作者 李鹤 杨强 金维志 杨刚 中建材(合肥)粉体科技装备有限公司
分析了镍渣、钒钛渣的理化性能,提出了节能改性的超细粉磨新工艺,可生产出比表面积达到450-550m2/kg的优质镍渣粉、钒钛渣粉,其质量及性能达到矿渣微粉95级以上,电耗水平优于矿渣微粉球磨机生产线,该工艺废渣处理量大,可实现废渣资源化利用。
随着我国不锈钢制品及特种钢材需求量的不断增加,每年的产能不断提升的同时也产生了很多的副产品—镍渣、钒钛渣等各种工业废渣。镍渣与钒钛渣是指在镍铁、钒钛钢铁冶炼过程中排放的工业固体废弃物,是以FeO、SiO2为主要成分的熔融物经水淬后形成的粒化炉渣。经化验分析发现,该类镍渣、钒钛渣的腐蚀性、浸出毒性、放射性均低于国家标准限值。但由于产出量的不断增加,如不对这些废渣加以回收再利用,将造成环境污染并占用土地。因此,急需研究此类废渣综合利用的新途径以促进资源的循环利用。
水淬急冷后的镍渣与钒钛渣,呈黑色粒状,粒径在10mm 以下,其中>4mm的颗粒占比为29.46%,80%的颗粒可通过的筛径为4.98mm。试样经烘干后,将粒径>4mm的颗粒破碎,试样破碎前和破碎后的粒度分布见表1,按照GB/T26567-2011《水泥原料易磨性试验方法(邦德法)》对破碎后的试样进行易磨性测定,入磨试样700ml,容重为1270g,易磨性测定结果见表2。
从表2看出,水淬急冷后的镍渣、钒钛渣的易磨性属于中等水平。
镍渣与钒钛渣活性较差,但其活性指数随比表面积的增加而提高,且该物料活性的发挥也随着养护时间、温度及激发剂含量等因素的变化而变化显著。混凝土在掺入镍渣粉、钒钛渣粉后,砂浆早期强度降低明显,但随着养护时间的增加,后期强度降低幅度变小,但主要技术指标均满足水泥基本性能的要求。
将镍铁渣采用高细球磨机粉磨,并适量加入强碱激发剂与熟料一起配制P・C32.5水泥,经高温养护等处理后测定其强度,测试结果见表3。
从表3 可以看出,在混凝土中镍铁渣粉、钒钛渣粉可以替代部分水泥。
镍渣粉的密度高,用其配制出表面密度大、热容值高以及传热性良好的储热混凝土具有抗酸碱侵蚀、耐磨损和高储热等特殊性能,可用于河、海防工程。随着镍渣粉、钒钛渣粉比表面积的提高,能促进抗压强度和抗折强度的增加。多年的试验研究及工艺校验证实镍渣粉、钒钛渣粉作为水泥、混凝土的掺合料,提高其比表面积可使水泥及混凝土的拌合物性能及抗压强度均得到改善,其中比表面积在400m2/kg 以下的粉料改善效果并不明显,掺入后只能起到骨料作用,当比表面积达到520m2/kg以上时,可同时提升其掺加量,一般可选择在15% ~30%之间,此时水泥及混凝土的性能较好。
镍渣、钒钛渣颗粒度大,含水率高,易碎但难磨细。针对该特点,选择合适的粉磨工艺及设备显得更为关键,力求实现以“破”代“磨”,提高超细粉磨的效率,设计了如图1 所示的工艺技术路线。
该生产工艺由烘干除铁系统、挤压机预粉磨系统、高细粉磨系统和三分离超细选粉系统组成,采用该工艺的两家企业所用设备见表4。
该工艺技术特点如下:
(1)将含水率在12%-18%的镍渣、钒钛渣(3mm以下的细颗粒占比为70%以上,且粘性较强),经过快速沸腾式烘干机烘干后,含水率降至3%以下,再经过多级除铁处理入库,配料入磨。
(2)干燥后的镍渣、钒钛渣经配料后(加入适量的激发剂)喂入挤压机挤压粉碎,再送入“V”型选粉机,通过重力碰撞自破碎后,由风选分离,粗颗粒返回挤压机,其余细粉随风进入三分离选粉机,比表面积达到200m2/kg以上的细粉进入高细球磨机研磨制得成品入库,而比表面积< 200m2/kg 的粗粉返回挤压机内再挤压粉碎,部分比表面积>450m2/kg的超细粉经收尘器收集后直接输送至成品库。
(3)细粉喂入高细球磨机后,由于该类磨机内部采用了特殊改进的衬板,选用小波纹及平衬板组合,增加了研磨体的滑行长度,从而增加研磨时间,提高了研磨效率,二仓选用Φ 10~30mm的微锻为主要研磨体,增加了研磨体的接触面积和翻转次数,磨内设置了包括可调整物料流速和控制风速的筛分隔仓板、溢流型活化挡环、溢流型出料篦板在内的动态筛分装置,达到了阻料、延时、强化研磨的效果有助于提高物料的比表面积。
采用上述超细粉磨工艺,通过合理调节预粉磨系统达到适宜的入磨细度,以确保在低电耗下生产出比表面积满足强度、活性需求的超细粉。磨细至不同比表面积时的粉磨系统电耗情况见表5,镍渣、钒钛渣粉磨新工艺在生产中的应用效果见表6。
从表5和表6可看出,镍渣、钒钛渣采用粉磨新工艺可生产出比表面积达到450-550 m2/kg的优质镍渣粉、钒钛渣粉,其性能可达到矿渣微粉95级以上,电耗水平优于矿渣微粉球磨机的生产线。
(1)目前国内钢铁企业对于镍渣、钒钛渣的资源化利用还处于小规模前期试验应用阶段,主要是用于填埋,部分用于制砖,并未进行具有高附加值的水泥及混凝土方面的利用。
(2)经过超细微粉粉磨处理后的镍渣、钒钛渣,其强度和活性优于粉煤灰,可以部分取代混凝土中的水泥,该方法废渣处理量大,可实现资源化利用。
(3)充分挖掘该类工业废渣的潜在价值,减少占用土地和对地下水源的污染,有着重要的社会效益。
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