電解鎳廢渣的資源化利用研究

韓 彪 何俊賀 黃世友 趙 偉 張維維 趙漢南

（廣西壯族自治區環境保護科學研究院 廣西南寧 530022）

電解鎳廢渣的資源化利用研究

韓 彪 何俊賀 黃世友 趙 偉 張維維 趙漢南

（廣西壯族自治區環境保護科學研究院 廣西南寧 530022）

不銹鋼工業飛速發展，鎳的需求量越來越大。電解鎳生產過程中產生大量的廢渣，露天的廢渣堆放，不僅占用了大量的土地資源，若污染措施不到位有污染周圍環境的風險。對廢礦渣的成分分析表明，礦渣并不是完全無用的廢料，往往含有可作其他用途的組分，完全可以綜合利用，對廢渣的無害化處理與資源化利用成為研究熱點。本文在電解鎳渣特性的分析基礎上，對國內電解鎳渣的資源化利用進展進行了總結，分析了廢渣各種資源化利用方法的優缺點，為電解鎳行業的可持續性發展與電解鎳渣的綜合回收利用技術研發提供參考。

電解鎳渣；成分分析；資源化利用；建筑材料

引言

鎳是鐵磁性金屬，具有足夠的韌性和良好的機械強度，可以經受各種類型的機械加工，用它制造的不銹鋼和各種合金鋼在機械、電氣等工業領域得到廣泛應用。不銹鋼工業的高速發展，帶動鎳需求高速增長，2013年總產能超過100萬t（鎳金屬量）[1]。我國精煉鎳主要采用硫化鎳陽極隔膜電解和硫酸選擇性浸出-電積工藝，但電解鎳生產過程中產生的大量廢渣，主要來源于礦石酸浸后固液分離產生的鎳渣等。電解鎳渣多以自然堆積法儲存于棄渣場中，處理需要擠占大量的土地；受到腐蝕時，在外界因素如暴雨沖刷下，鎳渣中的可遷移元素發生化學遷移時，將會對大氣和水土造成嚴重污染，導致植被破壞甚至直接威脅到人畜的生命安全[2～3]。

1 電解鎳產業概況

我國不是鎳資源特別豐富的國家，鎳儲量僅為全球的4.1%，目前主要依靠從菲律賓、印尼進口是進口大量紅土鎳礦在國內冶煉鎳鐵，近年在東南沿海一帶興建大量鎳鐵企業和濕法生產電解鎳的工廠[4]。以紅土鎳礦為原料，以濕法破碎篩分，分出三個品級礦石，采取高溫低壓酸浸濕法工藝，得到硫酸鎳液體，然后通過氧化、中和、凈化（包括粗濾、凈化、精濾）分離提純后，電解及成品處理工序即得到電解金屬鎳及其酸性濾渣[5]。

一方面，我國鎳市場需求旺盛，從而使得電解鎳的表觀消費量急增。另一方面，大量金屬鎳的生產必然帶來更多的電解鎳渣[6]，由于電解過程中大量使用硒和鉻，所產生的大量廢渣必然會產生大量的含鉻、鎂、砷、銅、鋅和錳等重金屬有毒元素，從而導致生態環境污染。如果能對電解鎳渣加以資源化利用，不僅具有一定的經濟效益，更重要是帶來的環境效益。本文以某電解鎳生產項目為例，對生產工藝技術路線介紹，并對資源與能源利用“污染物產生”廢物資源化利用上進行研究。

2 項目基本情況

項目位于廣西某產業園內，年處理紅土鎳礦石30萬t，年產5000t金屬鎳板。采用的常壓酸浸法，簡稱“常壓酸液—氫氧化鎳—萃取電積”工藝，其工藝流程圖如圖1所示。其生產流程為：原礦石以濕法破碎篩分，分為三個品級礦石，脫出大部分中性水循環利用；各品級礦石，分別采用堆液和攪伴浸出方法，在常壓條件下，用硫酸浸出。經固液分離和浸渣洗滌，產出合格的浸出液；洗凈的浸渣，經脫水，加石灰拌和后排放到廢渣場；浸出液經鐵礬法除鐵，化學中和除雜質后的凈硫酸鎳（鈷）溶液，加堿調pH>8，沉淀出中間產品Ni（OH）2和Co（OH）2，送壓濾脫水后送下道工序，除雜渣經洗滌，壓濾脫水后，加石灰拌和后排放到廢渣場；中間產品氫氧化鎳（鈷）；用電積陽極液和少量精制硫酸溶解后的純凈（NiSO4+ CoSO4）溶液，萃取深度除雜，分離Ni、Co后的合格NiSO4液即陰極液，經電積生產電鎳板（含鎳99.96%），分離出的CoSO4加入碳酸鈉得到碳酸鈷產品。本文研究的對象為冶煉過程中產出的固體廢棄物，包括浸出渣、尾渣和少量石灰渣等混勻后的堆棄物。

3 電解鎳渣的化學成分及礦物組成

電解鎳渣是冶煉金屬鎳過程中產生的廢渣，主要來源及化學成分如表1～2所示，可以看出鎳渣的粒度在1～5mm范圍的占90%以上，由于在電解過程加入硫酸而呈酸性或弱酸性?；瘜W成分如下：Ni0.39%，Co0.01% ，Fe2O38.8% ，MgO14.5% ，SiO233% ，Al2O31.8% ，Cu0.005% ，Cr0.12%，CaSO438.88%。電解鎳渣中除了主要是SiO2和CaSO4外，還含有鎳、鈷、銅、鎘、鉻等離子，但鈷和銅離子的含量最少。由表可以看出，廢礦渣的成分和一般的土壤相差不大，本身冶煉廠的原料就是進口的土壤，經過提取鎳后得出廢礦渣。

