淺談鎳渣的特性及TRMS43.3輥磨的應(yīng)用

曹凱，宋留慶，陳軍

1 引言

鎳渣是冶煉鎳鐵合金時產(chǎn)生的固體冶煉廢渣。據(jù)統(tǒng)計，由于長期得不到合理的利用，目前國內(nèi)堆存的鎳渣達到幾千萬噸，每年還要新產(chǎn)生幾百萬噸。預(yù)計2015年，鎳鐵渣的總排放量將接近一億噸，超過銅渣、錳渣等冶金渣的排放總量，約占到冶金渣總排放量的五分之一[1]。除去綜合利用的約10%外，還有90%鎳渣要作廢棄物堆放處理。可由于鎳鐵冶煉工藝技術(shù)的限制，這些冶煉廢渣中仍存在一定量鎳鐵合金顆粒，由于鎳鐵價格高昂，回收這些鎳渣中的鎳鐵合金顆粒亦可獲得較為可觀的經(jīng)濟效益，回收鎳鐵合金后的固體廢渣可以銷向新型建材廠作為新型建材的原材料、添加劑等，基本實現(xiàn)對固體冶煉廢渣的全部回收利用，且整個回收處理過程不對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。如果能同時解決這兩個問題將是最好的解決方案。

表1 鎳渣粒度級配

表2 水渣和干渣的化學(xué)成分對比，wt/%

本文針對中材裝備集團有限公司研制，應(yīng)用在山東煒燁新型建材有限公司60萬噸/年鎳渣微粉生產(chǎn)線項目的TRMS43.3鎳渣輥磨機所展開的一系列有關(guān)鎳渣的粉磨特性和活性研究，及后期設(shè)備調(diào)試出現(xiàn)的一些具體問題，就鎳渣易磨性、鎳鐵合金分離的實際效果進行闡述，為其資源化及其廢渣作為重要的二次資源在建筑材料領(lǐng)域大量利用提供技術(shù)參考。

2 鎳渣的粉磨特性和活性研究

2.1 鎳渣的形態(tài)、粒度級配及其化學(xué)組成

原狀鎳渣的形態(tài)如圖1所示，水渣是由渾圓的顆粒組成，表面光潔，吸水性差；干渣呈塊狀，體積較大，質(zhì)地堅硬，帶有少量孔結(jié)構(gòu)。水渣的粒度級配測定結(jié)果見表1。由表1表明，鎳渣顆粒主要集中在10mm以下，占92.01%。

鎳渣的化學(xué)組成如表2所示，鎳渣是以SiO2、CaO、MgO、Fe2O3為主要成分的熔融物經(jīng)水淬后形成的粒化爐渣，干渣和水渣的化學(xué)組成并無明顯差異。礦物組成以鎂橄欖石為主。鎳渣的堿性系數(shù)MO＝(CaO＋MgO)/（SiO2＋Al2O3）＝0.56明顯＜1，為酸性渣。

2.2 鎳渣的易磨性

由于鎳渣中含有一定量的鎳鐵合金，而使用球磨進行粉磨不具備除鐵功能，應(yīng)用輥磨粉磨能夠有效地將鎳渣中的金屬排出，且具有更高效的粉磨效率。現(xiàn)場調(diào)試中，TRMS43.3鎳渣輥磨很容易就達到設(shè)計產(chǎn)量80t。投料量達到95t時，輥磨運行也很穩(wěn)定。

3 輥磨鎳渣微粉的性能

對山東煒燁新型建材集團TRMS43.3鎳渣輥磨機生產(chǎn)的鎳渣微粉和實驗室球磨機（?500mm×500mm）粉磨的鎳渣進行性能比較。

表3 鎳渣易磨性和磨蝕性

表4 鎳渣水渣微粉產(chǎn)品的細度和對應(yīng)比表面積

圖2 鎳渣微粉的活性指數(shù)

