李忠文　劉　冬　曹德生　尹　星

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚的可行性分析

李忠文劉冬曹德生尹星

河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

這里介紹了國內(nèi)鎳鐵渣利用的必要性和現(xiàn)狀，提出了利用鎳鐵渣制蒸壓磚的技術路線和方案，利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益，也具有一定的推廣意義。

鎳鐵渣；蒸壓磚；資源綜合利用

1　必要性分析

近年來，隨著紅土礦火法冶煉鎳鐵合金規(guī)模逐步擴大，紅土鎳礦冶煉鎳鐵廢渣（簡稱鎳鐵渣）的排放量逐漸增多。2014年我國全年鎳鐵合金產(chǎn)量達50 萬t（含鎳量），伴隨產(chǎn)生的固體廢渣有4 000萬t，超過銅渣、錳渣等冶金渣的排放總量，約占冶金渣總排放量的20%。與其他冶金渣相比，鎳鐵渣有價金屬回收價值低，排渣量大，已逐步成為冶金廢渣處理的一大難題。大量鎳鐵渣的堆存，不僅占用土地、污染環(huán)境，還給鎳鐵冶煉的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴峻挑戰(zhàn)。國內(nèi)鎳鐵冶煉產(chǎn)業(yè)的大規(guī)模發(fā)展集中于近幾年，生產(chǎn)企業(yè)大多為民營企業(yè)，投入的科研力量不足，鎳鐵渣的綜合利用研究在國內(nèi)還沒有得到足夠的重視，因此，有必要進行科學系統(tǒng)的綜合利用研究，探尋大批量、無害化鎳鐵渣處理方案，以促進鎳鐵行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2　原料性能分析

2.1鎳鐵渣性能分析

目前，國內(nèi)鎳鐵渣絕大多數(shù)是腐殖土型的紅土礦在電爐還原熔煉鎳鐵的工藝過程中產(chǎn)生的，不同廠家產(chǎn)生鎳鐵冶煉渣的組成基本相同。國內(nèi)某鎳鐵生產(chǎn)企業(yè)鎳鐵渣成分見表1。

經(jīng)SEM、MLA、XRD等檢測表明，鎳鐵渣物相組成以玻璃相為主，含有極少量結晶相，主要有假硅灰石、七鋁酸十二鈣、氧化鈣、鈣鎂橄欖石以及Y型沸石等，鎳鐵渣具有較高的反應活性。國內(nèi)多家鎳鐵企業(yè)鎳鐵渣的放射性檢測結果Ira≤0.28，Ir≤0.57，均符合國家標準GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量標準》，可用于生產(chǎn)墻體材料。

2.2輔助原料

參考蒸壓灰砂磚、粉煤灰蒸壓磚生產(chǎn)經(jīng)驗，輔助原料采用粉煤灰、電石渣（或生石灰）、脫硫石膏（或天然石膏）等作為輔助原料，盡量考慮采用電石渣、脫硫石膏等工業(yè)廢渣，以降低生產(chǎn)成本。

3　配料方案

參考粉煤灰蒸壓磚配料方案，結合鎳鐵渣物理化學性能，考慮用顆粒狀鎳鐵渣替代爐渣、米石等集料。經(jīng)試驗分析，粉狀鎳鐵渣與粉煤灰物理化學性能接近，在蒸壓磚生產(chǎn)中起著相同的作用，故可用粉狀鎳鐵渣替代或部分替代粉煤灰。根據(jù)不同的生產(chǎn)條件，提出三種可行的配料方案供參考，詳見表2。

表2　配料方案表

配料方案（1）適用于粉煤灰、電石渣資源豐富且成品價格較低的地區(qū)，主要缺點是鎳鐵渣利用率較低，主要優(yōu)點是不用考慮鎳鐵渣粉磨設備，投資規(guī)模小。配料方案（2）主要適用于粉煤灰、電石渣資源匱乏的地區(qū)，主要優(yōu)點是鎳鐵渣利用率高，主要缺點是需要配套建設鎳鐵渣、生石灰粉磨系統(tǒng)，投資較高。配料方案（3）主要適用于對蒸壓磚顏色、重量有特殊要求的地區(qū)，摻入適當比例的粉煤灰有利于改善產(chǎn)品性能。

4　產(chǎn)品規(guī)格型號

表1　鎳鐵渣化學成分表

利用鎳鐵渣主要可生產(chǎn)如下規(guī)格的蒸壓磚產(chǎn)品：標磚240 mm×115 mm×53 mm和盲孔磚240mm×115 mm×90 mm，產(chǎn)品強度等級MU15～MU30。主要用于多層結構建筑（承重）墻用，是黏土磚的理想替代產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量分別符合 《蒸壓粉煤灰磚》（JC/T 239-2014）和 《蒸壓粉煤灰多孔磚》（GB 26541-2011）標準要求。

通過更換模具，還可生產(chǎn)其他規(guī)格的小型空心砌塊、路面磚等。

5　主要工藝流程及設備選型

原料處理→配料→攪拌→ 陳化（消解）→成型→預養(yǎng)→蒸壓養(yǎng)護→成品。

5.1原料處理

原料處理主要采用鎳鐵渣破碎、篩分、粉磨系統(tǒng)，破碎可考慮對輥破碎機或復合式破碎機，在蒸壓磚生產(chǎn)線中可考慮與廢磚破碎機共用。篩分一般采用直線振動篩。粉磨可考慮采用球磨機系統(tǒng)或輥式磨系統(tǒng)，但輥式磨系統(tǒng)投資較大。

