CN112322903B - 一种降低镍铁渣中氧化镁的方法以及制备矿渣棉的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种降低镍铁渣中氧化镁的方法以及制备矿渣棉的方法，用熔融镍铁渣制作矿棉的工艺中，在镍铁冶炼炉放渣过程中加入浸渍碳，在镍铁渣在转运过程中使熔融镍铁渣与浸渍碳充分混合，在保温炉保温，使镍铁渣中的氧化镁含量降低；其中，浸渍碳制备过程包括：将氯化钙水溶液与碳质材料充分混合，然后进行固液分离以及干燥，获得浸渍碳；浸渍碳的使用量根据镍铁渣中氧化镁含量确定。本发明能够降低镍铁冶炼渣中的氧化镁含量，特别是能够降低镍铁冶炼渣中呈游离态的氧化镁，有利于提高矿渣棉的质量，为含高氧化镁的镍铁渣的大幅减量及高值化利用创造了条件，也可以实现镍铁渣中镁的回收。

Description

一种降低镍铁渣中氧化镁的方法以及制备矿渣棉的方法
技术领域
本发明属于冶金领域，具体涉及一种降低镍铁渣中氧化镁的方法以及制备矿渣棉的方法。
背景技术
镍铁渣是利用镍矿冶炼镍铁合金过程中排放的固体废渣，是继钢渣、高炉渣、赤泥后的第四大工业废渣。随着硫化镍矿资源的减少，氧化镍矿已逐渐成为提取镍的重要资源，氧化镍矿主要使用的矿物为红土镍矿，其工艺是将红土镍矿经煅烧后造粒，而后采用电炉进行碳还原，碳还原后产出镍铁产品及冶炼渣。以红土镍矿生产镍铁，每生产1t镍铁约排出14t镍铁渣，废渣排量大。在中国，每年有近200万吨的镍铁渣产生，全国的堆存量已超过4000万吨，属于堆存量较大的固体废物，其利用率较低。镍铁渣的显著特征是二氧化硅及氧化镁含量较高，通常二氧化硅含量在45％-65％，氧化镁含量在25％-30％之间。由于镍铁渣的二氧化硅含量高，属于酸性渣，具有较高的粘度，属于制作矿渣棉的较优材料，国内逐渐开始使用含镁较低的镍铁渣用于制备矿棉，制备矿棉是镍铁渣高值化利用途径之一。以镍铁渣制作矿棉的工艺是：将熔融状态的高温镍铁渣排入电炉中，并加入硅石等辅助原料调整镍铁渣的硅酸度至制备矿棉所需的硅酸度，并进行保温，使渣中配入的固体辅料熔化并使混合熔体成分均匀，成分均匀后的热渣通过高速离心技术吹制而成纤维状镍铁渣，该纤维状镍铁渣即为矿渣棉。由于部分红土镍矿中氧化镁含量高，使镍铁冶炼产出的镍铁渣中氧化镁含量超出了矿棉制备过程所要求的氧化镁含量限度，导致产出的矿棉质量很差，矿棉产率极低。高氧化镁含量的镍铁渣中，氧化镁在渣中除了与渣中二氧化硅形成较稳定化合物以外，也会有部分游离态的氧化镁，游离态的氧化镁的熔点高，在镍铁渣熔融保温过程中大多以固体颗粒状态存在，在熔融矿渣吹制过程中容易产生断棉，形成固体颗粒，引起矿渣棉成棉率降低，氧化镁含量较高的镍铁渣无法作为矿棉原料。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种降低镍铁渣中氧化镁的方法以及制备矿渣棉的方法，本发明能够将降低渣中氧化镁含量，特别是能够降低游离态的氧化镁，有利于提高矿渣棉的质量。
本申请采用如下技术方案：
一种降低镍铁渣中氧化镁的方法，包括如下过程：
将熔融镍铁渣与浸渍碳充分混合，然后进行保温，熔融镍铁渣与浸渍碳进行反应，使得镍铁渣中的氧化镁含量降低，并使镁以氯化镁的形式回收；
其中，所述的浸渍碳制备过程包括：将氯化钙水溶液与碳质物料充分混合，得到混合液，然后进行固液分离，得到浸渍氯化钙溶液后的碳质材料；将浸渍氯化钙溶液后的碳质材料进行干燥，获得所述浸渍碳；
浸渍碳的使用量根据镍铁渣中氧化镁含量确定：浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为(1:0.5)-(1:2)，浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为(1:0.5)-(1:2)。
优选的，熔融镍铁渣的放渣温度为1400-1500℃，保温时的温度为1500-1600℃，保温时间为1-6小时。
优选的，碳质物料采用原煤、半焦、焦炭、煤矸石和生物质碳中的一种或几种的混合物。
优选的，碳质物料的粒度不大于20mm。
优选的，所述混合液的干燥温度为50-200℃。
本发明还提供了一种制备矿渣棉的方法，包括如下过程：
