專利名稱：一種利用鎳渣提鐵和制備纖維的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)廢渣綜合利用領(lǐng)域，具體為一種利用鎳渣提鐵和制備纖維的方法。
背景技術(shù)：
鎳渣是在冶煉金屬鎳的過程中排放的一種工業(yè)廢渣。鎳渣以Fe203、Si02S主要成分，是熔融物經(jīng)水淬后形成的?；癄t渣，也有部分企業(yè)不經(jīng)過水淬而直接外排的。熱態(tài)鎳渣的溫度為1100 1300°C，含有大量的顯熱。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的鎳產(chǎn)量近幾年增長(zhǎng)較為迅速，1997年僅為4萬噸， 2004年則為6. 7萬噸，2010年則近9萬噸。采用閃速爐熔煉法生產(chǎn)I噸鎳需排出6 16 噸鎳渣。目前我國每年約產(chǎn)生90萬噸鎳渣。鎳渣的化學(xué)成分與高爐礦渣類似，但在含量上有所差異，并隨著鎳渣冶煉方法和礦石來源的不同而不同，主要有Si02、Fe203、Ca0、Al203，少量 Cu、Ni、S 等。目前國內(nèi)外對(duì)于鎳渣的研究，集中于其中Fe的提取和回收，鎳渣中的氧化鐵主要以FeO SiO2的形式存在，通過常規(guī)的選礦方法很難實(shí)現(xiàn)鐵氧化物的富集。目前已經(jīng)有了一些高溫還原的工藝和辦法，能夠高效提取其中有用的鐵、鎳等，但提鐵之后的高溫硅酸鹽熔渣的利用，目前研究較少，辦法不多，尚沒有用鎳渣制無機(jī)纖維的工藝。
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)鎳渣利用的不足之處，充分利用熱態(tài)鎳渣以及其包含的顯熱，在熔融還原提鐵的基礎(chǔ)上，再以余渣為主要原料生產(chǎn)無機(jī)鎳渣纖維。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案為一種利用鎳渣提鐵及制備纖維的方法，在溫度1400 1550°C下，向鎳渣中加入還原劑和輔料，將鎳渣中鐵的氧化物還原為鐵；分離出鐵后，在剩下的熔融鎳渣中加入添加劑；加入添加劑后的熔融混合物經(jīng)高速空氣噴吹或甩絲，制得無機(jī)纖維(無機(jī)鎳渣纖維)。其中，所述的鎳渣是鎳冶煉過程中排放的廢棄物，排放的溫度為1100 1300°C ； 其主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為SiO2 30 50% ,Fe2O3 10 50% ,Al2O3 2 10%，MgO I 15%， CaO I 15%。其中，所述鐵的氧化物還原為鐵的還原反應(yīng)在電爐中進(jìn)行；所述加入的還原劑，是煤粉、焦炭或碳粉中的一種，可還原鎳渣中80%以上的鐵。其中，所述輔料為CaO，加入的質(zhì)量占鎳渣質(zhì)量5 30%。其中，所述加入的添加劑是含Al2O3或同時(shí)含Si02、Al203的物質(zhì)。其中，所述添加劑是Al2O3重量含量為40 88%的招帆土 ；加入的重量比例為招礬土占鎳渣I 30%。其中，所述的添加劑是SiO2重量含量為20 60%、A1203重量含量為30 50%的高嶺石，加入的重量比例為高嶺石占鎳渣I 30%。其中，所述的加入添加劑之后的熔融混合物溫度為900 1700°C，其溫度是在調(diào)溫爐中調(diào)節(jié)。調(diào)溫爐是利用電進(jìn)行加熱以及維持一定溫度的容器。其中，所述的噴吹是在加壓0. 5 I. 5MPa下，由噴絲板將混合熔融液噴出成絲， 將得到的絲冷卻，制得無機(jī)纖維；所述的甩絲，是將得到的熔融液體流入甩絲機(jī)，在甩絲輥離心力的作用下成為無機(jī)纖維，甩絲棍轉(zhuǎn)速為2000r/min 10000r/min ;或是將熔融得到的液體流入盤式甩絲機(jī)制得無機(jī)纖維，盤式甩絲機(jī)中離心盤的轉(zhuǎn)速為5000r/min 9000r/ min0其中，所述無機(jī)纖維的直徑在0. OOlmm IOmm,長(zhǎng)徑比為10 2000。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供了完整充分利用鎳渣的技術(shù)路線，充分利用熱態(tài)鎳渣的顯熱，在高效還原提鐵的同時(shí)，將高溫余渣進(jìn)行纖維化。對(duì)于開拓固體廢棄物利用的方式和方法具有重大意義。本發(fā)明是資源與能源循環(huán)利用領(lǐng)域的具體實(shí)踐，能夠充分利用廢棄的資源與能源。本發(fā)明提出在熱態(tài)鎳渣熔融還原提鐵的基礎(chǔ)上，再以其余渣為主要原料的制備無機(jī)礦渣纖維，將鎳渣變廢為寶，回收利用，同時(shí)充分利用熱態(tài)鎳渣的顯熱，大幅度減少鎳渣提鐵以及纖維生產(chǎn)過程中的能源消耗。制得的無機(jī)鎳渣纖維主要成份為Si02、Al2O3等，屬于耐高溫?zé)o機(jī)纖維，可廣泛應(yīng)用于管道保溫，工業(yè)耐火保溫等領(lǐng)域。
