孔令軍，趙祥麟，劉廣龍

(金川鎳鈷研究設(shè)計(jì)院，甘肅金昌 737100)

1 引言

2010年進(jìn)入我國不銹鋼生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量高達(dá)約45萬t(含鎳量)。隨著紅土鎳礦冶煉鎳鐵產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，每年產(chǎn)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(shù)主要以堆存、填埋為主，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了潛在的威脅。為減少鎳鐵渣的生態(tài)環(huán)境危害，近年來，國內(nèi)對(duì)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(yīng)用逐漸加強(qiáng)［2-7］。但無論是對(duì)鎳鐵渣進(jìn)行堆存、填埋，或者是將鎳鐵渣用于建材原料，其環(huán)境安全性對(duì)于鎳鐵渣的處理都尤為重要［8］，目前國內(nèi)缺乏鎳鐵渣的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、也缺乏對(duì)于鎳鐵渣物化性能和毒性的系統(tǒng)研究。鎳鐵渣環(huán)境安全性能研究可以為鎳鐵渣綜合利用的標(biāo)準(zhǔn)化及其進(jìn)一步深入奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)材料和方法

2.1 材料

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

表1 鎳鐵渣化學(xué)成分/%

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 腐蝕性測定:根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15555.12-1995《固體廢物腐蝕性測定 玻璃電極法》對(duì)鎳鐵渣腐蝕性進(jìn)行測定。

2.2.2 浸出毒性測定:根據(jù)HJ/T 299-2007《固體廢物浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法》對(duì)鎳鐵渣渣進(jìn)行浸出毒性測定。

2.2.3 鎳鐵渣在自然環(huán)境中的水溶解穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn):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(duì)鎳鐵渣進(jìn)行浸提(不間斷泵入空氣)，浸提總時(shí)間為12周。每三周分別對(duì)三種浸提液采集一次樣品，共采集4次12個(gè)樣品。采集樣品時(shí)，室溫下對(duì)裝有樣品和浸提液的容量瓶水平振蕩8h(振動(dòng)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(huán)境中的熱穩(wěn)定性試驗(yàn):利用同步熱分析儀STA449C對(duì)鎳鐵渣進(jìn)行熱重和差分析。

2.2.5 放射性測定:根據(jù)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(jié)果與討論

3.1 鎳鐵渣腐蝕性

依據(jù)GB/T5085.1-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)腐蝕性鑒別》規(guī)定:pH值小于等于2.0或pH值大于等于12.5，判定為危險(xiǎn)廢物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，鎳鐵渣浸出液pH值為6.5，沒有超出標(biāo)準(zhǔn)限值?？梢耘卸?鎳鐵渣在堆存、填埋過程中，經(jīng)雨水、地下水浸瀝而產(chǎn)生的浸出液不會(huì)對(duì)周圍的土壤及農(nóng)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(jié)果見表2，檢測結(jié)果顯示，鎳鐵渣經(jīng)硫酸硝酸浸提液提取的浸出液中，各項(xiàng)有害元素指標(biāo)均未超出GB5085.3-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》規(guī)定的限值，可以判定，鎳鐵渣不具備浸出毒性，不屬于危險(xiǎn)廢物，在自然堆放、填埋的過程中對(duì)環(huán)境沒有浸出毒性危害。

表2 鎳鐵渣浸出毒性結(jié)果/mg/L

3.3 鎳鐵渣在自然環(huán)境中的水溶解穩(wěn)定性

鎳鐵渣在堆存、填埋、填海或用作建材原料時(shí)會(huì)接觸自然環(huán)境中的雨水、酸雨、地下水或海水、本實(shí)驗(yàn)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(huán)境中相對(duì)于水的化學(xué)穩(wěn)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(shí)其在自然環(huán)境中的穩(wěn)定性及其對(duì)周圍地下水、地表水或土壤的影響。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4、表5、表6。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(duì)象，在中性水中，三周后鎳鐵渣中鎂鹽溶解性達(dá)到穩(wěn)定;在酸性水和鹽水中，六周后鎳鐵渣中鎂離子溶解達(dá)到穩(wěn)定，溶出率約0.1%。鎳鐵渣中鎂的溶解趨勢見圖2。

表3 鎳鐵渣在中性水(PH=7)中的浸出結(jié)果/mg/L

表4 鎳鐵渣在酸性水(PH=3.2)中的浸出結(jié)果/mg/L

表5 鎳鐵渣在鹽水(3.5%NaCl)中的浸出結(jié)果/mg/L

表6 鎳鐵渣鎂離子溶出率/%

3.4 鎳鐵渣在自然環(huán)境中的熱穩(wěn)定性

圖1 鎳鐵渣鎂離子溶解趨勢圖

下圖為鎳鐵渣的差熱-熱重分析曲線，分析曲線顯示，600℃以內(nèi)，鎳鐵渣在加熱狀態(tài)下，無明顯的吸熱峰和放熱峰，質(zhì)量變化很小，根據(jù)結(jié)果可推斷，鎳鐵渣在600℃內(nèi)的加熱過程中，自身體系內(nèi)部無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，揮發(fā)組分含量很小，在自然環(huán)境中熱穩(wěn)定性較好。

圖2 鎳鐵渣熱重—差熱分析曲線

3.5 鎳鐵渣放射性

放射性檢測試驗(yàn)表明，鎳鐵渣內(nèi)照射指數(shù)0.5，外照射指數(shù)0.4，作為建筑主體材料使用，不受到放射性污染指標(biāo)限制。

表7 鎳鐵渣放射性測定值/Bq/Kg

4 結(jié)論

(1)鎳鐵渣腐蝕性、浸出毒性小于國家標(biāo)準(zhǔn)限值，不屬于國家標(biāo)準(zhǔn)界定的危險(xiǎn)廢物。

(2)鎳鐵渣在自然環(huán)境中化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在堆存、填埋或用作建材原料時(shí)，不會(huì)因溫度升高(600℃以內(nèi))造成自身體系內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)而改變其存在狀態(tài)。

(3)鎳鐵渣在地下水、雨水、酸雨或海水的侵蝕環(huán)境中，所含重金屬溶解進(jìn)入周圍環(huán)境很少，鈣、鎂的溶解性能有限，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

［1］許保見.我國鎳鐵行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀［J］.中國金屬通報(bào).2011(14):20-21.

［2］肖安雄摘譯.美國金屬雜志對(duì)世界有色金屬冶煉廠的調(diào)查第三部:鎳紅土礦［J］.中國有色冶金.2008(4):1-5.

［3］鄒立.利用鎳鐵渣引入氧化鎂在立窯上的應(yīng)用［J］.四川水泥.2008(5):31-32.

［4］王熔蘭，等.短流程鎳鐵生產(chǎn)工藝中含鎳廢渣的處置研究.四川冶金［J］.2008(2):58-59.

［5］萬朝均，等.鎳鐵合金礦熱爐渣輔助膠凝材料的制備與性能［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào).2010(1):119-123.

［6］何其捷譯.鎳鐵渣制作礦物棉［J］.玻璃纖維.1990(4):35.

［7］段光福.江西某紅土鎳礦冶煉爐渣做水泥混合材［J］.金屬礦山.2012(11):159-161.

［8］郭朝暉.有色冶煉廢渣的礦物學(xué)特征與環(huán)境活性［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2007(6):1100-1104.