CN110564973B - 一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法。本发明之一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法是当熔融的渣样温度为1450‑1500℃时，往熔池中加入MgO晶种，并搅动熔体。然后启动电脉冲发生装置，对熔体进行电脉冲处理。处理完毕后，对熔体进行两次扒渣处理，获得MgO含量较高的富镁相渣。往熔池中加入MgO晶种有利于促进富镁相的析出，由于析出的富镁相与液相渣存在电导率的差异，在电流的作用下富镁相受到垂直于电流方向的力，使析出的富镁相小颗粒向上或向下运动，在熔池顶部或者底部聚集长成大颗粒的相。本发明直接从熔体中回收富镁相，解决了富镁相在固态镍铁渣呈小颗粒分散分布，难以用磁选法分离的情况；同时提高了处理效率，避免了为达到较好的富集效果，长时间保温而造成大量能量损失的情况，具有良好的社会效益与经济效益。

Description

一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法

技术领域

本发明涉及一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，属于冶金炉渣综合利用领域。

背景技术

镍铁渣是镍铁矿经冶炼提取镍和部分铁之后，采用水淬急冷的方式产生的工业废渣。随着钢铁合金产业的发展以及镍铁冶炼规模的扩大，镍铁渣已成为我国继炼钢渣、炼铁渣、赤泥之后的第四大冶炼渣。尽管渣量巨大，但是绝大部分镍铁渣得不到有效的处理，只能采取堆砌处理或者深海填埋，不仅占用土地，污染环境，还造成了严重的资源浪费，给镍铁冶炼行业的可持续发展带来了严峻的挑战。因此，寻求一种清洁、行之有效的镍铁渣再利用方式迫在眉睫。

镍铁渣的主要元素成分为O、Si、Mg、Al、Fe、Ca、Cr，主要化合物组成为SiO₂和MgO。根据镍铁渣的元素以及成分组成，研究发现镍铁渣可以用来制造无机矿物纤维、微晶玻璃、耐火材料或是混凝土添加剂。但是我国镍铁渣产量巨大，通过制造无机矿物纤维、微晶玻璃及耐火材料来处理镍铁渣的方法并不可行，不具备广泛的可行性。而用作混凝土添加剂要求MgO含量＜6％，镍铁渣中的MgO往往超过30％，超高的镁含量制约了镍铁渣在混凝土方面的应用，仅有小部分的渣被用作混凝土添加剂。所以能不能找到一种有效处理镍铁渣的方法，关键在于能否实现镍铁渣中的MgO的有效富集与分离。

从文献检索的情况来看，目前有一些关于从镍铁渣中富集镁的研究。公开号为CN107513621A的专利《一种从镍铁渣中富集镁的方法》提出了一种通过对熔融镍铁渣长时间保温，从而得到高镁含量的富集相的方法，此方法虽然能够有效的富集渣中的镁元素，但得到的富镁相晶粒细小，弥散分布在基底之中，难以有效分离，且长时间保温能量消耗大。

发明内容

本发明针对现有技术富集效果差，富集后分离效果差，能耗高的问题，提出一种新的从镍铁渣中富集镁的方法。

本发明一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，该方法的实现方案分为三个步骤：

步骤一、当熔融的渣样温度为1450-1500℃时，往熔池中加入MgO晶种，并搅动熔体；

步骤二、启动电脉冲发生装置，对熔体进行电脉冲处理；

步骤三、处理完毕后，取出电极，对熔体进行一次扒渣处理，强烈搅动熔体，再进行二次扒渣，获得含MgO较高的富镁相渣。

本发明一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，在步骤一中采用的渣为来自镍铁冶炼工艺产生的镍铁渣。

所述镍铁渣中，MgO的质量百分含量为：27-35％，SiO₂的质量百分含量为：45-55％，余量为FeO_t-Al₂O₃-CaO-Cr₂O₃，金属Ni，Mn，Co等的百分含量≤1％。

在步骤一中，往熔池中加入MgO晶种，得到固液共存的多相渣体系，所述多相渣体系是指只有富镁相为固相，其余组分为液相的体系。

本发明一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，在步骤一中，加入的MgO晶种的量小于镍铁渣中MgO含量的2％。

本发明一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，在步骤二中，对熔体进行电脉冲处理时，电脉冲的电流密度为1×10⁴-1×10⁶A·m^-2，优选为1×10⁵-3×10⁵A·m^-2，进一步优选为(1.5-2.5)×10⁵A·m^-2；脉宽为1-80μs，优选为25-35μs；频率为1-100Hz，优选为50-70Hz。

本发明一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，在步骤二中，对熔体进行电脉冲处理时，处理时间为2-60min，优选为15-25min。

