林智濤 麥俊明

（廣東省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

鎳鐵廢渣作為不銹鋼生產(chǎn)過(guò)程中不可避免的廢棄物，堆積的越來(lái)越多[1]。陽(yáng)江市作為我國(guó)的不銹鋼生產(chǎn)基地，正面臨著鎳鐵廢渣大量堆積、造成污染環(huán)境的問(wèn)題，每年約有300萬(wàn)噸的鎳鐵廢渣被排出，而僅有13%的鎳鐵廢渣得到了利用，大量的廢渣堆積在尾礦庫(kù)里，造成了土壤和水污染[2-5]。

國(guó)內(nèi)部分企業(yè)嘗試采用鎳鐵廢渣制備機(jī)制砂，并與當(dāng)?shù)氐幕炷翑嚢枵竞献?，替代了部分的河砂，就地?shí)現(xiàn)鎳鐵廢渣的資源化利用，取得了良好的效果，正逐步實(shí)現(xiàn)其鎳鐵廢渣的100%資源化利用，此外還有部分企業(yè)采用鎳鐵廢渣制備鎳渣微粉用作鎳渣混合材，也取得了很好的效果[6]。然而鎳鐵廢渣在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍存在重金屬溶出的問(wèn)題，目前卻鮮有研究人員報(bào)道[7-9]，本文主要針對(duì)鎳鐵廢渣在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中幾種常規(guī)預(yù)處理工藝進(jìn)行研究，探究預(yù)處理工藝對(duì)鎳鐵廢渣的重金屬溶出的影響，為鎳鐵廢渣預(yù)處理工藝的調(diào)整提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

鎳鐵廢渣來(lái)自廣東某鎳鐵冶煉廠，利用100目篩進(jìn)行篩分，其基本組成見(jiàn)表1；無(wú)機(jī)外加劑、NaOH、Na2SO4為國(guó)藥集團(tuán)購(gòu)買(mǎi)（AR）。

表1 鎳鐵廢渣的基本組成

1.2 試驗(yàn)方法

采用X射線(xiàn)衍射儀(XRD)測(cè)定鎳鐵廢渣的主要礦物組成；鎳鐵廢渣采用微波消解儀消解然后采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP)測(cè)試各種重金屬的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD分析

鎳鐵廢渣的形成工藝采用水冷，XRD譜如圖1所示。由圖1可知，鎳鐵廢渣主要由Mg2SiO4、Fe2SiO4、Fe2O3和SiO2組成，在5°～15°的區(qū)間內(nèi)存在饅頭狀的峰，這一般是非晶玻璃態(tài)的物質(zhì)所特有的峰，這說(shuō)明鎳鐵廢渣內(nèi)存在玻璃相，可能會(huì)存在重金屬氧化物。

圖1 鎳鐵廢渣的XRD圖譜

2.2 重金屬含量

將鎳鐵廢渣粉磨至比表面積約400m2/㎏后測(cè)定其重金屬含量，其結(jié)果如表2所示。

表2 鎳鐵廢渣重金屬浸出濃度 (mg/L)

鎳渣微粉中As、Pb、Cr、Zn和Ni重金屬浸出濃度均低于GB 5085.3-2007《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 浸出毒性鑒別》標(biāo)準(zhǔn)限值。因此，從鎳鐵廢渣浸出特性上看，其屬于一般工業(yè)固體廢棄物，不屬于危險(xiǎn)固廢。

2.3 活性激發(fā)劑對(duì)鎳鐵廢渣重金屬含量的影響

以無(wú)機(jī)外加劑、NaOH和Na2SO4為活性激發(fā)劑，摻量按鎳鐵廢渣質(zhì)量百分比計(jì)算，重金屬浸出濃度結(jié)果如表3和圖2所示。

表3 活性激發(fā)劑對(duì)鎳鐵廢渣重金屬含量的影響

由圖2中可以看出，不同的活性激發(fā)劑對(duì)鎳鐵廢渣的重金屬浸出有較大影響。在添加無(wú)機(jī)外加劑為活性激發(fā)劑后，重金屬Cd在添加少量時(shí)呈現(xiàn)未檢出狀態(tài)（0.0001mg/L），但是當(dāng)添加量達(dá)到4%時(shí)，重金屬Cd能被檢出（0.0028mg/L）,這說(shuō)明無(wú)機(jī)外加劑的加入可以誘使重金屬Cd的溶出，分析其原因，Cd在鎳鐵廢渣中基本存在于固溶體中，無(wú)機(jī)外加劑的加入，可以釋放出更多的金屬離子，用以置換出固溶體中的Cd；重金屬Cr、Pb和Mn受到無(wú)機(jī)外加劑的影響呈上升趨勢(shì)，無(wú)機(jī)外加劑的添加量越大，重金屬Cr、Pb和Mn的浸出量越大，這說(shuō)明無(wú)機(jī)外加劑對(duì)重金屬Cr、Pb和Mn的浸出量影響較大，因此我們要關(guān)注在應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)機(jī)外加劑對(duì)重金屬Cr、Pb和Mn的浸出的影響。NaOH和Na2SO4作為堿性激發(fā)劑對(duì)重金屬浸出的影響更大，首先，由于其都具有金屬Na離子，Na離子的活性高，更容易置換出固溶體中的重金屬，加速了重金屬的浸出；第二，NaOH作為強(qiáng)堿，對(duì)整個(gè)膠凝材料的pH有著重要的影響，在堿性環(huán)境中更容易浸出的Pb和Cu得到了更高的浸出。

