利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚的可行性分析

李忠文　劉　冬　曹德生　尹　星

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責任公司（450002）

利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚的可行性分析

李忠文劉冬曹德生尹星

河南建筑材料研究設(shè)計院有限責任公司（450002）

這里介紹了國內(nèi)鎳鐵渣利用的必要性和現(xiàn)狀，提出了利用鎳鐵渣制蒸壓磚的技術(shù)路線和方案，利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，也具有一定的推廣意義。

鎳鐵渣；蒸壓磚；資源綜合利用

1　必要性分析

近年來，隨著紅土礦火法冶煉鎳鐵合金規(guī)模逐步擴大，紅土鎳礦冶煉鎳鐵廢渣（簡稱鎳鐵渣）的排放量逐漸增多。2014年我國全年鎳鐵合金產(chǎn)量達50 萬t（含鎳量），伴隨產(chǎn)生的固體廢渣有4 000萬t，超過銅渣、錳渣等冶金渣的排放總量，約占冶金渣總排放量的20%。與其他冶金渣相比，鎳鐵渣有價金屬回收價值低，排渣量大，已逐步成為冶金廢渣處理的一大難題。大量鎳鐵渣的堆存，不僅占用土地、污染環(huán)境，還給鎳鐵冶煉的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)。國內(nèi)鎳鐵冶煉產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展集中于近幾年，生產(chǎn)企業(yè)大多為民營企業(yè)，投入的科研力量不足，鎳鐵渣的綜合利用研究在國內(nèi)還沒有得到足夠的重視，因此，有必要進行科學(xué)系統(tǒng)的綜合利用研究，探尋大批量、無害化鎳鐵渣處理方案，以促進鎳鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2　原料性能分析

2.1鎳鐵渣性能分析

目前，國內(nèi)鎳鐵渣絕大多數(shù)是腐殖土型的紅土礦在電爐還原熔煉鎳鐵的工藝過程中產(chǎn)生的，不同廠家產(chǎn)生鎳鐵冶煉渣的組成基本相同。國內(nèi)某鎳鐵生產(chǎn)企業(yè)鎳鐵渣成分見表1。

經(jīng)SEM、MLA、XRD等檢測表明，鎳鐵渣物相組成以玻璃相為主，含有極少量結(jié)晶相，主要有假硅灰石、七鋁酸十二鈣、氧化鈣、鈣鎂橄欖石以及Y型沸石等，鎳鐵渣具有較高的反應(yīng)活性。國內(nèi)多家鎳鐵企業(yè)鎳鐵渣的放射性檢測結(jié)果Ira≤0.28，Ir≤0.57，均符合國家標準GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量標準》，可用于生產(chǎn)墻體材料。

2.2輔助原料

參考蒸壓灰砂磚、粉煤灰蒸壓磚生產(chǎn)經(jīng)驗，輔助原料采用粉煤灰、電石渣（或生石灰）、脫硫石膏（或天然石膏）等作為輔助原料，盡量考慮采用電石渣、脫硫石膏等工業(yè)廢渣，以降低生產(chǎn)成本。

3　配料方案

參考粉煤灰蒸壓磚配料方案，結(jié)合鎳鐵渣物理化學(xué)性能，考慮用顆粒狀鎳鐵渣替代爐渣、米石等集料。經(jīng)試驗分析，粉狀鎳鐵渣與粉煤灰物理化學(xué)性能接近，在蒸壓磚生產(chǎn)中起著相同的作用，故可用粉狀鎳鐵渣替代或部分替代粉煤灰。根據(jù)不同的生產(chǎn)條件，提出三種可行的配料方案供參考，詳見表2。

表2　配料方案表

配料方案（1）適用于粉煤灰、電石渣資源豐富且成品價格較低的地區(qū)，主要缺點是鎳鐵渣利用率較低，主要優(yōu)點是不用考慮鎳鐵渣粉磨設(shè)備，投資規(guī)模小。配料方案（2）主要適用于粉煤灰、電石渣資源匱乏的地區(qū)，主要優(yōu)點是鎳鐵渣利用率高，主要缺點是需要配套建設(shè)鎳鐵渣、生石灰粉磨系統(tǒng)，投資較高。配料方案（3）主要適用于對蒸壓磚顏色、重量有特殊要求的地區(qū)，摻入適當比例的粉煤灰有利于改善產(chǎn)品性能。

4　產(chǎn)品規(guī)格型號

表1　鎳鐵渣化學(xué)成分表

利用鎳鐵渣主要可生產(chǎn)如下規(guī)格的蒸壓磚產(chǎn)品：標磚240 mm×115 mm×53 mm和盲孔磚240mm×115 mm×90 mm，產(chǎn)品強度等級MU15～MU30。主要用于多層結(jié)構(gòu)建筑（承重）墻用，是黏土磚的理想替代產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量分別符合 《蒸壓粉煤灰磚》（JC/T 239-2014）和 《蒸壓粉煤灰多孔磚》（GB 26541-2011）標準要求。

通過更換模具，還可生產(chǎn)其他規(guī)格的小型空心砌塊、路面磚等。

5　主要工藝流程及設(shè)備選型

原料處理→配料→攪拌→ 陳化（消解）→成型→預(yù)養(yǎng)→蒸壓養(yǎng)護→成品。

5.1原料處理

原料處理主要采用鎳鐵渣破碎、篩分、粉磨系統(tǒng)，破碎可考慮對輥破碎機或復(fù)合式破碎機，在蒸壓磚生產(chǎn)線中可考慮與廢磚破碎機共用。篩分一般采用直線振動篩。粉磨可考慮采用球磨機系統(tǒng)或輥式磨系統(tǒng)，但輥式磨系統(tǒng)投資較大。