本发明一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，在步骤二中，搅拌熔体的速度为120-180转/min。搅拌熔体迫使悬浮与底部的富镁相上浮，通过扒渣实现富镁相与其他组分的分离。

本发明一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，在步骤三中，进行一次扒渣后强烈搅动熔体是为了使沉底的富镁相在熔体中重新分布，在通过施加电脉冲处理一段时间，使其聚集在熔体表面，进行二次扒渣，得到富镁相渣。

本发明原理为：在温度为1450-1500℃的熔渣中加入MgO晶种，促进富镁相晶体的析出。工业镍铁渣的排放温度为1550℃左右，此时富镁相难以析出，加入MgO晶种能够加快富镁相晶粒的形核。由于富镁相先于基底相析出，此时的体系是只有富镁相为固相，其余组分为液相的体系。富镁相与液相都属于硅酸盐体系，但富镁相为固态，电子与正负离子的迁移十分困难，导电率低，电阻大；而液相中硅酸离子聚合程度低，熔体中有较多的自由氧以及未结合的Fe²⁺、Fe³⁺、Ca²⁺等金属离子，导电率大，电阻低。

当对熔体施加电脉冲时，体系会将电阻高的物体从电阻低的物体中驱逐出去，以降低整个体系的自由能。电流通过液相，在经过富镁相时，由于两者存在电导率的差异，富镁相靠近熔体中心的一侧电流密度比接近熔体表面的电流密度要大，且富镁相的位置越靠近表面其两侧的电流密度差异越明显，这种差异使得富镁相有一种上浮或下沉的趋势。这种使富镁相移动的力的作用方向与电流的方向垂直，大小则与相所处的位置有关，但其具体的作用机理尚不明确。这种力破坏了富集相受重力，浮力和粘滞阻力保持的平衡位置，促使富镁相小颗粒上下运动，不断碰撞，聚集，长大，最终形成大颗粒的富镁相。

本发明优势：

1.操作简单，处理效率高。本方法仅需在熔渣温度为1450-1500℃时加入MgO晶种，然后插入电极，进行至少2次电脉冲处理，无需长时间保温，无其他繁琐操作。

2.节能环保。本方法处理时间短，克服了现有技术需要通过长时间保温，消耗大量能量来获得大颗粒富集相的方法。与此同时，本方法不会产生噪声、废水、废气等污染，对环境友好。

3.所得富镁相易分离。通过在对熔体进行扒渣处理获得富镁相渣，避免了冷却后再进行磁选的繁琐步骤，分离效率高，分离效果好。

4.本方法特点突出，优势明显，具有广泛的应用前景，可以为学术科研及生产实践提供可靠的学术与理论支持。

综上所述，本发明通过对熔渣施加至少2次电脉冲，可以加速颗粒的聚集、长大，获得大颗粒的富镁相，克服了现有技术富镁相在基底中细小弥散分布，后期磁选法分离效果差的不足；克服了现有技术为获得大颗粒富镁相长时间保温，消耗大量能量的不足。具有广泛的应用前景，可为学术科研和生产实践提供可靠、稳定的学术与理论支持。尤其是为连续工业化应用提供了必要条件。

具体实施方式

实施例1：

将熔融渣样进行冷却(该渣样来自于镍铁冶炼厂冶炼废渣，成分为SiO₂：51.23％，MgO：31.51％，FeO_t：7.55％，Al₂O₃：5.80％，CaO：1.93％，Cr₂O₃：1.01％，金属Ni，Mn等：0.97％)，当渣样温度为1450-1500℃时，往熔池中加入原镍铁渣中MgO含量1wt％的MgO晶种，并搅动熔体。启动电脉冲发生装置，对熔体进行电脉冲处理，电脉冲电流密度为2×10⁵A·m^-2，脉宽为30μs，脉冲频率为60Hz，处理时间为20min；处理完毕后，取出电极，对熔体进行一次扒渣处理，强烈搅动熔体(搅拌速度为150转/min)，通入电脉冲处理15min时间后(其他电脉冲参数与第一次处理相同)，进行二次扒渣。两次扒渣之后的产品混合，即为富镁相渣，检测获得的富镁相渣中MgO的含量为50.23wt％，扒渣后的贫镁相中的MgO含量为9.78wt％。

实施例2：

将熔融渣样进行冷却(渣样来自于镍铁冶炼厂冶炼废渣，成分与例1相同)，当渣样温度为1450-1500℃时，往熔池中加入原镍铁渣中MgO含量1wt％的MgO晶种，并搅动熔体。启动电脉冲发生装置，对熔体进行电脉冲处理，电脉冲电流密度为9×10⁴A·m^-2，脉宽为15μs，脉冲频率为40Hz，处理时间为10min；处理完毕后，取出电极，对熔体进行一次扒渣处理，强烈搅动熔体(搅拌速度为150转/min)，通入电脉冲处理10min时间后(其他电脉冲参数与第一次处理相同)，进行二次扒渣。检测获得的富镁相渣中MgO的含量为43.76wt％，扒渣后的贫镁相中的MgO含量为14.31wt％。

