鎳渣成分與其活性指數的試驗研究

吳偉 謝剛

【摘 要】文章通過鎳渣成分與水泥強度的試驗，探討鎳渣成分與其活性指數的關系。結果表明：鎳渣的質量系數K與活性指數成正比關系，當K值為1.06～1.23時，活性指數小于42，且增長較平緩，當K值為1.23～2.00時，活性指數增長較快；堿性系數M0與活性指數呈無規則非線性關系，不能較好地表征鎳渣的活性指數。質量系數K可較好地表征鎳渣的活性指數。

【關鍵詞】鎳渣；成分；活性；水泥

【中圖分類號】TQ172 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0117-02

0 引言

鎳渣[1]是在冶煉鎳過程中所形成的以FeO2、SiO2為主要成分的熔融物經水淬后形成的粒化爐渣（也有部分企業不經水淬而直接外排），是排放量最大的工業廢渣之一。通常采用鎳精礦每生產1 t鎳排出6～16 t渣[2]；而采用紅土鎳礦每生產1 t鎳排出渣量超過98%[3]。根據相關報道[4]，我國鎳產量隨著經濟的發展快速增長，中國對鎳的需求量，2004年僅為6.7萬t/年，2011年為30萬t/年，2015年增至45萬t/年，增長速度驚人。目前，鎳渣的排渣量超過2 000×104 t，鎳渣的處置主要是通過填埋方法，每年需占用土地約133.33 hm2（2 000畝）以上，而且廢渣中可溶性Ni2+和Ni3+從鎳渣中析出，會污染地下水、土壤，影響植物生長繁殖和人體健康，造成嚴重的環境生態污染問題。

近年來，廣西在北部灣地區建成了多家鎳冶煉廠，每年鎳渣的產生量超過300萬t，多年來的堆積保有量達2 000萬t，由于這些廢渣水化活性不高[5-6]，用作水泥混合材摻量不高（8%～15%），大部分只能按照傳統填埋方式處置，而北部灣是近海，地形平緩，加之廣西又是土地缺乏地區，如果不采用高效的廢渣處置方法，將會制約北部灣區域經濟發展。

鎳渣的化學成分變化較大，其作為水泥混合材使用的水化活性變化也較大。為了方便使用鎳渣，能與高低活性的鎳渣相互搭配使用，本文通過鎳渣化學成分與其水泥強度的試驗，探討鎳渣化學成分與其水化活性的關系，為選擇鎳渣做水泥混合材時，更好地利用鎳渣，以及指導鎳渣排放企業在生產鎳渣時能產出更有活性的鎳渣提供實驗依據。

1 試驗

1.1 原材料

熟料：來自B水泥企業；鎳渣1：來自廣西欽州某冶煉廠；鎳渣2：來自廣西北海某冶煉廠；鎳渣3：來自防城港某公司；鎳渣4：來自廣東陽江某公司。

1.2 試驗方法

原材料的化學成分分析依據《水泥化學分析方法》（GB/T 176—2008）進行測定；鎳渣的活性指數參照《用于水泥混合材的工業廢渣活性試驗方法》（GB/T 12957—2005）進行；水泥膠砂強度按《水泥膠砂強度核檢驗方法》（GB/T 17671—1999）進行。通過堿性系數M0、質量系數K與試驗所得對應的活性指數來表征評價鎳渣的活性[7]，計算公式如下：

堿性系數M0=（CaO%+MgO%）/（SiO2%+ Al2O3%）

質量系數K=（CaO%+MgO%+Al2O3%）/（SiO2%+MgO%+TiO2）

2 試驗結果及討論

2.1 試驗用的熟料、鎳渣化學成分

試驗用的熟料、鎳渣化學成分（見表1）。

2.2 試驗結果

堿性系數M0、質量系數K、水硬性系數B、活性系數H與砂漿強度與活性指數見表2。

2.3 結果討論

從表2可知，試驗的鎳渣，其堿性系數M0為0.54～0.91，均小于1，屬于酸性礦渣；質量系數K值在1.06～1.98變化，按國標規定，鎳渣4的K值<1.20屬于不合格品；鎳渣1和鎳渣3的K值在1.20～1.60屬于合格品，鎳渣2屬于優等品；水硬性系數B值在0.62～1.58變化；活性系數H值在1.08～2.05變化。

