镍渣成分与其活性指数的试验研究

吴伟 谢刚

【摘 要】文章通过镍渣成分与水泥强度的试验，探讨镍渣成分与其活性指数的关系。结果表明：镍渣的质量系数K与活性指数成正比关系，当K值为1.06～1.23时，活性指数小于42，且增长较平缓，当K值为1.23～2.00时，活性指数增长较快；碱性系数M0与活性指数呈无规则非线性关系，不能较好地表征镍渣的活性指数。质量系数K可较好地表征镍渣的活性指数。

【关键词】镍渣；成分；活性；水泥

【中图分类号】TQ172 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）07-0117-02

0 引言

镍渣[1]是在冶炼镍过程中所形成的以FeO2、SiO2为主要成分的熔融物经水淬后形成的粒化炉渣（也有部分企业不经水淬而直接外排），是排放量最大的工业废渣之一。通常采用镍精矿每生产1 t镍排出6～16 t渣[2]；而采用红土镍矿每生产1 t镍排出渣量超过98%[3]。根据相关报道[4]，我国镍产量随着经济的发展快速增长，中国对镍的需求量，2004年仅为6.7万t/年，2011年为30万t/年，2015年增至45万t/年，增长速度惊人。目前，镍渣的排渣量超过2 000×104 t，镍渣的处置主要是通过填埋方法，每年需占用土地约133.33 hm2（2 000亩）以上，而且废渣中可溶性Ni2+和Ni3+從镍渣中析出，会污染地下水、土壤，影响植物生长繁殖和人体健康，造成严重的环境生态污染问题。

近年来，广西在北部湾地区建成了多家镍冶炼厂，每年镍渣的产生量超过300万t，多年来的堆积保有量达2 000万t，由于这些废渣水化活性不高[5-6]，用作水泥混合材掺量不高（8%～15%），大部分只能按照传统填埋方式处置，而北部湾是近海，地形平缓，加之广西又是土地缺乏地区，如果不采用高效的废渣处置方法，将会制约北部湾区域经济发展。

镍渣的化学成分变化较大，其作为水泥混合材使用的水化活性变化也较大。为了方便使用镍渣，能与高低活性的镍渣相互搭配使用，本文通过镍渣化学成分与其水泥强度的试验，探讨镍渣化学成分与其水化活性的关系，为选择镍渣做水泥混合材时，更好地利用镍渣，以及指导镍渣排放企业在生产镍渣时能产出更有活性的镍渣提供实验依据。

1 试验

1.1 原材料

熟料：来自B水泥企业；镍渣1：来自广西钦州某冶炼厂；镍渣2：来自广西北海某冶炼厂；镍渣3：来自防城港某公司；镍渣4：来自广东阳江某公司。

1.2 试验方法

原材料的化学成分分析依据《水泥化学分析方法》（GB/T 176—2008）进行测定；镍渣的活性指数参照《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》（GB/T 12957—2005）进行；水泥胶砂强度按《水泥胶砂强度核检验方法》（GB/T 17671—1999）进行。通过碱性系数M0、质量系数K与试验所得对应的活性指数来表征评价镍渣的活性[7]，计算公式如下：

碱性系数M0=（CaO%+MgO%）/（SiO2%+ Al2O3%）

质量系数K=（CaO%+MgO%+Al2O3%）/（SiO2%+MgO%+TiO2）

2 试验结果及讨论

2.1 试验用的熟料、镍渣化学成分

试验用的熟料、镍渣化学成分（见表1）。

2.2 试验结果

碱性系数M0、质量系数K、水硬性系数B、活性系数H与砂浆强度与活性指数见表2。

2.3 结果讨论

从表2可知，试验的镍渣，其碱性系数M0为0.54～0.91，均小于1，属于酸性矿渣；质量系数K值在1.06～1.98变化，按国标规定，镍渣4的K值<1.20属于不合格品；镍渣1和镍渣3的K值在1.20～1.60属于合格品，镍渣2属于优等品；水硬性系数B值在0.62～1.58变化；活性系数H值在1.08～2.05变化。

2.3.1 碱性系数与活性指数关系

从图1可见，碱性系数M0在0.54～0.78时，与活性指数A成反比关系，M0在0.78～0.81时，与活性指数成正比关系，M0>0.81时，又成反比关系，M0>0.78时，活性指数增长或降低均较快；碱性系数与活性指数关系，呈无规则非线性关系，不能较好地表征镍渣的活性指数。

2.3.2 质量系数与活性指数关系

从图2可见，镍渣的质量系数K与活性指数成正比关系，3 d活性指数K值在1～1.31时，活性指数增长较平缓，K>1.31时，活性指数增长较快；而对于28 d活性指数，K在0～1.23时，活性指数小于42，且增长较平缓，K在1.23～2.0时，活性指数增长较快。

质量系数与活性指数关系，经线性回归后，28 d的活性指数呈显著的线性关系，相关系数R28达到0.999 7时，同时3 d的活性指数也有显著的线性关系，相关系数R3达到0.947 6时，能较好地表征镍渣的活性指数。

活性指数A随质量系数K的增加而增加，试验样品的28 d的关系式为A28=4.5K2-12.36K+48.65；3 d关系式为A3=2.55K2-7.53K+39.65。从质量系数的计算公式可见，质量系数越大，代表镍渣中可形成水硬性活性组分的氧化钙、氧化镁和氧化铝越多，而非活性组分二氧化硅、氧化锰和二氧化钛含量相对较少，镍渣的活性越好。对于生产工艺参数（冶炼工艺、冶炼、水淬温度等）和原材料相对稳定的镍渣，可以用以上方法及所得的关系式，通过镍渣的成分分析，快速得到镍渣的活性指数，为水泥生产时尽可能多地使用镍渣提高快速简便的技术方法。

3 结语

（1）试验的镍渣，其碱性系数M0为0.54～0.91，均小于1，属于酸性矿渣。

（2）碱性系数与活性指数呈无规则非线性关系，不能较好地表征与活性指数关系。

（3）质量系数K值与活性指数A呈显著的线性关系，相关系数R28达到0.999 7，R3达到0.947 6，能较好地表征镍渣的活性指数，K值为0～1.23时，活性指数小于42，且增长较平缓，K值为1.23～2.0时，活性指数增长较快。

（4）可以通过镍渣的化学成分计算预测镍渣的活性指数A，28 d的活性指数A28=4.5K2-12.36K+48.65，3 d活性指数A3=2.55K2-7.53K+39.65。

参 考 文 献

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

[2]何焕华，蔡乔方.中国镍钴冶金[M].北京：中国冶金出版社，2000.

[3]盛广宏，翟建平.镍工业冶金渣的资源化[J].金属矿山，2005（10）.

[4]李小明，沈苗，王羽中，等.镍渣资源化利用现状及发展趋势分析[J].材料导报，2017（3）.

[5]张勇.镍渣作为混合材在水泥胶凝材料中的应用研究[D].武汉：武汉理工大学，2013.

[6]吴春丽，谢红波，陈哲，等.镍渣的理化性质表征及资源化研究[J].广东建材，2018（1）.

[7]闫丙勤.镍铁合金水淬渣的水化活性影响因素研究[D].南宁：广西大学，2016.

[责任编辑：陈泽琦]