圖2 活性激發(fā)劑對(duì)鎳鐵廢渣重金屬含量的影響

2.4 研磨時(shí)間對(duì)鎳鐵廢渣重金屬浸出量的影響

機(jī)械粉磨是最常見(jiàn)的一種預(yù)處理方法，在實(shí)際生產(chǎn)中被用來(lái)生產(chǎn)粉末狀的材料。鎳鐵廢渣經(jīng)過(guò)機(jī)械粉磨后，可被磨成粉末狀，用于生產(chǎn)水泥等建筑材料。研磨時(shí)間作為影響鎳鐵廢渣粒徑的重要因素經(jīng)常被用來(lái)表征鎳鐵廢渣的耐磨性，本文主要研究研磨時(shí)間對(duì)鎳鐵廢渣重金屬浸出量的影響。

表4和圖3可知，鎳鐵廢渣的比表面積隨粉磨時(shí)間的增加逐漸增大，但增長(zhǎng)幅度逐漸減小，50min后趨于穩(wěn)定；與此同時(shí)，鎳鐵廢渣的80μm篩余隨著粉磨時(shí)間的延長(zhǎng)而表笑，變化幅度減小，50min后趨于穩(wěn)定。這說(shuō)明鎳鐵廢渣的易磨性較差，長(zhǎng)時(shí)間的粉磨有可能會(huì)導(dǎo)致鎳鐵廢渣中重金屬溶出的變化。

圖3 研磨時(shí)間對(duì)鎳鐵廢渣比表面積和80μm篩余的影響

由圖4可知，隨著粉磨時(shí)間的增加，重金屬Zn和Mn的浸出量逐漸增大，當(dāng)粉磨時(shí)間到達(dá)40min時(shí)，重金屬Zn和Mn的浸出量相較于前30min增加的幅度較大，數(shù)倍于前30min的浸出量，結(jié)合粉磨時(shí)間對(duì)鎳鐵廢渣比表面積和80μm篩余的影響來(lái)分析，粉磨時(shí)間大于等于40min時(shí)，鎳鐵廢渣的比表面積和80μm篩余均到達(dá)拐點(diǎn)。

圖4 粉磨時(shí)間對(duì)鎳鐵廢渣重金屬浸出含量的影響

從圖5可以發(fā)現(xiàn)，除了Cd和Ni以外，其他重金屬浸出基本呈上升趨勢(shì)，這說(shuō)明粉磨時(shí)間的增加可以加強(qiáng)重金屬的浸出能力。粉磨時(shí)間的增加不單單是細(xì)度和比表面積的增大，在粉磨過(guò)程中的發(fā)熱或?qū)е骆囪F廢渣的結(jié)構(gòu)重組，因此導(dǎo)致重金屬更易被浸出。重金屬Cr、Cu、Pb、Zn和Mn均在粉磨時(shí)間為70min時(shí)達(dá)到最大值，而40～50min的時(shí)間段除了Mn和Zn，其他重金屬均有下降的趨勢(shì)，參照比表面積和80μm篩余，考慮到重金屬的浸出和生產(chǎn)能耗，建議控制粉磨時(shí)間為50min。

圖5 粉磨時(shí)間對(duì)鎳鐵廢渣重金屬浸出的影響（分元素）

綜上所述，在機(jī)械粉磨過(guò)程中并不是粉磨時(shí)間越長(zhǎng)越好，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，考慮到生產(chǎn)能耗、設(shè)備磨損、重金屬浸出的問(wèn)題，選擇一個(gè)合適的粉磨時(shí)間對(duì)鎳鐵廢渣的應(yīng)用更加有利。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)研究鎳鐵廢渣預(yù)處理工藝對(duì)其重金屬溶出的影響，對(duì)現(xiàn)有的鎳鐵廢渣預(yù)處理工藝進(jìn)行優(yōu)化，并選擇化學(xué)激活、機(jī)械粉磨兩種不同的預(yù)處理方式對(duì)鎳鐵廢渣進(jìn)行預(yù)處理，分析經(jīng)過(guò)不同預(yù)處理后的鎳鐵廢渣的重金屬分布及溶出情況，評(píng)價(jià)預(yù)處工藝對(duì)于鎳鐵廢渣中重金屬溶出及分布的影響，主要得出如下結(jié)論：

⑴以無(wú)機(jī)外加劑、NaOH和Na2SO4為活性激發(fā)劑對(duì)鎳鐵廢渣進(jìn)行活性劑發(fā)后，鎳鐵廢渣的重金屬浸出量明顯增大，無(wú)機(jī)外加劑對(duì)重金屬Cr、Pb和Mn的浸出量影響較大，NaOH對(duì)重金屬Pb和Cu的浸出有著顯著的增大。

⑵除了Cd和Ni以外，其他重金屬浸出基本呈上升趨勢(shì)，這說(shuō)明粉磨時(shí)間的增加可以加強(qiáng)重金屬的浸出能力，參照比表面積和80μm篩余，考慮到重金屬的浸出和生產(chǎn)能耗，建議50min為最佳粉磨時(shí)間。