圖I是本發(fā)明實(shí)施例I制備得到的無機(jī)鎳渣纖維的顯微鏡下的照片。圖2是本發(fā)明實(shí)施例I制備得到的無機(jī)鎳渣纖維的實(shí)物照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例采用的原料為鎳冶煉過程產(chǎn)生的熱態(tài)鎳渣，其中SiO2含量為30% 50%， Fe2O3 含量為 20% 50%，MgO 含量為 1% 15%，CaO 為 1% 5%，Al2O3 為 2% 10%， 并含有少量Cu、Ni、S等，剛排放出的鎳渣的溫度在1100 1300度之間。實(shí)施例I鎳冶煉過程產(chǎn)生的熱態(tài)鎳渣，用XRF(X射線熒光光譜分析)法分析其成分，其中 SiO2 含量為 45. 3%, Fe20339. I %, MgO 含量為 2. 0 %，CaO 為 4. 5 %，Al2O3 % 6. 4%,其余為少量的Cu、Ni、S等。將剛排出的鎳渣置于渣包中進(jìn)行保溫，渣包將熱態(tài)鎳渣運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)車間進(jìn)入電爐，電爐溫度1500 1550°C，在電爐中加入鎳渣質(zhì)量5%的煤粉還原鎳渣中鐵的氧化物，同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的CaO等。分離還原出的鐵水，鑄造為鑄錠。在熱態(tài)硅酸鹽余渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的鋁礬土(含Al20341 % )，將混合物加入到調(diào)溫爐中，控制溫度到1300°C。 采用高速空氣噴吹法，在I. 5MPa的壓力下噴吹，得到無機(jī)鎳渣纖維，該纖維平均直徑為 5. Oy m，長(zhǎng)徑比在1000 2000，纖維的顯微鏡照片見圖1，纖維的實(shí)物照片見圖2。所得無機(jī)鎳渣纖維可耐高溫700°C 800°C，是良好的耐火保溫材料。實(shí)施例2鎳冶煉過程產(chǎn)生的熱態(tài)鎳渣，用XRF(X射線熒光光譜分析)法分析其成分，其中SiO2 含量為 44. 3%, Fe20329. 7%, MgO 含量為 9. 7%，CaO 為 5. 0%，Al2O3 為 5. 8%，其余為少量的Cu、Ni、S等。將鎳冶煉過程排出的熱態(tài)鎳渣置于渣車中進(jìn)行保溫，渣車將熱態(tài)鎳渣運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)車間進(jìn)入電爐，電爐溫度1400 1500°C，在電爐中加入鎳渣質(zhì)量5%的焦炭還原鎳渣中鐵的氧化物，同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的CaO等。分離還原出的鐵水，鑄造為鑄錠。在熱態(tài)硅酸鹽余渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的鋁釩土(含Al20350% )，將混合物加入到調(diào)溫爐中，控制溫度到1500°C。采用高速空氣噴吹法，在I. 25MPa的壓力下噴吹，得到無機(jī)鎳渣纖維，該纖維平均直徑為5. 4 ii m，長(zhǎng)徑比在10 2000。實(shí)施例3鎳冶煉過程產(chǎn)生的熱態(tài)鎳渣，用XRF(X射線熒光光譜分析)法分析其成分，其中 SiO2 含量為 48. 3%, Fe20339. 7%, MgO 含量為 3. 7%，CaO 為 3. 5%，Al2O3 % 2. 8%,其余為少量的Cu、Ni、S。將鎳冶煉過程排出的熱態(tài)鎳渣置于渣包中進(jìn)行保溫，渣包將熱態(tài)鎳渣運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)車間進(jìn)入電爐，電爐溫度1500 1550°C，在電爐中加入鎳渣質(zhì)量5%的煤粉還原鎳渣中鐵的氧化物，同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的CaO等。分離還原出的鐵水，鑄造為鑄錠。在熱態(tài)硅酸鹽余渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的高嶺石(含Al20330%，Si0250% )，將混合物加入到調(diào)溫爐中，控制溫度到1300°C。使用離心甩絲法得到纖維，甩絲輥轉(zhuǎn)速為2000r/min。得到纖維平均直徑為5. 9um,長(zhǎng)徑比在500 2000。實(shí)施例4鎳冶煉過程產(chǎn)生的熱態(tài)鎳渣，用XRF(X射線熒光光譜分析)法分析其成分，其中 SiO2 含量為 38. 3%, Fe20329. 7%, MgO 含量為 12. 7%，CaO 為 3. 5%，Al2O3 % 8. 8%,其余為少量的Cu、Ni、S等。將鎳冶煉過程排出的熱態(tài)鎳渣置于渣包中進(jìn)行保溫，渣包將熱態(tài)鎳渣運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)車間進(jìn)入電爐，電爐溫度1500 1550°C，在電爐中加入鎳渣質(zhì)量5%的煤粉還原鎳渣中鐵的氧化物，同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)8%的CaO等。分離還原出的鐵水，鑄造為鑄錠。