实施例3：

将熔融渣样进行冷却(渣样来自于镍铁冶炼厂冶炼废渣，成分实施例1相同)，当渣样温度为1450-1500℃时，往熔池中加入原镍铁渣中MgO含量1wt％的MgO晶种，并搅动熔体。启动电脉冲发生装置，对熔体进行电脉冲处理，电脉冲电流密度为4×10⁵A·m^-2，脉宽为50μs，脉冲频率为80Hz，处理时间为40min；处理完毕后，取出电极，对熔体进行一次扒渣处理，强烈搅动熔体(搅拌速度为150转/min)，通入电脉冲处理10min时间后(其他电脉冲参数与第一次处理相同)，进行二次扒渣。检测获得的富镁相渣中MgO的含量为42.79wt％，扒渣后的贫镁相中的MgO含量为15.94wt％。

实施例1-3中，采用不同的脉冲参数及脉冲处理时间，得到的富镁相含量不太一样。当电脉冲能量较低，电流密度较小时，对富镁相的富集作用较弱，促使富镁相移动到熔体表面的力也较小，所得富镁相渣中MgO含量较低。当电脉冲能量过高，电流密度大，由于电流热效应使得熔体温度回升，过冷度降低，结晶速度放缓甚至部分富镁相重熔，从而导致富镁相渣中MgO含量降低。

对比例1：

将熔融渣样(渣样来自镍铁冶炼厂冶炼废渣，成分与实施例1相同)降温到900℃，保温40min后，置于空气中冷却，得到固态渣。将渣样粉碎，磨至-200目，在9000GS的磁场下进行选矿，得到有磁性矿相的MgO含量为：28.15wt％：非磁性矿相的MgO含量为：32.91wt％。

对比例2：

其他实验条件与实施例1完全一致，不同之处在于没有加入MgO晶种，所得富镁相渣中，MgO含量为38.27wt％。

从对比例1与实施例1-3中可以看出，利用电脉冲得到的富镁相渣中的MgO含量普遍高于采用长时间保温，冷却破碎后磁选得到的富镁相中的MgO含量。从实施例1与对比例2的结果对比中可以看出加入MgO晶种对MgO富集的效果极为明显，极大的提高了MgO的富集效果。由述实施例与对比例说明本方法是可行的，并且具有一定的实用价值与工业应用潜力。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况之下，还可以做出各种变换和变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (6)

1.一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，其特征在于：该方法包含三个步骤：

步骤一、当熔融的渣样温度为1450-1500℃时，往熔池中加入MgO晶种，并搅动熔体；加入的MgO晶种的量为镍铁渣中MgO含量的0.05-2wt%；

步骤二、启动电脉冲发生装置，对熔体进行电脉冲处理；对熔体进行电脉冲处理时，电脉冲的电流密度为1×10⁴-1×10⁶A·m^-2，脉宽为1-80μs，频率为1-100Hz；单次对熔体进行电脉冲处理的时间为2-60min；

步骤三、处理完毕后，取出电极，对熔体进行一次扒渣处理，强烈搅动熔体，通入电脉冲处理一段时间后，进行二次扒渣，获得含镁较高的富镁相渣。

2.根据权利要求1所述的一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，其特征在于：步骤一中采用的渣样来自镍铁冶炼工艺产生的镍铁渣；所述镍铁渣中，MgO的质量百分含量为：27-35%，SiO₂的质量百分含量为：45-55%，余量为FeO_t-Al₂O₃-CaO-Cr₂O₃，金属Ni、Mn、Co的百分含量≤1%。

3.根据权利要求1或2任意一项所述的一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，其特征在于：在步骤一中，往熔池中加入MgO晶种，得到固液共存的多相渣体系，所述多相渣体系是指只有富镁相为固相，其余组分为液相的体系。

4.根据权利要求1所述的一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，其特征在于：在步骤二中，对熔体进行电脉冲处理时，电脉冲的电流密度为1×10⁵-3×10⁵A·m^-2，脉宽为25-35μs，频率为50-70Hz。

5.根据权利要求1所述的一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，其特征在于：在步骤二中，单次对熔体进行电脉冲处理的时间为15-25min。

6.根据权利要求1所述的一种利用电脉冲从镍铁渣中富集镁的方法，其特征在于：在步骤二中，搅拌熔体的速度为120-180转/min。