专利名称：一种利用镍渣提铁和制备纤维的方法
技术领域：
本发明属于工业废渣综合利用领域，具体为一种利用镍渣提铁和制备纤维的方法。
背景技术：
镍渣是在冶炼金属镍的过程中排放的一种工业废渣。镍渣以Fe203、Si02S主要成分，是熔融物经水淬后形成的粒化炉渣，也有部分企业不经过水淬而直接外排的。热态镍渣的温度为1100 1300°C，含有大量的显热。随着我国经济的发展，我国的镍产量近几年增长较为迅速，1997年仅为4万吨， 2004年则为6. 7万吨，2010年则近9万吨。采用闪速炉熔炼法生产I吨镍需排出6 16 吨镍渣。目前我国每年约产生90万吨镍渣。镍渣的化学成分与高炉矿渣类似，但在含量上有所差异，并随着镍渣冶炼方法和矿石来源的不同而不同，主要有Si02、Fe203、Ca0、Al203，少量 Cu、Ni、S 等。目前国内外对于镍渣的研究，集中于其中Fe的提取和回收，镍渣中的氧化铁主要以FeO SiO2的形式存在，通过常规的选矿方法很难实现铁氧化物的富集。目前已经有了一些高温还原的工艺和办法，能够高效提取其中有用的铁、镍等，但提铁之后的高温硅酸盐熔渣的利用，目前研究较少，办法不多，尚没有用镍渣制无机纤维的工艺。
发明内容
要解决的技术问题本发明目的是针对现有技术对镍渣利用的不足之处，充分利用热态镍渣以及其包含的显热，在熔融还原提铁的基础上，再以余渣为主要原料生产无机镍渣纤维。为实现本发明目的技术方案为一种利用镍渣提铁及制备纤维的方法，在温度1400 1550°C下，向镍渣中加入还原剂和辅料，将镍渣中铁的氧化物还原为铁；分离出铁后，在剩下的熔融镍渣中加入添加剂；加入添加剂后的熔融混合物经高速空气喷吹或甩丝，制得无机纤维(无机镍渣纤维)。其中，所述的镍渣是镍冶炼过程中排放的废弃物，排放的温度为1100 1300°C ； 其主要成分的质量分数为SiO2 30 50% ,Fe2O3 10 50% ,Al2O3 2 10%，MgO I 15%， CaO I 15%。其中，所述铁的氧化物还原为铁的还原反应在电炉中进行；所述加入的还原剂，是煤粉、焦炭或碳粉中的一种，可还原镍渣中80%以上的铁。其中，所述辅料为CaO，加入的质量占镍渣质量5 30%。其中，所述加入的添加剂是含Al2O3或同时含Si02、Al203的物质。其中，所述添加剂是Al2O3重量含量为40 88%的招帆土 ；加入的重量比例为招矾土占镍渣I 30%。其中，所述的添加剂是SiO2重量含量为20 60%、A1203重量含量为30 50%的高岭石，加入的重量比例为高岭石占镍渣I 30%。其中，所述的加入添加剂之后的熔融混合物温度为900 1700°C，其温度是在调温炉中调节。调温炉是利用电进行加热以及维持一定温度的容器。其中，所述的喷吹是在加压0. 5 I. 5MPa下，由喷丝板将混合熔融液喷出成丝， 将得到的丝冷却，制得无机纤维；所述的甩丝，是将得到的熔融液体流入甩丝机，在甩丝辊离心力的作用下成为无机纤维，甩丝棍转速为2000r/min 10000r/min ;或是将熔融得到的液体流入盘式甩丝机制得无机纤维，盘式甩丝机中离心盘的转速为5000r/min 9000r/ min0其中，所述无机纤维的直径在0. OOlmm IOmm,长径比为10 2000。本发明的有益效果在于本发明提供了完整充分利用镍渣的技术路线，充分利用热态镍渣的显热，在高效还原提铁的同时，将高温余渣进行纤维化。对于开拓固体废弃物利用的方式和方法具有重大意义。本发明是资源与能源循环利用领域的具体实践，能够充分利用废弃的资源与能源。本发明提出在热态镍渣熔融还原提铁的基础上，再以其余渣为主要原料的制备无机矿渣纤维，将镍渣变废为宝，回收利用，同时充分利用热态镍渣的显热，大幅度减少镍渣提铁以及纤维生产过程中的能源消耗。制得的无机镍渣纤维主要成份为Si02、Al2O3等，属于耐高温无机纤维，可广泛应用于管道保温，工业耐火保温等领域。
图I是本发明实施例I制备得到的无机镍渣纤维的显微镜下的照片。图2是本发明实施例I制备得到的无机镍渣纤维的实物照片。
