本发明涉及硅酸盐水泥及其混凝土生产技术和钢铁冶金
技术领域：
，特别涉及一种利用赤泥和红土镍矿制备铁镍合金副产活性矿热炉粒化渣的方法。
背景技术：
：赤泥是铝土矿提取氧化铝后所形成的残渣，该渣中富含三氧化二铁、二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙和氧化钠等化学组分。每生产1吨氧化铝，大约产生0.8-2.0吨赤泥。目前全世界每年产生赤泥约9000万吨，其中，在中国有近3000万吨产生。目前全世界只有极少部分的赤泥被综合利用，绝大部分仍然是送往堆场露天堆存，既占用了大量土地，耗费了大量资金，又易使大量废碱液渗透到附近农田，造成土壤碱化、沼泽化，污染地表地下水源，危害环境和人体健康。红土镍矿是镍含量为0.7-4.0%，铁含量为10-50%，铬含量为0.05-2.0%的矿砂，可将其开发生产含镍生铁用于生产不锈钢。现有处理红土镍矿工艺中，火法冶炼因具有流程短、工艺成熟等优势，已成为红土镍矿冶炼的主流工艺。从现有文献看，红土镍矿还原熔炼生产铁镍合金的生产和研究都是仅以红土镍矿为主要原料，配加还原剂、熔剂和少量添加剂来实施的，还未见报道有通过添加某种固体残渣来优化其生产工艺的研究。以红土镍矿为主要原料还原熔炼生产铁镍合金的生产生产工艺副产的矿热炉渣，其化学组成中具有较高的氧化镁和较低的氧化钙，其潜在的水化活性较低。根据重庆大学的万朝均等在《重庆大学学报》2010年第一期的报到，机械激发可以提高了镍铁合金矿热炉渣的自身活性,但并不足以对整个胶凝体系抗压强度的提高有明显贡献,尚需采取进一步的活化措施；桂林理工大学的陈平等在《混凝土》2014年第五期上报到称：以比表面积为445㎡/kg的矿热炉渣微粉等量替代50%的水泥进行活性指数对比，试验结果表明，矿热炉渣的7天和28天的活性指数分别为36.9%和50.4%，说明矿热炉渣微粉的火山灰活性较差，作为掺合料时需严格控制其掺量或者与其他掺合料复掺。马明生等在《中国有色冶金》2014年第五期上报到了国内外镍铁冶炼渣显热的回收利用的现状和资源化利用的进展，日本等国主要将镍铁冶炼渣用于生产岩棉、化肥和沥青混凝土骨料，部分用于造船厂的喷砂原料；前苏联主要将其用于生产无机纤维；希腊也有将其作为矿渣水泥混合材、混凝土细骨料、陶瓷原料和防火砖的生产等。我国也有部分企业将其用于制备造纸和保温材料。希腊也有将其用于地质聚合物的报到。上述的利用途径并未能有效解决镍铁冶炼渣的资源化利用问题，造成现有镍铁冶炼渣大量堆存的现状。技术实现要素：本发明的目的是提供一种利用赤泥和红土镍矿制备铁镍合金副产活性矿热炉粒化渣的方法，目标是采用活化前置技术，在镍铁冶炼过程中，通过改变原料和调整辅料品种和比例，大幅提高镍铁冶炼渣的水化活性，促进镍铁冶炼渣在水泥及其混凝土生产过程中的利用量，解决镍铁冶炼渣堆存的问题。本发明是这样实现的：一种利用赤泥和红土镍矿制备铁镍合金副产活性矿热炉粒化渣的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一、配料：原料中包含有赤泥、红土镍矿、焦粉和石灰类；赤泥、红土镍矿、焦粉和石灰类的质量配比为：赤泥：红土镍矿：焦粉：石灰类=10-100：60-100：0-50：0-80；步骤二、矿热炉还原熔炼：将步骤一配成的原料制成的团块送入矿热炉内还原熔炼，经预造渣、熔化、还原，完成渣铁分离，形成炉渣层，炉渣定期从渣口放出并经水淬或风冷粒化，制得活性矿热炉粒化渣。以上所述的赤泥为铝土矿提取氧化铝后所形成的残渣；所述的红土镍矿为镍含量为0.7-4.0%的矿砂。以上所述的活性矿热炉粒化渣是指具有水化活性，可作为水泥生产用混合材或混凝土生产用掺合料使用；经淬冷工序获得的矿热炉粒化渣，水淬后矿热炉粒化渣的玻璃相含量在40-100%。以上所述的矿热炉粒化渣化学组分的质量百分比为二氧化硅10-40%、三氧化二铝10-40%、三氧化二铁1-25%、氧化钙1-60%、氧化镁1-20%、余量为其他杂质。