5.2配料、攪拌

配料系統(tǒng)采用PLC控制的靜態(tài)稱重系統(tǒng)，保證配料系統(tǒng)誤差小于1%。攪拌機采用雙臥軸攪拌機或立式攪拌機，工作方式為間歇式。雙臥軸攪拌機攪拌周期約為300 s，立式攪拌機攪拌周期為90～150 s。攪拌機出料門下方設置有有效容積與攪拌機一次攪拌量相適應的儲料斗，可以實現(xiàn)攪拌機的快速卸料，縮短攪拌周期。

5.3陳化（消解）

為改善混合料性能，混合料需經(jīng)過一定時間的陳化（如采用生石灰配料，則為消解），陳化倉通常采用連續(xù)式陳化倉，連續(xù)式陳化倉配有連續(xù)式料位計量裝置，可以實現(xiàn)對進倉混合料的物位情況實施動態(tài)監(jiān)測與計量。為了盡可能減少由于設備故障停車造成的陳化倉結倉，在陳化倉筒體內(nèi)壁鋪設有耐溫型的高分子防粘襯板。

5.4成型

成型是蒸壓磚生產(chǎn)的核心工序，成型系統(tǒng)由帶式給料機、液壓成型機、自動碼坯裝置（或工業(yè)機器人）、小車定位與驅(qū)動系統(tǒng)、擺渡車以及廢料回料系統(tǒng)等組成。坯料由壓機布料車布入模腔，經(jīng)液壓擠壓成型制成磚坯。合格的磚坯由碼坯裝置將磚坯碼放在蒸養(yǎng)小車上；不合格的磚坯以及廢料，通過磚坯輸送帶，將廢料送至集料斗內(nèi)，定期由人工送回輪碾機內(nèi)重新碾練。

目前，國內(nèi)生產(chǎn)液壓成型機的廠家較多，單機年生產(chǎn)規(guī)模在6 000萬塊以上，單次成型塊數(shù)均大于30塊，成型周期15～20 s，均能滿足生產(chǎn)需要。

5.5蒸壓養(yǎng)護

碼好的磚坯經(jīng)擺渡車和頂推機進入預養(yǎng)室，當預養(yǎng)室內(nèi)重車達到一釜數(shù)量時，將預養(yǎng)室兩端電動門關閉，通入蒸壓釜倒汽后剩余的蒸汽，對制品進行初期養(yǎng)護。初期養(yǎng)護好的磚坯用移動式卷揚機拉入釜中，關閉釜門，通入密封蒸汽，開啟真空泵，將蒸壓釜內(nèi)空氣抽出至一定真空度，然后從蒸壓釜中部通入蒸汽，經(jīng)升溫、保溫、降溫過程對制品進行養(yǎng)護。處于降溫過程中的蒸壓釜與剛裝滿坯體的蒸壓釜、裝滿坯體的預養(yǎng)室之間順次進行導汽，恒溫溫度190～204℃，恒溫壓力1.5～1.6 MPa，出釜溫差＜80℃。蒸壓養(yǎng)護過程控制見表3。

表3　蒸壓養(yǎng)護過程控制表

6　投資及效益分析

6.1投資估算

利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚項目投資規(guī)模不大，投資過程中應充分考慮規(guī)模效益。以年產(chǎn)1.2億塊蒸壓磚生產(chǎn)線為例，投資估算見表4。

6.2經(jīng)濟效益分析

仍以年產(chǎn)1.2億塊蒸壓磚生產(chǎn)線（包含鎳鐵渣粉磨系統(tǒng)）為例，鎳鐵渣成本按10元/t計算，飽和蒸汽成本按150元/t計算，單位產(chǎn)品總成本費用約為0.143元/塊，詳見表5。售價按0.20元/塊計算，正常年銷售收入為2 400萬元，年總成本費用1 700萬元，年稅后利潤約450萬元，項目投資內(nèi)部收益率為26.16%，項目投資利稅率22.40%，預計項目投產(chǎn)后5年內(nèi)可收回投資。

表4年產(chǎn)1.2億塊利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚項目投資估算表（萬元）

表5　利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚單位成本分析表　單位：元/塊

該生產(chǎn)線每年可綜合利用鎳鐵渣約16萬t，電石渣、脫硫石膏等工業(yè)廢渣約3萬t，可節(jié)約工業(yè)廢渣堆存占地約60畝，環(huán)境和社會效益顯著。

7　結論

鎳鐵工業(yè)的大發(fā)展每年為社會提供不銹鋼工業(yè)急需的鎳鐵，同時也排放了數(shù)量巨大的鎳鐵渣。鎳鐵渣作為工業(yè)固體廢棄物被大量堆存，對環(huán)境保護造成了很大的負面影響。利用鎳鐵渣生產(chǎn)蒸壓磚符合國家產(chǎn)業(yè)政策，技術成熟，裝備可靠，投資規(guī)模不大，對我國鎳鐵企業(yè)資源綜合利用、保護生態(tài)環(huán)境、建設資源節(jié)約及環(huán)境友好型企業(yè)具有重要意義，該項目具有很強的可行性和推廣價值。