具体实施例方式实施例采用的原料为镍冶炼过程产生的热态镍渣，其中SiO2含量为30% 50%， Fe2O3 含量为 20% 50%，MgO 含量为 1% 15%，CaO 为 1% 5%，Al2O3 为 2% 10%， 并含有少量Cu、Ni、S等，刚排放出的镍渣的温度在1100 1300度之间。实施例I镍冶炼过程产生的热态镍渣，用XRF(X射线荧光光谱分析)法分析其成分，其中 SiO2 含量为 45. 3%, Fe20339. I %, MgO 含量为 2. 0 %，CaO 为 4. 5 %，Al2O3 % 6. 4%,其余为少量的Cu、Ni、S等。将刚排出的镍渣置于渣包中进行保温，渣包将热态镍渣运输到生产车间进入电炉，电炉温度1500 1550°C，在电炉中加入镍渣质量5%的煤粉还原镍渣中铁的氧化物，同时加入质量分数10%的CaO等。分离还原出的铁水，铸造为铸锭。在热态硅酸盐余渣中加入质量分数8%的铝矾土(含Al20341 % )，将混合物加入到调温炉中，控制温度到1300°C。 采用高速空气喷吹法，在I. 5MPa的压力下喷吹，得到无机镍渣纤维，该纤维平均直径为 5. Oy m，长径比在1000 2000，纤维的显微镜照片见图1，纤维的实物照片见图2。所得无机镍渣纤维可耐高温700°C 800°C，是良好的耐火保温材料。实施例2镍冶炼过程产生的热态镍渣，用XRF(X射线荧光光谱分析)法分析其成分，其中SiO2 含量为 44. 3%, Fe20329. 7%, MgO 含量为 9. 7%，CaO 为 5. 0%，Al2O3 为 5. 8%，其余为少量的Cu、Ni、S等。将镍冶炼过程排出的热态镍渣置于渣车中进行保温，渣车将热态镍渣运输到生产车间进入电炉，电炉温度1400 1500°C，在电炉中加入镍渣质量5%的焦炭还原镍渣中铁的氧化物，同时加入质量分数30%的CaO等。分离还原出的铁水，铸造为铸锭。在热态硅酸盐余渣中加入质量分数8%的铝钒土(含Al20350% )，将混合物加入到调温炉中，控制温度到1500°C。采用高速空气喷吹法，在I. 25MPa的压力下喷吹，得到无机镍渣纤维，该纤维平均直径为5. 4 ii m，长径比在10 2000。实施例3镍冶炼过程产生的热态镍渣，用XRF(X射线荧光光谱分析)法分析其成分，其中 SiO2 含量为 48. 3%, Fe20339. 7%, MgO 含量为 3. 7%，CaO 为 3. 5%，Al2O3 % 2. 8%,其余为少量的Cu、Ni、S。将镍冶炼过程排出的热态镍渣置于渣包中进行保温，渣包将热态镍渣运输到生产车间进入电炉，电炉温度1500 1550°C，在电炉中加入镍渣质量5%的煤粉还原镍渣中铁的氧化物，同时加入质量分数20%的CaO等。分离还原出的铁水，铸造为铸锭。在热态硅酸盐余渣中加入质量分数30%的高岭石(含Al20330%，Si0250% )，将混合物加入到调温炉中，控制温度到1300°C。使用离心甩丝法得到纤维，甩丝辊转速为2000r/min。得到纤维平均直径为5. 9um,长径比在500 2000。实施例4镍冶炼过程产生的热态镍渣，用XRF(X射线荧光光谱分析)法分析其成分，其中 SiO2 含量为 38. 3%, Fe20329. 7%, MgO 含量为 12. 7%，CaO 为 3. 5%，Al2O3 % 8. 8%,其余为少量的Cu、Ni、S等。将镍冶炼过程排出的热态镍渣置于渣包中进行保温，渣包将热态镍渣运输到生产车间进入电炉，电炉温度1500 1550°C，在电炉中加入镍渣质量5%的煤粉还原镍渣中铁的氧化物，同时加入质量分数8%的CaO等。分离还原出的铁水，铸造为铸锭。在热态硅酸盐余渣中加入质量分数30%的高岭石(含Al20330%，Si0250% )，将混合物加入到调温炉中，控制温度到1700°C。使用甩丝法得到纤维，甩丝辊转速lOOOOr/min。得到的无机纤维平均直径为7. 0 ii m，长径比在10 2000。实施例5将镍冶炼过程产生的热态镍渣置于渣包中进行保温，渣包将热态镍渣运输到生产车间进入电炉，在电炉中加入镍渣质量5%的碳粉还原镍渣中铁的氧化物，同时加入质量分数5%的CaO等。分离还原出的铁水，铸造为铸锭。在热态硅酸盐余渣中加入质量分数30% 的铝矾土(含Al20370%)，将混合物加入到调温炉中，控制温度到900°C。使用盘式离心甩丝机得到纤维，离心盘转速9000r/min。得到纤维平均直径为4. 0 y m，长径比10 2000。