圖1 電鎳生產工藝流程圖

表1 電解鎳渣產生及主要成分表

表2 電解鎳渣化學成分分析表

電解鎳渣經浸出毒性試驗分析，分析結果摘錄如表3所示。

表3 電解鎳渣浸出毒性分析結果（單位：mg/L）

由表1～3的分析結果可以看出，電解鎳渣經浸出試驗分析，浸出液中均無污染物超《危險廢物標準浸出毒性鑒別標準》（GB5085.3-1996）規定的闕值，pH值在2.0～12.5之間，也未超《腐蝕性鑒別限值》（GB5085.1-1996），因此，電解鎳渣不屬于具腐蝕性和浸出毒性的危險廢物。

4 電解鎳渣的綜合利用

在鎳冶煉廢渣中含有較多的Cu和Mn和其他稀有金屬離子，可以做提取Cu、Mn等的原料，同時由于電解鎳渣含有豐富的SiO2和Fe2O3，具有潛在的水硬性，因而可以應用于建材行業，還可以作為礦井的填充料。

4.1 從電解鎳渣中提取有用元素

對于Ni、Cu、Co、Zn等含量較高的鎳渣，應盡可能從中提取出這些有價元素。利用酸浸工藝可以再次提取鎳渣中的Ni、Cu、Co等，然后分次提純和分離，最終得到成品硫酸鎳、硫酸銅和硫酸鈷，整個工藝流程較簡單，所用設備也較少，且具有較好的經濟效益。提取工藝排放的大量酸性廢水，其中含有大量的廢酸和重金屬離子，必須加以治理，可用石灰中和后進行存放或再利用。

4.2 利用電解鎳渣生產免燒磚

利用廢礦渣制備免燒磚，是一種新型節能利廢的制磚技術和廢渣資源化利用方法。電解鎳渣是一種富含硫酸鹽的惰性硅鋁質材料，粒徑在1～5mm范圍的顆粒占90%以上，SO3含量高達30%，因此無需粉磨即可直接用于制備免燒磚，而且在膠凝體系中可作為粉煤灰類材料的火山灰活性激發劑參與反應，制備免燒磚是對電解鎳渣合理資源化利用的有效措施[7]。實踐表明，將40%電解鎳渣、35%粉煤灰、10%生石灰、15%水泥等膠凝材料按一定比例混合，摻入骨料，壓制成鎳渣免燒磚，自然條件下灑水養護20d磚的抗壓強度可達10MPa以上，完全滿足普通標磚使用標準，制備免燒磚將成為今后處理廢渣的重要手段。

4.3 利用電解鎳渣作井下填充料

利用爐渣和廢石進行采空區充填，技術成熟可靠，而且可以節約充填成本，同時利用了工業廢棄渣[8]。研究表明，鎳渣只有在堿性激發下才具有水硬活性，而且鎳渣的細度對制備的充填膠結料的強度影響比較大，特別是粒徑較小的細顆粒鎳渣，對強度具有正效應。激發鎳渣活性的堿性物質通常是Ca（OH）2，Ca（OH）2是由硅酸鹽水泥在水化過程中形成的或由外加石灰提供的。也可以采用其它物質來激發鎳渣的活性，但以硅酸鹽水泥的激發效果最佳。優于石灰和石膏。石灰與水泥共同激發效果也不錯；如以CaCl2作為早強劑則能夠在很低的摻量下取得較好的激發效果[9]。使用鎳渣作為礦井的填充材料，合理的利用方式是將部分鎳渣粉磨至比表面積大于300m2/kg，以磨細的鎳渣粉和硅酸鹽水泥共同組成膠凝材料，而以破碎的鎳渣作為充填的粗骨料，這樣可以最大量地利用鎳渣。根據鎳渣在生產建筑砌塊上的優良表現，利用其生產路面磚或其他墻體材料也是可行的。

5 結語

目前，電解鎳渣作為鎳冶金工業的產物，它的綜合利用不僅能降低對環境的污染，而且還具有很好的經濟效益。目前要加強對廢渣的開發和利用研究，最大限度地將歷年堆積的鎳渣消化掉，同時要開發鎳渣的高附加值產品，以增加企業的經濟效益；另一方面要對鎳渣中的有用金屬做到充分回收，避免資源的浪費。

[1]上海有色網.2013～2014年中國鎳產業鏈報告[R].上海有色網信息科技有限公司，2013.

[2]趙凈怡，王三反.膜電解法在處理酸性含鎳廢水中的研究[J].工業用水與廢水，2004，35（6）：28～41.

[3]張春麗，馬秋芬.從含鎳廢渣中電解回收金屬鎳的研究[J].沈陽化工，1997，26（4）：22～24.

[4]于然波，徐愛東.我國鎳工業的發展前景[J].中國有色金屬，2013（1）：56～57.

[5]張志華，毛擁軍.紅土鎳礦處理工藝研究現狀[J].湖南有色金屬，2012，28（4）：31～35.

[6]周京英，縱凱.中國鎳資源全球配置研究[J].礦產勘查，2015，6（6）：86～ 91.

[7]閆振甲，何艷君.工業廢渣生產建筑材料實用技術[M].北京：化學工業出版社，2002.

[8]余斌.爐渣-廢石混合料水力充填試驗.金屬礦山，1996（12）：9～12.

[9]錢惠生，王玉萍，等.鎳礦井下充填水泥的應用技術研究.吉林建材，2003（2）：22～24.

X756

A

1004-7344（2016）15-0317-02

廣西危險廢物處置產業化人才小高地專項資金項目；廣西培養新世紀學術和技術帶頭人專項。

2016-5-10

韓彪（1969-），男，廣西合浦人，教授級高級工程師，主要從事“三廢”污染控制及治理、農村環境綜合整治等工作。