一种利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法与流程

1.本发明涉及固废及危废处理领域，特别是一种利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法。


背景技术：

2.我国工业化进程加快，工业生产过程中有大量含重金属废渣产生，大量堆积占用工厂面积，而采用简单填埋污染环境和地下水资源，不利于生态环境。
3.随着新能源产业的突飞猛进，电池原料生产制造产生了大量含重金属废渣，其大量积累堆放增加了企业的负担。其中，电池行业利用湿法冶金技术从浸湿的镍矿石或含镍化合物提取有价金属，生产过程中形成大量的含水率高的污泥，以镍的湿法冶炼渣为例，区别于镍的火法冶炼渣，镍的湿法冶炼渣往往含有较高的重金属，具有较高的浸出毒性，并且镍的湿法冶炼渣含水量较高，即便简单干燥后，镍的湿法冶炼渣也难以与其他材料共混焙烧制得可直接应用的稳定无毒害产品，使得镍的湿法冶炼渣具有较高的浸出毒性且难以处理利用，一般将其堆积或进行固化处理。
4.此外，国内电子行业由于其自身发展快和产品更新换代快，手机电脑等高科技产品一旦报废，其电路板必然废弃，产生大量贵金属浪费。在处理线路板回收重金属的过程中，通常会产生大量的一般工业固废如水淬渣，其大量的堆积占用了厂区空间和影响空间利用。
5.针对上述镍的湿法冶炼渣和水淬渣，现有技术中并没有提出一种有效的处理利用手段，能够将两种固废危废同时进行处理。故需要提出一种有效的手段对上述镍的湿法冶炼渣和水淬渣同时进行处理利用。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于，提供一种利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法，用于解决现有技术中对镍的湿法冶炼渣和水淬渣同时进行处理缺少有效手段的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法，其步骤包括：将镍渣、水淬渣和页岩按质量比(10～20)：(5～20)：(60～80)混合均匀，得到生料；将生料与水按质量比1：(0.001～0.05)混合均匀，陈化后压制成型，干燥并控制含水率小于5％，得到干燥砖坯；干燥砖坯经过高温焙烧工序后，得到环保砖。
8.其中，高温焙烧工序的工艺条件为：将干燥砖坯送入马弗炉中高温焙烧，焙烧温度为900～1000℃，保温时间为60～180min，焙烧后自然冷却至室温。
9.其中，镍渣为镍的湿法冶炼渣，且镍渣中含水率大于20％。
10.其中，生料制备前，将镍渣和页岩在100～150℃干燥至恒重，破碎并过8目筛后备用。
11.优选的，干燥砖坯制备步骤中，陈化时间为3～4天。
12.优选的，干燥砖坯制备步骤中，压制成型的压强为1～2mpa。
13.优选的，将镍渣、水淬渣和页岩按质量比10：20：70混合均匀，得到生料。
14.本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明通过提供了一种利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法，利用页岩的特性，与镍的湿法冶炼渣、水淬渣混合焙烧，实现了对镍的湿法冶炼渣和水淬渣的同时处理，有效解决镍的湿法冶炼渣难以处理的问题，显著降低了镍的湿法冶炼渣的重金属浸出风险，实现了两种固废危废同时处理利用且节能环保的效果。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
16.本发明中利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法，其步骤包括：
17.(1)将镍渣、水淬渣和页岩按质量比(10～20)：(5～20)：(60～80)混合均匀，得到生料。本步骤中，由于镍渣为镍的湿法冶炼渣，具有较高的含水率，通常大于20％，所以在制备生料前，可以将镍渣和页岩在100～150℃干燥至恒重，破碎并过8目筛后备用，以便初步降低镍渣中的含水量；然后按质量比(10～20)：(5～20)：(60～80)称取镍渣、水淬渣和页岩，混合均匀，得到生料。本实施方式中优选的，镍渣、水淬渣和页岩的质量比为10：20：70。
18.(2)将生料与水按质量比1：(0.001～0.05)混合均匀，陈化后压制成型，干燥并控制含水率小于5％，得到干燥砖坯。本步骤中，具体地，将生料与水按质量比1：(0.001～0.05)混合均匀，陈化3～4天，陈化完成后在1～2mpa下压制成型，然后在100～150℃条件下干燥至含水率小于5％，得到干燥砖坯。
19.(3)干燥砖坯经过高温焙烧工序后，得到环保砖。本步骤中，高温焙烧工序的工艺条件为：将干燥砖坯送入马弗炉中高温焙烧，焙烧温度为900～1000℃，保温时间为60～180min，焙烧后自然冷却至室温。进一步地，高温焙烧工序优选的工艺条件为：焙烧温度为1000℃，保温焙烧时间为15min。本步骤中采用马弗炉进行高温焙烧工序，在其他实施方式中，可根据实际需求选择适宜的高温焙烧装置，在此不做限定。
20.对本发明中利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法原理以及优势进行阐述：
21.1)本发明采用的镍渣是镍的湿法冶炼渣，这类镍渣的铁、钙、钠等助熔元素偏高,以硫酸钙为主；而页岩中的硅和铝元素含量偏高，以铝硅酸盐矿物为主。在焙烧过程中，页岩中的二氧化硅和氧化铝能够形成具有强度支撑作用的莫来石，使整体能够具有较好的强度。镍渣中石膏组分在高温下分解生成氧化钙，与铁的氧化物和铁的氢氧化物共同起着助熔作用；并且镍渣中的石膏、铁的氧化物和铁的氢氧化物在焙烧期间与硅酸盐结合，在低温条件下生成复杂的硅酸盐物质，有利于镍渣与页岩能够很好焙烧结合，期间的玻化反应有利于镍渣中ni、pb等重金属的固定，从而使制备的环保砖浸出毒性显著降低。
22.2)镍的湿法冶炼渣属于hw46危废，所含有害金属离子为镍阳离子，含量占千分之几至百分之几，高温条件下镍阳离子与硅酸盐矿物反应，产生熔融液相将重金属包裹在里面，降低比表面而且有害重金属不易被浸出，从而能够很好地对有害重金属离子进行固定。
23.3)硅铝铁钙元素是烧结砖的主要原料成分，富含硅和铁的水淬渣可作为烧结砖的骨料成分。水淬渣富含硅和铁，掺入水淬渣后，使原本的镍渣