权利要求
1.一种利用镍渣提铁及制备纤维的方法，其特征在于，向镍渣中加入还原剂和辅料，在温度1400 1550°C下将镍渣中铁的氧化物还原为铁；分离出铁后，在剩下的熔融镍渣中加入添加剂；加入添加剂后的熔融混合物经高速空气喷吹或甩丝，制得无机纤维。
2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述的镍渣是镍冶炼过程中排放的废弃物， 排放温度为1100 1300°C，其主要成分的质量分数为SiO2 30 50%，Fe2O3 10 50%， Al2O3 2 10%，MgO I 15%，CaO I 15%。
3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述加入的还原剂，是煤粉、焦炭或碳粉中的一种。
4.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述辅料为CaO，加入的质量占镍渣质量 5 30%。
5.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述加入的添加剂是含Al2O3的物质或含 Si02、Al2O3 的物质。
6.如权利要求I 5任一所述的方法，其特征在于，所述添加剂是Al2O3重量含量为 40 88%的铝矾土 ；加入的重量比例为铝矾土占镍渣I 30%。
7.如权利要求I 5任一所述的方法，其特征在于，所述的添加剂是SiO2重量含量为 20 60%、Al2O3重量含量为30 50%的高岭石，加入的重量比例为高岭石占镍渣I 30%。
8.如权利要求I 5任一所述的方法，其特征在于，所述的加入添加剂之后的熔融混合物温度为900 1700°C，其温度是在调温炉中调节。
9.如权利要求I 5所述的方法，其特征在于，所述的喷吹是在加压O.5 I. 5MPa 下，由喷丝板将混合熔融液喷出成丝，冷却，制得无机纤维；所述的甩丝，是将得到的熔融液体流入辊式甩丝机，在甩丝辊离心力的作用下成为无机纤维，甩丝辊转速为2000r/min lOOOOr/min ;或是将熔融得到的液体流入盘式甩丝机制得无机纤维，盘式甩丝机中离心盘的转速为 5000r/min 9000r/min。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述无机纤维的直径在0.OOlmm IOmm, 长径比为10 2000。
全文摘要
本发明提供一种利用镍渣提铁及制备纤维的方法，是向镍冶炼过程中排放的镍渣中加入还原剂和辅料，将镍渣中铁的氧化物还原为铁；分离出铁后，在剩下的熔融镍渣中加入添加剂；加入添加剂后的熔融混合物经高速空气喷吹或离心甩丝机，制得无机纤维。本发明在热态镍渣熔融还原提铁的基础上，再以其余渣为主要原料制备无机矿渣纤维，将镍渣变废为宝，回收利用，充分利用了热态镍渣的显热，减少镍渣提铁以及纤维生产过程中的能源消耗。制得的无机镍渣纤维主要成份为SiO2、Al2O3等，属于耐高温无机纤维，可广泛应用于管道保温，工业耐火保温等领域。
文档编号C21B15/00GK102586534SQ20121005030
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月29日 优先权日2012年2月29日
发明者刘丽丽, 张作泰, 王习东, 赵大伟 申请人:北京大学