用熔融镍铁渣制作矿棉的工艺中，在镍铁冶炼炉放渣过程中加入浸渍碳，在镍铁渣在转运过程中使熔融镍铁渣与浸渍碳充分混合，在保温炉保温，使镍铁渣中的氧化镁含量降低；
其中，所述的浸渍碳制备过程包括：将氯化钙水溶液与碳质材料充分混合，然后进行固液分离，得到浸渍氯化钙溶液后的碳质材料；将浸渍氯化钙溶液后的碳质材料进行干燥，获得所述浸渍碳；
浸渍碳的使用量根据镍铁渣中氧化镁含量确定：浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为(1:0.5)-(1:2)，浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为(1:0.5)-(1:2)。
优选的，将浸渍碳提前放入渣包，将熔融镍铁渣放入渣包，利用渣的冲刷作用，使浸渍碳与熔渣充分混合，之后将渣包中混合有浸渍碳的熔渣倒入保温电炉中保温。
优选的，熔融镍铁渣的温度为1400-1500℃，保温时的温度为1500-1600℃，保温时间为 1-6小时。
优选的，碳质物料的粒度不大于20mm，碳质物料采用原煤、半焦、焦炭、煤矸石和生物质碳中的一种或几种的混合物。
优选的，所述浸渍氯化钙溶液后的碳质材料的干燥温度为50-200℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明降低镍铁渣中氧化镁的方法利用熔融的镍铁渣及保温时的高温特性，以浸渍碳中的碳为还原剂还原熔融渣中的氧化镁，同时利用浸渍碳中的氯化钙受热分解产出的氯化氢使镁转变为易挥发的氯化镁由熔渣中挥发排出，从而降低熔渣中的氧化镁。本发明的浸渍碳利用氯化钙遇水形成水合氯化钙，水合氯化钙在干燥过程中能够形成带结晶水的氯化钙，同时利用碳质材料的多孔、具有吸附能力的特性，能较大量的将氯化钙水溶液吸附进碳质材料中。经干燥后的负载氯化钙的碳质材料颗粒在熔融镍铁渣的冲击下会充分分散在渣中，负载氯化钙的碳质材料受热后，碳中的氯化钙会分解出HCl气体，氯化氢气体需要由碳质材料的孔道中逸出，由于碳质材料的孔道阻力及碳质材料对HCl的吸附阻力，可以使HCl逸出碳质材料的速度降低，从而更有效的使HCl与镁反应，提高了生产氯化镁的反应效率，在同时碳对氧化镁有还原作用，两者共同作用，使渣中MgO转变为氯化镁而挥发。因此采用本发明的浸渍碳能够有效的降低镍铁渣中的氧化镁含量。
本发明制备矿渣棉的方法是在原有的工艺基础之上，在镍铁冶炼炉放渣过程中加入浸渍碳，随着镍铁渣在转运、保温炉保温过程中，利用浸渍碳与熔融的镍铁渣进行反应，降低镍铁渣中的氧化镁含量，将镍铁渣中MgO转变为氯化镁而挥发，从而能够防止在熔融矿渣吹制过程中容易产生断棉，形成固体颗粒，引起矿渣棉成棉率降低的问题，本发明的方法获得的镁以氯化镁形式存在，降镁后的镍铁渣可生产出合格的矿棉，工序简单，不影响原有的工艺流程，降镁速度快可实现高氧化镁含量的镍铁渣用于生产矿棉，同时本发明操作方便，能源利用率高，安全卫生。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。
基于镍铁渣制备矿棉过程中存在的氧化镁含量较高导致无法用作矿棉原料的问题，如何降低渣中氧化镁含量，特别游离态氧化镁的降低，是解决镍铁渣高值化、大规模利用与减量化的先决条件。本发明提出了一种制备矿渣棉的方法，在制备矿渣棉的过程中加入降低镍铁渣中氧化镁的过程，能够有效降低镍铁渣中的游离氧化镁的含量，为高氧化镁含量的镍铁渣用于生产矿棉创造条件。
本发明制备矿渣棉的方法，采用碳及氯化钙混合物将镍铁渣及镁渣中的氧化镁含量降低，包括如下步骤：
步骤一，浸渍碳粉的制备，浸渍碳的制备程序包括：1)氯化钙加水溶解形成氯化钙水溶液；2)将氯化钙水溶液与一定比例要求的碳粉充分混合，然后进行固液分离，得到浸渍氯化钙溶液后的碳质材料；3)将浸渍氯化钙溶液后的碳质材料进行干燥，获得干燥后的炭与氯化钙的混合物，以下均称作浸渍碳粉。
步骤二，为降低镁含量，降低镍铁渣中镁含量的程序包括：1)在镍铁冶炼炉出渣前，将浸渍碳粉根据渣中氧化镁含量，确定出浸渍碳粉的量并提前放入渣包；2)将熔融镍铁渣放入渣包，利用熔融镍铁渣的冲刷作用，使浸渍碳与熔融的镍铁渣充分混合；3)将渣包中混合有浸渍碳的熔融的镍铁渣倒入保温电炉中保温。通过以上程序即可实现渣中氧化镁含量的降低。