表5 鎳渣微粉的顆粒分布

不同微粉試樣說明如下：

TK表示輥磨微粉；BA表示球磨微粉。

3.1 鎳渣微粉的細度和比表面積

微粉的細度和對應(yīng)比表面積如表4所示，對應(yīng)的活性指數(shù)試驗結(jié)果見圖2。實驗結(jié)果表明：在比表面積相當(dāng)時，輥磨微粉的80μm和45μm篩篩余較球磨更小。

3.2 鎳渣微粉的顆粒分布

對兩種粉磨方式生產(chǎn)的鎳渣微粉的顆粒分布進行檢測，并根據(jù)激光粒度分布儀的檢測結(jié)果計算微粉的RRB顆粒分布情況，如表5所示。

表6 系統(tǒng)主要操作參數(shù)

從表5可以看出，對于輥磨微粉，當(dāng)比表面積高于4700cm2/g時，其均勻性系數(shù)n小于球磨微粉，說明輥磨微粉的粒度分布比球磨微粉的寬。

3.3 鎳渣微粉的活性指數(shù)

根據(jù)GB/T1596-2005對兩種粉磨方式生產(chǎn)的鎳渣微粉的活性指數(shù)進行檢測，測定結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出鎳渣微粉的活性指數(shù)隨著比表面積增大時的變化規(guī)律，在比表面積相當(dāng)時，輥磨微粉的7d活性較球磨更大，28d活性指數(shù)也與球磨微粉幾乎相當(dāng)。

4 鎳渣中鎳鐵的有效回收

經(jīng)檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)，山東煒燁鎳渣中含有約1.1wt%的鎳鐵合金，如不回收利用將造成資源的嚴重浪費，如此大量的金屬鐵進入磨機之后會對磨輥輥套造成嚴重磨損。由于對鎳渣粉磨缺乏實際經(jīng)驗，未對鎳鐵合金的磁性進行分析，故對除鐵器的選型和安裝位置有一定的誤判。起初分別在入磨輸送皮帶安裝了一臺表面磁場強度為1500GS皮帶式除鐵器，外排皮帶處安裝一臺表面磁場強度為700GS的皮帶式除鐵器，提升機入緩沖倉之間安裝一臺1500GS的管道式除鐵器，除鐵效果不明顯，兩臺皮帶式除鐵器只能除掉一些比較大塊的鐵，對鎳渣中的鎳鐵合金基本沒有效果，管道式除鐵器只能吸出少量解離后的鎳鐵合金顆粒，仍有大量的鎳鐵合金循環(huán)入磨。根據(jù)現(xiàn)場實際情況的反饋和對鎳渣顆粒的分析，鎳渣中含有的鎳鐵合金顆粒嵌布在冶煉渣中，通過對鎳鐵合金的導(dǎo)磁性分析，鎳鐵合金的磁性隨含鎳量的提高而逐漸下降，當(dāng)鎳含量達到14%時，鎳鐵合金顆粒幾乎沒有任何磁性，因此，要想有效回收鎳鐵合金，必須先將鎳渣破碎、研磨，使合金顆粒充分解離。而山東煒燁集團的鎳鐵合金中的鎳含量為12%左右，磁性較弱，必須選用高磁場強度的除鐵器，因此，改用表面磁場強度為3200GS的滾筒式干式磁選機替換表面磁場強度為1500GS的管道式除鐵器。再次開磨后除鐵效果顯著提高，在投料量90t/h時，可回收鎳鐵合金0.8t/h。循環(huán)入磨的鎳渣中已無明顯鎳鐵合金顆粒。

5 系統(tǒng)運行情況

TRMS43.3鎳渣輥磨安裝結(jié)束后進入系統(tǒng)調(diào)試階段，輥磨的設(shè)計產(chǎn)量為80t/h。

5.1 系統(tǒng)主要工藝參數(shù)

決定輥磨系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的主要因素包括：入磨原料的粒度和水分；磨機的研磨壓力；選粉機密封結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)速；系統(tǒng)風(fēng)溫和風(fēng)量；難磨物料處理方法；擋料圈的高度等。在實際應(yīng)用中必須有效控制上述各因素，通過加強生產(chǎn)管理和不斷探索，優(yōu)化各參數(shù)。

5.2 系統(tǒng)操作參數(shù)