在熱態(tài)硅酸鹽余渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的高嶺石(含Al20330%，Si0250% )，將混合物加入到調(diào)溫爐中，控制溫度到1700°C。使用甩絲法得到纖維，甩絲輥轉(zhuǎn)速lOOOOr/min。得到的無機(jī)纖維平均直徑為7. 0 ii m，長(zhǎng)徑比在10 2000。實(shí)施例5將鎳冶煉過程產(chǎn)生的熱態(tài)鎳渣置于渣包中進(jìn)行保溫，渣包將熱態(tài)鎳渣運(yùn)輸?shù)缴a(chǎn)車間進(jìn)入電爐，在電爐中加入鎳渣質(zhì)量5%的碳粉還原鎳渣中鐵的氧化物，同時(shí)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的CaO等。分離還原出的鐵水，鑄造為鑄錠。在熱態(tài)硅酸鹽余渣中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)30% 的鋁礬土(含Al20370%)，將混合物加入到調(diào)溫爐中，控制溫度到900°C。使用盤式離心甩絲機(jī)得到纖維，離心盤轉(zhuǎn)速9000r/min。得到纖維平均直徑為4. 0 y m，長(zhǎng)徑比10 2000。
權(quán)利要求
1.一種利用鎳渣提鐵及制備纖維的方法，其特征在于，向鎳渣中加入還原劑和輔料，在溫度1400 1550°C下將鎳渣中鐵的氧化物還原為鐵；分離出鐵后，在剩下的熔融鎳渣中加入添加劑；加入添加劑后的熔融混合物經(jīng)高速空氣噴吹或甩絲，制得無機(jī)纖維。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述的鎳渣是鎳冶煉過程中排放的廢棄物， 排放溫度為1100 1300°C，其主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為SiO2 30 50%，F(xiàn)e2O3 10 50%， Al2O3 2 10%，MgO I 15%，CaO I 15%。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述加入的還原劑，是煤粉、焦炭或碳粉中的一種。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述輔料為CaO，加入的質(zhì)量占鎳渣質(zhì)量 5 30%。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述加入的添加劑是含Al2O3的物質(zhì)或含 Si02、Al2O3 的物質(zhì)。
6.如權(quán)利要求I 5任一所述的方法，其特征在于，所述添加劑是Al2O3重量含量為 40 88%的鋁礬土 ；加入的重量比例為鋁礬土占鎳渣I 30%。
7.如權(quán)利要求I 5任一所述的方法，其特征在于，所述的添加劑是SiO2重量含量為 20 60%、Al2O3重量含量為30 50%的高嶺石，加入的重量比例為高嶺石占鎳渣I 30%。
8.如權(quán)利要求I 5任一所述的方法，其特征在于，所述的加入添加劑之后的熔融混合物溫度為900 1700°C，其溫度是在調(diào)溫爐中調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求I 5所述的方法，其特征在于，所述的噴吹是在加壓O.5 I. 5MPa 下，由噴絲板將混合熔融液噴出成絲，冷卻，制得無機(jī)纖維；所述的甩絲，是將得到的熔融液體流入輥式甩絲機(jī)，在甩絲輥離心力的作用下成為無機(jī)纖維，甩絲輥轉(zhuǎn)速為2000r/min lOOOOr/min ;或是將熔融得到的液體流入盤式甩絲機(jī)制得無機(jī)纖維，盤式甩絲機(jī)中離心盤的轉(zhuǎn)速為 5000r/min 9000r/min。
10.如權(quán)利要求9所述的方法,其特征在于,所述無機(jī)纖維的直徑在0.OOlmm IOmm, 長(zhǎng)徑比為10 2000。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用鎳渣提鐵及制備纖維的方法，是向鎳冶煉過程中排放的鎳渣中加入還原劑和輔料，將鎳渣中鐵的氧化物還原為鐵；分離出鐵后，在剩下的熔融鎳渣中加入添加劑；加入添加劑后的熔融混合物經(jīng)高速空氣噴吹或離心甩絲機(jī)，制得無機(jī)纖維。本發(fā)明在熱態(tài)鎳渣熔融還原提鐵的基礎(chǔ)上，再以其余渣為主要原料制備無機(jī)礦渣纖維，將鎳渣變廢為寶，回收利用，充分利用了熱態(tài)鎳渣的顯熱，減少鎳渣提鐵以及纖維生產(chǎn)過程中的能源消耗。制得的無機(jī)鎳渣纖維主要成份為SiO2、Al2O3等，屬于耐高溫?zé)o機(jī)纖維，可廣泛應(yīng)用于管道保溫，工業(yè)耐火保溫等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C21B15/00GK102586534SQ20121005030
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者劉麗麗, 張作泰, 王習(xí)東, 趙大偉 申請(qǐng)人:北京大學(xué)