紅土鎳礦冶煉鎳鐵廢渣環境安全性能研究

2014-01-01 02:57:10孔令軍趙祥麟劉廣龍

銅業工程 2014年1期

孔令軍，趙祥麟，劉廣龍

(金川鎳鈷研究設計院，甘肅金昌 737100)

1 引言

2010年進入我國不銹鋼生產的紅土鎳礦冶煉鎳鐵超過15萬t(含鎳量)［1］，2011年我國以紅土礦為原料生產的鎳鐵合金增加至大約25萬t(含鎳量)，2012年我國鎳鐵合金產量高達約45萬t(含鎳量)。隨著紅土鎳礦冶煉鎳鐵產業的進一步發展，每年產生鎳鐵渣超過2500萬t，可能成為我國繼鐵渣、鋼渣、赤泥之后的第四大冶煉渣。鎳鐵渣目前的處理技術主要以堆存、填埋為主，對生態環境構成了潛在的威脅。為減少鎳鐵渣的生態環境危害，近年來，國內對鎳鐵渣在水泥混合材、礦物棉、輔助膠凝材料等建材原料方面的資源化綜合利用研究和應用逐漸加強［2-7］。但無論是對鎳鐵渣進行堆存、填埋，或者是將鎳鐵渣用于建材原料，其環境安全性對于鎳鐵渣的處理都尤為重要［8］，目前國內缺乏鎳鐵渣的相關標準、也缺乏對于鎳鐵渣物化性能和毒性的系統研究。鎳鐵渣環境安全性能研究可以為鎳鐵渣綜合利用的標準化及其進一步深入奠定科學基礎。

2 實驗材料和方法

2.1 材料

鎳鐵渣是紅土鎳礦在高溫熔融狀態下經還原提取鎳和部分鐵后，在水淬急冷狀態下產生的水淬渣，主要由鎂、鐵、鋁的硅酸鹽組分構成，其主要化學成分見下表。

表1 鎳鐵渣化學成分/%

2.2 試驗方法

2.2.1 腐蝕性測定:根據國家標準GB/T15555.12-1995《固體廢物腐蝕性測定玻璃電極法》對鎳鐵渣腐蝕性進行測定。

2.2.2 浸出毒性測定:根據HJ/T 299-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》對鎳鐵渣渣進行浸出毒性測定。

2.2.3 鎳鐵渣在自然環境中的水溶解穩定性實驗:取100g鎳鐵渣烘干樣品，置于1L容量瓶中，分別加入1L中性水(PH=7，模擬雨水或地下水)、酸性水(PH=3.2，模擬酸雨)、鹽水(3.5%NaCl，模擬海水)中，對鎳鐵渣進行浸提(不間斷泵入空氣)，浸提總時間為12周。每三周分別對三種浸提液采集一次樣品，共采集4次12個樣品。采集樣品時，室溫下對裝有樣品和浸提液的容量瓶水平振蕩8h(振動頻率約110次，振幅為40mm)，靜置16h，移取約50mL溶液，過濾后用原子吸收光譜儀測定濾液中的鎳、銅、鐵、鈷、鋅、鈣、鎂、鉻等。

2.2.4 鎳鐵渣在自然環境中的熱穩定性試驗:利用同步熱分析儀STA449C對鎳鐵渣進行熱重和差分析。

2.2.5 放射性測定:根據采用GB6566-2010《建筑材料放射性核素限量》測定鎳鐵渣放射性。

3 結果與討論

3.1 鎳鐵渣腐蝕性

依據GB/T5085.1-2007《危險廢物鑒別標準腐蝕性鑒別》規定:pH值小于等于2.0或pH值大于等于12.5，判定為危險廢物。實驗結果顯示，鎳鐵渣浸出液pH值為6.5，沒有超出標準限值。可以判定:鎳鐵渣在堆存、填埋過程中，經雨水、地下水浸瀝而產生的浸出液不會對周圍的土壤及農作物造成腐蝕危害。

3.2 鎳鐵渣浸出毒性

鎳鐵渣浸出毒性結果見表2，檢測結果顯示，鎳鐵渣經硫酸硝酸浸提液提取的浸出液中，各項有害元素指標均未超出GB5085.3-2007《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》規定的限值，可以判定，鎳鐵渣不具備浸出毒性，不屬于危險廢物，在自然堆放、填埋的過程中對環境沒有浸出毒性危害。

表2 鎳鐵渣浸出毒性結果/mg/L

3.3 鎳鐵渣在自然環境中的水溶解穩定性

鎳鐵渣在堆存、填埋、填海或用作建材原料時會接觸自然環境中的雨水、酸雨、地下水或海水、本實驗主要通過鎳鐵渣中鎳、銅、鐵、鈷、鋅、鈣、鎂、鉻等元素在中性水、酸性水、模擬海水中的變化趨勢來研究鎳鐵渣主要成分在自然環境中相對于水的化學穩定性，從而在一定程度上說明鎳鐵渣在堆存、填埋或作為路基或建材骨料時其在自然環境中的穩定性及其對周圍地下水、地表水或土壤的影響。

實驗結果見表3、表4、表5、表6。實驗結果顯示，鎳鐵渣中的鎳、銅、鐵、鈷、鋅、鉛、鉻等元素在中性水、酸性水、模擬海水中基本不溶解;鈣、鎂元素在中性水、酸性水、模擬海水中都有不同程度的溶解，但其溶解程度有限。以鎳鐵渣中主要成分鎂鹽的溶解趨勢作為考察對象，在中性水中，三周后鎳鐵渣中鎂鹽溶解性達到穩定;在酸性水和鹽水中，六周后鎳鐵渣中鎂離子溶解達到穩定，溶出率約0.1%。鎳鐵渣中鎂的溶解趨勢見圖2。