2.3.1 堿性系數與活性指數關系

從圖1可見，堿性系數M0在0.54～0.78時，與活性指數A成反比關系，M0在0.78～0.81時，與活性指數成正比關系，M0>0.81時，又成反比關系，M0>0.78時，活性指數增長或降低均較快；堿性系數與活性指數關系，呈無規則非線性關系，不能較好地表征鎳渣的活性指數。

2.3.2 質量系數與活性指數關系

從圖2可見，鎳渣的質量系數K與活性指數成正比關系，3 d活性指數K值在1～1.31時，活性指數增長較平緩，K>1.31時，活性指數增長較快；而對于28 d活性指數，K在0～1.23時，活性指數小于42，且增長較平緩，K在1.23～2.0時，活性指數增長較快。

質量系數與活性指數關系，經線性回歸后，28 d的活性指數呈顯著的線性關系，相關系數R28達到0.999 7時，同時3 d的活性指數也有顯著的線性關系，相關系數R3達到0.947 6時，能較好地表征鎳渣的活性指數。

活性指數A隨質量系數K的增加而增加，試驗樣品的28 d的關系式為A28=4.5K2-12.36K+48.65；3 d關系式為A3=2.55K2-7.53K+39.65。從質量系數的計算公式可見，質量系數越大，代表鎳渣中可形成水硬性活性組分的氧化鈣、氧化鎂和氧化鋁越多，而非活性組分二氧化硅、氧化錳和二氧化鈦含量相對較少，鎳渣的活性越好。對于生產工藝參數（冶煉工藝、冶煉、水淬溫度等）和原材料相對穩定的鎳渣，可以用以上方法及所得的關系式，通過鎳渣的成分分析，快速得到鎳渣的活性指數，為水泥生產時盡可能多地使用鎳渣提高快速簡便的技術方法。

3 結語

（1）試驗的鎳渣，其堿性系數M0為0.54～0.91，均小于1，屬于酸性礦渣。

（2）堿性系數與活性指數呈無規則非線性關系，不能較好地表征與活性指數關系。

（3）質量系數K值與活性指數A呈顯著的線性關系，相關系數R28達到0.999 7，R3達到0.947 6，能較好地表征鎳渣的活性指數，K值為0～1.23時，活性指數小于42，且增長較平緩，K值為1.23～2.0時，活性指數增長較快。

（4）可以通過鎳渣的化學成分計算預測鎳渣的活性指數A，28 d的活性指數A28=4.5K2-12.36K+48.65，3 d活性指數A3=2.55K2-7.53K+39.65。

參 考 文 獻

[1]肖忠明，王昕，霍春明，等.鎳渣水化特性的研究[J].廣東建材，2009（9）.

[2]何煥華，蔡喬方.中國鎳鈷冶金[M].北京：中國冶金出版社，2000.

[3]盛廣宏，翟建平.鎳工業冶金渣的資源化[J].金屬礦山，2005（10）.

[4]李小明，沈苗，王羽中，等.鎳渣資源化利用現狀及發展趨勢分析[J].材料導報，2017（3）.

[5]張勇.鎳渣作為混合材在水泥膠凝材料中的應用研究[D].武漢：武漢理工大學，2013.

[6]吳春麗，謝紅波，陳哲，等.鎳渣的理化性質表征及資源化研究[J].廣東建材，2018（1）.

[7]閆丙勤.鎳鐵合金水淬渣的水化活性影響因素研究[D].南寧：廣西大學，2016.

[責任編輯：陳澤琦]