本发明采用浸渍碳降低熔融镍铁渣中氧化镁的原理是：利用熔融渣及保温炉的高温特性 (1500-1600℃)，以浸渍碳中的碳为还原剂还原熔融渣中的氧化镁，同时利用氯化钙受热分解产出的氯化氢使镁转变为易挥发的氯化镁由熔渣中挥发排出，从而降低熔渣中的氧化镁。具体的反应如下：
CaCl2+nH2O＝CaCl2·nH2O
CaCl2.nH2O＝CaO+2HCl(g)+(n-1)H2O(g)
C+2MgO+2HCl＝MgCl2+CO+H2O
反应的机理是：利用氯化钙遇水形成水合氯化钙，水合氯化钙在干燥过程中能够形成带结晶水的氯化钙，同时利用碳质材料的多孔、具有吸附能力的特性，能较大量的将氯化钙水溶液吸附进碳质材料中。经干燥后的负载氯化钙的碳质材料颗粒在熔融渣的冲刷下会充分分散在渣中，负载氯化钙的碳质材料受热后，碳中的氯化钙会分解出HCl气体，氯化氢气体需要由碳质材料的孔道中逸出，由于碳质材料的孔道阻力及碳质材料对HCl的吸附阻力，可以使HCl 逸出碳质材料的速度降低，从而更有效的使HCl与镁反应，提高了反应的效率。在同时碳对氧化镁有还原作用，两者共同作用，使渣中MgO转变为氯化镁而挥发。
浸渍碳制备过程中使用的氯化钙为含结晶水的氯化钙或不含结晶水的氯化钙，氯化钙水溶液的浓度可以在氯化钙饱和溶解度以下范围内任意调整，溶解氯化钙的水溶液温度在水的冰点以上、沸点以下做任意调整。
使用的碳质物料包括原煤、半焦、焦炭、煤矸石和生物质碳这些含碳物质中的一种或几种的混合物。碳质物料的粒度控制在20mm以下。
浸渍氯化钙溶液后的碳质材料的干燥温度控制在50-200℃。
采用浸渍碳作为将镁原料时，降镁过程中提前将烘干的浸渍碳置于镍铁炉盛接熔融镍铁渣的渣包中。
浸渍碳在渣包中的放置量以渣包所盛装的熔融渣中氧化镁的含量为基准进行计量配料。
浸渍碳加入量的计量规则为：浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为(1:0.5)-(1:2)，浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为(1:0.5)-(1:2)，浸渍碳中的C与CaCl2量与氧化镁量比值的调节通过在制备浸渍炭时CaCl2的加入量进行调整，此处所述碳的配入量以碳质物料中的固定碳计。
降镁过程加热温度，其它辅料配入量以现场工艺条件保持一致。
本发明降低镍铁渣中氧化镁的方法在实施时遵照以下过程进行，将浸渍碳放入提前放入渣包，再加入熔融的镍铁渣，加入熔融镍铁渣的渣包经转运等程序再加入加热保温炉中，配入其它辅料并保温1-6小时，待熔融渣成分均匀后，放渣吹制矿棉。
本发明以下实施例所使用的镍铁渣中主要成分见表1，其余为杂质。
表1
Figure BDA0002743626780000061
实施例1
本实施例制备矿渣棉的方法，包括如下过程：
镍铁冶炼炉放渣的渣温为1400℃，将浸渍碳提前放入渣包，将熔融镍铁渣放入渣包，之后将渣包中混合有浸渍碳的熔渣倒入保温电炉中，于1500下保温1小时，此时取样检测镍铁渣中的氧化镁的质量百分含量为20.5％；然后再进一步制备成矿渣棉，所得矿渣棉成棉率提高了5％。
其中，本实施例所使用的浸渍碳中，碳质材料采用半焦，半焦中固定碳含量为73.5％，浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为1:2，浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为1:2。
实施例2
本实施例制备矿渣棉的方法，包括如下过程：
镍铁冶炼炉放渣的渣温为1500℃，将浸渍碳提前放入渣包，将熔融镍铁渣放入渣包，之后将渣包中混合有浸渍碳的熔渣倒入保温电炉中，于1550℃下保温3小时，此时取样检测镍铁渣中的质量百分含量为17.3％；然后再进一步制备成矿渣棉，所得矿渣棉成棉率提高了10％。
其中，本实施例所使用的浸渍碳中，碳质材料采用半焦，半焦中固定碳含量为73.5％，浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为1:1，浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为1:1。