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页岩体系中过高的铁、钙、硫能够更好的去除，同时增强了镍渣
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页岩体系的抗压强度，降低了收缩率，改善了环保砖的综合性能。本实施方式中，采用富氧侧吹熔池熔炼技术进行造渣反应，来获取水淬渣，所产生的水淬渣烧失量为0，掺入后能够很好的降低环保砖的收缩率。
24.下面通过具体实施例对本发明中利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法应用效果进行阐述。
25.选取镍的湿法冶炼渣、页岩、水淬渣分别进行化学组分含量测试，如表1所示，而通常制砖推荐的原料化学组分以及元素换算如表2所示，表1和表2中各项组分数据均为质量百分数，含量极少的记为nd。结合表1和表2数据可知，相比于页岩，镍渣的si含量过低，同时fe、ca、s含量过高，超过制砖推荐化学成分范围，并且镍渣因为含水率较高，其烧失量也较大。若仅仅只用镍渣和页岩组成制砖的原料体系，fe、ca、s含量过高则难以去除，同时al含量又不足，则镍渣
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页岩的原料体系并不满足普通制砖推荐的化学成分范围，而水淬渣的引入能够很好的平衡镍渣
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页岩的原料体系的不足和过多情况，使镍渣
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页岩
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水淬渣所组成的体系更接近于普通制砖推荐的化学成分范围，而表2中普通制砖推荐的化学成分范围也为镍渣、页岩、水淬渣的配比提供了设计方向。
26.表1镍渣和页岩的化学组分含量
[0027][0028][0029]
表2制砖推荐的原料化学组分
[0030]
制砖推荐化学成分sio2al2o3fe2o3caomgoso3烧失量最高含量/％702410103315最低含量/％501240003元素(换算)sialfecamgs 最高含量/％32.7212.7077.151.811.2 最低含量/％23.376.352.8000 [0031]
实验1
[0032]
按照前述镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法制备若干组环保砖样品，每组样品中控制镍渣、水淬渣和页岩三者原料质量之和为450g，通过调节镍渣和水淬渣的掺入量，来分析对环保砖性能的影响。表3中控制每组样品中镍渣均为100g不变，调节水淬渣的含量，可以看出随水淬渣含量的增加，环保砖的抗压强度逐渐增大，需要更大的破坏载荷，同时砖宽度逐渐增大，说明环保砖的收缩率逐渐降低。表4中控制每组样品中水淬渣均为100g不变，调节镍渣的含量，可以看出随镍渣含量的增加，环保砖的抗压强度逐渐降低。综合表3和表4可知，需要使镍渣
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页岩
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水淬渣所组成的体系中水淬渣占比偏高，同时镍渣占比偏低，才能使最终所制备的环保砖具有较高的强度和较低的收缩率，基于此确定本技术中镍渣、水淬渣和页岩的优选配比为10：20：70。
[0033]
表3镍渣含量相同，水淬渣含量变化时的环保砖性能对比表
[0034][0035]
表4水淬渣含量相同，镍渣含量变化时的环保砖性能对比表
[0036][0037]
实验2
[0038]
以上述优选的原料配比，制备镍渣
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页岩
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水淬渣体系的环保砖，同时以质量占比10％的镍渣和90％的页岩制备镍渣
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页岩体系的含镍渣砖，再选出原始镍渣和水淬渣，对四者的浸出毒性进行对比测试，如表5所示，其中浸出浓度远小于浸出毒性标准浓度的项目记为nd。通过表5可以看出，所制备镍渣
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页岩
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水淬渣体系的环保砖相对于镍渣和水淬渣来说，诸多有毒重金属的浸出浓度显著降低，且低于危废浸出毒性标准；同时，所制备镍渣
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页岩
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水淬渣体系的环保砖相对于含镍渣砖来说，也一定程度上降低了部分有毒重金属的浸出浓度，则证明采用上述利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法能够有效的将镍渣中诸多有毒重金属固定，将有毒的镍渣转化为无毒的环保砖产品。
[0039]
表5镍渣、水淬渣、含镍渣砖块与环保砖的浸出毒性测试对比表
[0040][0041]
区别于现有技术的情况，本发明通过提供了一种利用镍湿法冶炼渣和水淬渣制备环保砖的方法，利用页岩的特性，与镍的湿法冶炼渣、水淬渣混合焙烧，实现了对镍的湿法冶炼渣和水淬渣的同时处理，有效解决镍的湿法冶炼渣难以处理的问题，显著降低了镍的
湿法冶炼渣的重金属浸出风险，实现了两种固废危废同时处理利用且节能环保的效果。
[0042]
需要说明的是，以上各实施例均属于同一发明构思，各实施例的描述各有侧重，在个别实施例中描述未详尽之处，可参考其他实施例中的描述。
[0043]
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。