，其特征在于，所述镍铁渣经磁选过程、粉磨过程制得比表面积为359.9-550m2/kg的镍铁渣微粉。
2.如权利要求1所述的镍铁渣微粉，其特征在于，所述镍铁渣微粉的比表面积为417.5m2/kg-547.6m2/kg。
3.如权利要求1所述的镍铁渣微粉，其特征在于，所述镍铁渣微粉的含水量为0.2-0.4%；玻璃体含量为90-93%；密度为2.1-3.0g/cm3；三氧化硫的含量为0.05-0.12%；氯离子含量为0.01-0.025%。
4.如权利要求1所述的镍铁渣微粉，其特征在于，所述镍铁渣粒径的D95小于10mm；含水量≤3%。
5.如权利要求1所述的镍铁渣微粉，其特征在于，所述镍铁渣主要化学成分以重量百分比计为：SiO240-50%，Al2O31-6%，CaO10-15%，MgO20-30%，FeO2-10%；优选地，所述镍铁渣化学成分还包括以重量百分比计的如下成分：TiO20.07-0.09%，NiO0.1-0.2%，Cr2O30.6-0.7%，MnO0.3-0.4%，Na2O0.1-0.24%，K2O0.04-0.06%，SO30.1-0.2%，CO25-7%。
6.如权利要求5所述的镍铁渣微粉，其特征在于，所述镍铁渣化学成分以重量百分比计包括如下成分：SiO246.3%，Al2O33.4%，CaO12.1%，MgO24.2%，FeO6.37%，TiO20.086%，NiO0.124%，Cr2O30.652%，MnO0.382%，Na2O0.193%，K2O0.053%，SO30.175%，CO25.92%。
7.如权利要求1所述的镍铁渣微粉的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
a.将镍铁渣送入除铁器，进行磁选；
b.称取处方量的磁选后的镍铁渣，送入磨机内，进行粉磨，制得比表面积为359.9-550m2/kg的镍铁渣微粉。
8.如权利要求7所述的镍铁渣微粉的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
a.将镍铁渣送入除铁器，进行磁选；
b.将磁选后的镍铁渣进行干燥，干燥至镍铁渣的含水量≤3%，粉碎，收集粒径小于10毫米的粗料；
c.称取处方量的粗料，送入磨机内，进行粉磨，烘干，制得镍铁渣微粉；
d.将镍铁渣微粉送入分离器内，收集比表面积为359.9-550m2/kg的镍铁渣微粉。
9.如权利要求8所述的镍铁渣微粉的制备方法，其特征在于，所述磨机的转速为27.8r/min；所述烘干温度为500-800℃；优选地，所述步骤c还包括烘干后，降温，出磨过程，所述出磨的温度小于90℃。
10.如权利要求1-6任一所述的镍铁渣微粉，其特征在于，所述镍铁渣微粉用作水泥或混凝土的掺合料，所述掺量为30%-40%。
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