红土镍矿冶炼镍铁废渣环境安全性能研究

2014-01-01孔令军赵祥麟刘广龙

铜业工程 2014年1期

孔令军，赵祥麟，刘广龙

(金川镍钴研究设计院，甘肃金昌 737100)

1 引言

2010年进入我国不锈钢生产的红土镍矿冶炼镍铁超过15万t(含镍量)［1］，2011年我国以红土矿为原料生产的镍铁合金增加至大约25万t(含镍量)，2012年我国镍铁合金产量高达约45万t(含镍量)。随着红土镍矿冶炼镍铁产业的进一步发展，每年产生镍铁渣超过2500万t，可能成为我国继铁渣、钢渣、赤泥之后的第四大冶炼渣。镍铁渣目前的处理技术主要以堆存、填埋为主，对生态环境构成了潜在的威胁。为减少镍铁渣的生态环境危害，近年来，国内对镍铁渣在水泥混合材、矿物棉、辅助胶凝材料等建材原料方面的资源化综合利用研究和应用逐渐加强［2-7］。但无论是对镍铁渣进行堆存、填埋，或者是将镍铁渣用于建材原料，其环境安全性对于镍铁渣的处理都尤为重要［8］，目前国内缺乏镍铁渣的相关标准、也缺乏对于镍铁渣物化性能和毒性的系统研究。镍铁渣环境安全性能研究可以为镍铁渣综合利用的标准化及其进一步深入奠定科学基础。

2 实验材料和方法

2.1 材料

镍铁渣是红土镍矿在高温熔融状态下经还原提取镍和部分铁后，在水淬急冷状态下产生的水淬渣，主要由镁、铁、铝的硅酸盐组分构成，其主要化学成分见下表。

表1 镍铁渣化学成分/%

2.2 试验方法

2.2.1 腐蚀性测定:根据国家标准GB/T15555.12-1995《固体废物腐蚀性测定玻璃电极法》对镍铁渣腐蚀性进行测定。

2.2.2 浸出毒性测定:根据HJ/T 299-2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》对镍铁渣渣进行浸出毒性测定。

2.2.3 镍铁渣在自然环境中的水溶解稳定性实验:取100g镍铁渣烘干样品，置于1L容量瓶中，分别加入1L中性水(PH=7，模拟雨水或地下水)、酸性水(PH=3.2，模拟酸雨)、盐水(3.5%NaCl，模拟海水)中，对镍铁渣进行浸提(不间断泵入空气)，浸提总时间为12周。每三周分别对三种浸提液采集一次样品，共采集4次12个样品。采集样品时，室温下对装有样品和浸提液的容量瓶水平振荡8h(振动频率约110次，振幅为40mm)，静置16h，移取约50mL溶液，过滤后用原子吸收光谱仪测定滤液中的镍、铜、铁、钴、锌、钙、镁、铬等。

2.2.4 镍铁渣在自然环境中的热稳定性试验:利用同步热分析仪STA449C对镍铁渣进行热重和差分析。

2.2.5 放射性测定:根据采用GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》测定镍铁渣放射性。

3 结果与讨论

3.1 镍铁渣腐蚀性

依据GB/T5085.1-2007《危险废物鉴别标准腐蚀性鉴别》规定:pH值小于等于2.0或pH值大于等于12.5，判定为危险废物。实验结果显示，镍铁渣浸出液pH值为6.5，没有超出标准限值。可以判定:镍铁渣在堆存、填埋过程中，经雨水、地下水浸沥而产生的浸出液不会对周围的土壤及农作物造成腐蚀危害。

3.2 镍铁渣浸出毒性

镍铁渣浸出毒性结果见表2，检测结果显示，镍铁渣经硫酸硝酸浸提液提取的浸出液中，各项有害元素指标均未超出GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》规定的限值，可以判定，镍铁渣不具备浸出毒性，不属于危险废物，在自然堆放、填埋的过程中对环境没有浸出毒性危害。

表2 镍铁渣浸出毒性结果/mg/L

3.3 镍铁渣在自然环境中的水溶解稳定性

镍铁渣在堆存、填埋、填海或用作建材原料时会接触自然环境中的雨水、酸雨、地下水或海水、本实验主要通过镍铁渣中镍、铜、铁、钴、锌、钙、镁、铬等元素在中性水、酸性水、模拟海水中的变化趋势来研究镍铁渣主要成分在自然环境中相对于水的化学稳定性，从而在一定程度上说明镍铁渣在堆存、填埋或作为路基或建材骨料时其在自然环境中的稳定性及其对周围地下水、地表水或土壤的影响。

实验结果见表3、表4、表5、表6。实验结果显示，镍铁渣中的镍、铜、铁、钴、锌、铅、铬等元素在中性水、酸性水、模拟海水中基本不溶解;钙、镁元素在中性水、酸性水、模拟海水中都有不同程度的溶解，但其溶解程度有限。以镍铁渣中主要成分镁盐的溶解趋势作为考察对象，在中性水中，三周后镍铁渣中镁盐溶解性达到稳定;在酸性水和盐水中，六周后镍铁渣中镁离子溶解达到稳定，溶出率约0.1%。镍铁渣中镁的溶解趋势见图2。