本发明的原理是在镍铁冶炼过程中，加入了另一种钙和钠含量相对较高的含铁工业废渣赤泥，作为镍铁生产的铁质原料。赤泥的使用，一方面解决赤泥的堆放问题，另一方面改善镍铁冶炼过程，促进渣铁分离，而且改变了镍铁冶炼渣的化学组成和矿物组成，提高了镍铁冶炼渣的水化活性；通过改变原料和调整辅料品种和比例，为了获得较高的水化活性镍铁冶炼渣，除了利用赤泥代替红土镍矿外，在配料方案中引入氧化钙含量较高的矿石，包括石灰石、生石灰等，在不影响镍铁冶炼工艺和产品质量的前提下，适当提高镍铁冶炼渣的氧化钙含量，达到提高镍铁冶炼渣水化活性的目的；改变镍铁冶炼渣的冷却工艺，提高镍铁冶炼渣中玻璃相含量，使得镍铁冶炼渣水化活性提高。本发明采用矿热炉直接还原熔炼法，在配料中加入赤泥、红土镍矿、焦粉、石灰类等物料，通过比较赤泥和红土镍矿的化学成分和特性，合理配比，便可得到比较理想的碱度，从而起到降低混合料熔点，使渣与金属密度差异大，增强金属与渣的流动性，有利于渣与金属分离，强化红土镍矿的还原焙烧；赤泥和石灰的加入，大幅度提高了镍铁冶炼渣的水化活性；在冷却过程中通过快速冷却粒化技术，有效的提高了镍铁冶炼渣中玻璃相的含量，起到了进一步提高镍铁冶炼渣的水化活性，同时为后续机械活化奠定了基础。所以，本发明的方法是一种有效提高镍铁冶炼渣的新技术，为镍铁冶炼渣的资源化利用找到了新出路。本发明与现有技术相比，其突出的实质性特点和显著的进步是：1、本发明的制备方法是在镍铁冶炼过程中，加入了另一种钙和钠含量相对较高的含铁工业废渣赤泥，作为镍铁生产的铁质原料，赤泥的使用，一方面解决赤泥的堆放问题，另一方面改善镍铁冶炼过程，促进渣铁分离，而且改变了镍铁冶炼渣的化学组成和矿物组成，提高了镍铁冶炼渣的水化活性。2、本发明通过改变原料和调整辅料品种和比例，获得较高的水化活性镍铁冶炼渣；除了利用赤泥代替红土镍矿外，在配料方案中引入氧化钙含量较高的矿石，包括石灰石、生石灰等，在不影响镍铁冶炼工艺和产品质量的前提下，适当提高镍铁冶炼渣的氧化钙含量，达到提高镍铁冶炼渣水化活性的目的。3、本发明通过改变镍铁冶炼渣的冷却工艺，提高镍铁冶炼渣中玻璃相含量，使得镍铁冶炼渣水化活性提高。4、本发明降低了镍铁矿资源的消耗，为赤泥的有效利用提供了新的利用途径，提高了镍铁冶炼渣的水化活性，为镍铁冶炼渣的规模利用提供了新方法。附图说明图1是本发明的利用赤泥和红土镍矿制备副产活性矿热炉粒化渣的工艺流程图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本发明利用赤泥和红土镍矿制备副产活性矿热炉粒化渣作进一步的说明。实施例1本发明利用赤泥和红土镍矿制备副产活性矿热炉粒化渣的方法，其中，所述方法包括如下步骤：1）所选原料为赤泥、红土镍矿和焦粉。赤泥的主要化学成分及质量百分比为：Fe2O332.96%、Al2O317.25%、CaO14.73%、SiO212.81%、Na2O4.06%；红土镍矿的主要化学成分及质量百分比为：Fe16.62%、Ni1.70%、MgO17.18%、CaO0.31%、SiO240.12%、Cr2O30.86%；焦粉中含固定碳65.02%、SiO213.88%、CaO2.96%；石灰中的CaO含量大于95%，硅酸钠中Na2SiO3≥96%。2）按照质量比为赤泥：红土镍矿：焦粉：石灰：硅酸钠=100：60：10：8：3.4的配比进行配料，制成干燥团块。3）将由上述步骤制得的干燥团块送入150kW矿热炉进行直接还原熔炼，还原温度升至1450-1550℃，保温5-10min后出渣，冷却，制得活性矿热炉粒化渣的玻璃相含量73.1%,化学成分及质量百分比为SiO221.2%、Al2O329.4%、Fe2O38.7%、CaO23.0%、MgO2.7%、TiO24.2%、Na2O3.9%和其它杂质4.8%。