表6為在設(shè)備調(diào)試過程中的幾組具有代表性的操作參數(shù)，由于鎳渣顆粒渾圓，表面光潔，不易形成穩(wěn)定的料層，粉磨過程中需要額外噴水，鎳渣中的金屬富集磨蝕輥套，除鐵環(huán)節(jié)既回收了有價資源，又降低了輥套磨耗。加高擋料圈高度以穩(wěn)定料層，同時將管道除鐵器更換為磁性更強的干式磁選機，以利于除鐵和降低輥套磨損。經(jīng)過短暫的幾次調(diào)試，系統(tǒng)產(chǎn)量穩(wěn)步提升，質(zhì)量也完全符合產(chǎn)品要求，順利實現(xiàn)TRMS43.3鎳渣輥磨機達標(biāo)達產(chǎn)。

綜上所述，影響TRMS43.3鎳渣輥磨穩(wěn)定運行的決定性因素是：料層厚度、有桿腔壓力、磨機噴水量和除鐵效果。

5.3 輥磨系統(tǒng)生產(chǎn)能力與電耗

TRMS43.3鎳渣輥磨系統(tǒng)對物料要求及其生產(chǎn)能力和電耗如表7所示。

表7 系統(tǒng)生產(chǎn)能力、電耗和對物料的要求

表8 TRMS43.3系統(tǒng)風(fēng)量測定結(jié)果

5.4 系統(tǒng)風(fēng)量

輥磨在運行過程中，磨內(nèi)通風(fēng)量要與磨機的產(chǎn)量相匹配，風(fēng)量過大不僅造成浪費，還會造成產(chǎn)品跑粗，風(fēng)量過小會造成大量合格細粉不能被及時輸送出去。風(fēng)量大可造成壓降大、負壓大，反之則相應(yīng)的壓降和負壓小。一般來講，磨機運行中選擇的通風(fēng)量，應(yīng)以保持磨機負荷穩(wěn)定為準(zhǔn)，力求產(chǎn)品質(zhì)量最好，振動最小，排渣量最小。在實際操作中，磨內(nèi)通風(fēng)量可以通過循環(huán)風(fēng)機的轉(zhuǎn)速或閥門的開度來調(diào)節(jié)。在TRMS43.3鎳渣輥磨系統(tǒng)運行穩(wěn)定時，對系統(tǒng)風(fēng)量進行了標(biāo)定。其結(jié)果如表8所示。

6 經(jīng)濟效益

山東煒燁集團目前共12條電解爐鎳鐵合金生產(chǎn)線，年產(chǎn)渣量約180萬噸，鎳渣中的鎳鐵合金回收量約0.9%，按年產(chǎn)60萬噸微粉計算，年除鎳鐵合金量大概在5400t左右，煒燁集團鎳鐵合金的鎳含量為12%，按當(dāng)前鎳鐵價11000元/t計算，年回收鎳鐵合金的收益就可達到5940萬元。每噸微粉價格在150～170元之間，年收益可達9000多萬元。扣除煤耗、電耗及各個方面的成本和管理費用，可為煒燁集團創(chuàng)造經(jīng)濟效益近億元。

7 結(jié)語

中材裝備集團有限公司研制的TRMS43.3鎳渣輥磨在山東煒燁集團成功運行，證明了輥磨機對物料粉磨具有很強的適應(yīng)能力，在獲得與球磨機相當(dāng)性能產(chǎn)品的同時，大大降低了粉磨電耗[2]，充分回收了鎳渣中的有價值金屬。這不僅解決了鎳渣堆放對生態(tài)環(huán)境的破壞問題，而且創(chuàng)造了新的經(jīng)濟增長點。如果能推廣到其他廢渣粉磨中，也可為其他工業(yè)廢渣找到再利用的新技術(shù)途徑。

[1]孔令軍，常紅霞.紅土鎳礦鎳鐵渣綜合利用研究[N]，環(huán)球市場信息導(dǎo)報，2013-12-19.

[2]王仲春.水泥工業(yè)粉磨工藝技術(shù)[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，1998.■