实施例3
本实施例制备矿渣棉的方法，包括如下过程：
镍铁冶炼渣的渣温为1500℃，将浸渍碳提前放入渣包，将熔融镍铁渣放入渣包，之后将渣包中混合有浸渍碳的熔渣倒入保温电炉中，于1600℃下保温6小时，此时取样检测镍铁渣中氧化镁的质量百分含量为12.1％；然后再进一步制备成矿渣棉，所得矿渣棉成棉率提高了 28％。
其中，本实施例所使用的浸渍碳中，碳质材料采用半焦，半焦中固定碳含量为73.5％，浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为1:0.5，浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为1:0.5。
实施例4
本实施例制备矿渣棉的方法，包括如下过程：
镍铁冶炼炉放渣的渣温为1500℃，将浸渍碳提前放入渣包，将熔融镍铁渣放入渣包，之后将渣包中混合有浸渍碳的熔渣倒入保温电炉中，于1550℃下保温5小时，此时取样检测镍铁渣中氧化镁的质量百分含量为14.6％；然后再进一步制备成矿渣棉，所得矿渣棉成棉率提高了23％。
其中，本实施例所使用的浸渍碳中，碳质材料采用半焦，半焦中固定碳含量为73.5％，浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为1:1.2，浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为1:1。

Claims (3)

1.一种降低镍铁渣中氧化镁的方法，其特征在于，包括如下过程：
将熔融镍铁渣与浸渍碳充分混合，然后进行保温，熔融镍铁渣与浸渍碳进行反应，使得镍铁渣中的氧化镁含量降低；
其中，所述的浸渍碳制备过程包括：将氯化钙水溶液与碳质物料充分混合，得到混合液，然后进行固液分离，得到浸渍氯化钙溶液后的碳质材料；将浸渍氯化钙溶液后的碳质材料进行干燥，获得所述浸渍碳；
浸渍碳的使用量根据镍铁渣中氧化镁含量确定：浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为（1:0.5）-（1:2），浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为（1:0.5）-（1:2）；
熔融镍铁渣的温度为1400-1500℃，保温时的温度为1500-1600℃，保温时间为1-6小时；
碳质物料采用原煤、半焦、焦炭、煤矸石和生物质碳中的一种或几种的混合物；
碳质物料的粒度不大于20mm；
所述浸渍氯化钙溶液后的碳质材料的干燥温度为50-200℃。
2.一种制备矿渣棉的方法，其特征在于，包括如下过程：
用熔融镍铁渣制作矿棉的工艺中，在镍铁冶炼炉放渣过程中加入浸渍碳，在镍铁渣在转运过程中使熔融镍铁渣与浸渍碳充分混合，在保温炉保温，使镍铁渣中的氧化镁含量降低；
其中，所述的浸渍碳制备过程包括：将氯化钙水溶液与碳质材料充分混合，得到混合液，然后进行固液分离，得到浸渍氯化钙溶液后的碳质材料；将浸渍氯化钙溶液后的碳质材料进行干燥，获得所述浸渍碳；
浸渍碳的使用量根据镍铁渣中氧化镁含量确定：浸渍碳中的碳与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为（1:0.5）-（1:2），浸渍碳中的氯化钙与镍铁渣中氧化镁的摩尔比为（1:0.5）-（1:2）；
熔融镍铁渣的放渣温度为1400-1500℃，保温时的温度为1500-1600℃，保温时间为1-6小时；
碳质物料的粒度不大于20mm，碳质物料采用原煤、半焦、焦炭、煤矸石和生物质碳中的一种或几种的混合物；
所述浸渍氯化钙溶液后的碳质材料的干燥温度为50-200℃。
3.根据权利要求2所述的一种制备矿渣棉的方法，其特征在于，将浸渍碳提前放入渣包，将熔融镍铁渣放入渣包，利用渣的冲刷作用，使浸渍碳与熔渣充分混合，之后将渣包中混合有浸渍碳的熔渣倒入保温电炉中保温。
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