5.2配料、攪拌

配料系統(tǒng)采用PLC控制的靜態(tài)稱重系統(tǒng)，保證配料系統(tǒng)誤差小于1%。攪拌機采用雙臥軸攪拌機或立式攪拌機，工作方式為間歇式。雙臥軸攪拌機攪拌周期約為300 s，立式攪拌機攪拌周期為90～150 s。攪拌機出料門下方設(shè)置有有效容積與攪拌機一次攪拌量相適應(yīng)的儲料斗，可以實現(xiàn)攪拌機的快速卸料，縮短攪拌周期。

5.3陳化（消解）

為改善混合料性能，混合料需經(jīng)過一定時間的陳化（如采用生石灰配料，則為消解），陳化倉通常采用連續(xù)式陳化倉，連續(xù)式陳化倉配有連續(xù)式料位計量裝置，可以實現(xiàn)對進倉混合料的物位情況實施動態(tài)監(jiān)測與計量。為了盡可能減少由于設(shè)備故障停車造成的陳化倉結(jié)倉，在陳化倉筒體內(nèi)壁鋪設(shè)有耐溫型的高分子防粘襯板。

5.4成型

成型是蒸壓磚生產(chǎn)的核心工序，成型系統(tǒng)由帶式給料機、液壓成型機、自動碼坯裝置（或工業(yè)機器人）、小車定位與驅(qū)動系統(tǒng)、擺渡車以及廢料回料系統(tǒng)等組成。坯料由壓機布料車布入模腔，經(jīng)液壓擠壓成型制成磚坯。合格的磚坯由碼坯裝置將磚坯碼放在蒸養(yǎng)小車上；不合格的磚坯以及廢料，通過磚坯輸送帶，將廢料送至集料斗內(nèi)，定期由人工送回輪碾機內(nèi)重新碾練。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)液壓成型機的廠家較多，單機年生產(chǎn)規(guī)模在6 000萬塊以上，單次成型塊數(shù)均大于30塊，成型周期15～20 s，均能滿足生產(chǎn)需要。

5.5蒸壓養(yǎng)護

碼好的磚坯經(jīng)擺渡車和頂推機進入預(yù)養(yǎng)室，當預(yù)養(yǎng)室內(nèi)重車達到一釜數(shù)量時，將預(yù)養(yǎng)室兩端電動門關(guān)閉，通入蒸壓釜倒汽后剩余的蒸汽，對制品進行初期養(yǎng)護。初期養(yǎng)護好的磚坯用移動式卷揚機拉入釜中，關(guān)閉釜門，通入密封蒸汽，開啟真空泵，將蒸壓釜內(nèi)空氣抽出至一定真空度，然后從蒸壓釜中部通入蒸汽，經(jīng)升溫、保溫、降溫過程對制品進行養(yǎng)護。處于降溫過程中的蒸壓釜與剛裝滿坯體的蒸壓釜、裝滿坯體的預(yù)養(yǎng)室之間順次進行導(dǎo)汽，恒溫溫度190～204℃，恒溫壓力1.5～1.6 MPa，出釜溫差＜80℃。蒸壓養(yǎng)護過程控制見表3。

表3　蒸壓養(yǎng)護過程控制表

6　投資及效益分析

6.1投資估算

利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚項目投資規(guī)模不大，投資過程中應(yīng)充分考慮規(guī)模效益。以年產(chǎn)1.2億塊蒸壓磚生產(chǎn)線為例，投資估算見表4。

6.2經(jīng)濟效益分析

仍以年產(chǎn)1.2億塊蒸壓磚生產(chǎn)線（包含鎳鐵渣粉磨系統(tǒng)）為例，鎳鐵渣成本按10元/t計算，飽和蒸汽成本按150元/t計算，單位產(chǎn)品總成本費用約為0.143元/塊，詳見表5。售價按0.20元/塊計算，正常年銷售收入為2 400萬元，年總成本費用1 700萬元，年稅后利潤約450萬元，項目投資內(nèi)部收益率為26.16%，項目投資利稅率22.40%，預(yù)計項目投產(chǎn)后5年內(nèi)可收回投資。

表4年產(chǎn)1.2億塊利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚項目投資估算表（萬元）

表5　利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚單位成本分析表　單位：元/塊

該生產(chǎn)線每年可綜合利用鎳鐵渣約16萬t，電石渣、脫硫石膏等工業(yè)廢渣約3萬t，可節(jié)約工業(yè)廢渣堆存占地約60畝，環(huán)境和社會效益顯著。

7　結(jié)論

鎳鐵工業(yè)的大發(fā)展每年為社會提供不銹鋼工業(yè)急需的鎳鐵，同時也排放了數(shù)量巨大的鎳鐵渣。鎳鐵渣作為工業(yè)固體廢棄物被大量堆存，對環(huán)境保護造成了很大的負面影響。利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚符合國家產(chǎn)業(yè)政策，技術(shù)成熟，裝備可靠，投資規(guī)模不大，對我國鎳鐵企業(yè)資源綜合利用、保護生態(tài)環(huán)境、建設(shè)資源節(jié)約及環(huán)境友好型企業(yè)具有重要意義，該項目具有很強的可行性和推廣價值。