4）所得的活性矿热炉粒化渣，经磨细，在水泥制成中掺入40%代替硅酸盐熟料，经活性系数检测，7天和28天的活性指数分别为36.9%和50.4%。实施例2本发明利用赤泥和红土镍矿制备副产活性矿热炉粒化渣的方法，其中，所述方法包括如下步骤：1）所选原料为赤泥、红土镍矿和焦粉；赤泥的主要化学成分及质量比分比为：Fe2O332.96%、Al2O317.25%，CaO14.73%、SiO212.81%、Na2O4.06%；红土镍矿的主要化学成分及质量比分比为：Fe16.62%、Ni1.70%、MgO17.18%、CaO0.31%、SiO240.12%、Cr2O30.86%；焦粉中含固定碳65.02%、SiO213.88%、CaO2.96%；硅酸钠中含Na2SiO3≥96%。2）按照质量比为赤泥：红土镍矿：焦粉：硅酸钠=20：80：10：2.4的配比进行配料，制成干燥团块。3）将由上述步骤制得的干燥团块送入150kW矿热炉进行直接还原熔炼，还原温度升至1550-1650℃，保温5-10min后出渣，经过水淬冷却，制得活性矿热炉粒化渣的玻璃相含量92.7%,化学成分及质量百分比为SiO216.9%、Al2O323.7%、Fe2O318.6%、CaO13.4%、MgO3.6%、TiO25.1%、MnO2.1%、Na2O1.9%和其它杂质5.3%。4）所得的活性矿热炉粒化渣，经磨细，在水泥制成中掺入40%代替硅酸盐熟料，经活性系数检测，7天和28天的活性指数分别为80.9%和89.4%。实施例3本发明利用赤泥和红土镍矿制备副产活性矿热炉粒化渣的方法，其中，所述方法包括如下步骤：1）所选原料为赤泥、红土镍矿、石灰石和焦粉；赤泥的主要化学成分及质量百分比为：Fe2O332.96%、Al2O317.25%、CaO14.73%、SiO212.81%、Na2O4.06%；红土镍矿的主要化学成分及质量百分比为：含Fe16.62%，含Ni1.70%，MgO17.18%，CaO0.31%，SiO240.12%，Cr2O30.86%；焦粉中含固定碳65.02%，SiO213.88%，CaO2.96%；石灰石中的CaCO3含量大于97%，硅酸钠中Na2SiO3≥96%。2）按照质量比为赤泥：红土镍矿：焦粉：石灰石：硅酸钠=10：100：5：9：1.8的配比进行配料，制成干燥团块。3）将由上述步骤制得的干燥团块送入150kW矿热炉进行直接还原熔炼，还原温度升至1550℃，保温10min后出渣，经水淬冷却，制得活性矿热炉粒化渣的玻璃相含量95.8%,化学成分及质量百分比为SiO221.2%、Al2O329.4%、Fe2O38.7%、CaO23.0%、MgO2.7%、TiO24.2%、Na2O3.9%和其它杂质4.8%。4）所得的活性矿热炉粒化渣，经磨细，在水泥制成中掺入40%代替硅酸盐熟料，经活性系数检测，7天和28天的活性指数分别为98.9%和100.4%。实施例4本发明利用赤泥和红土镍矿制备副产活性矿热炉粒化渣的方法，其中，所述方法包括如下步骤：1）所选原料为赤泥、红土镍矿、焦粉、膨润土和石灰石，各原料的主要化学成份组成如表1所示：表1各原料主要化学成份（wt%）名称FeNiSiO2CaOAl2O3MgONa2OCr2O3固定碳赤泥18.88/10.0415.9016.21/2.56//红土镍矿13.402.6242.010.532.5019.98/0.95/焦粉2.34/12.643.127.52///69.82膨润土4.53/63.221.4117.473.421.02//石灰石0.05/2.1552.400.622.380.13//2）按照质量比为赤泥：红土镍矿：焦粉：膨润土：石灰石=100：100：12：4：15的配比进行配料，混合均匀，并配加适量水，用圆盘造球机制成直径约为15mm的球团后经回转窑干燥。3）将由上述步骤制得的干燥球团送入9000kw矿热炉进行直接还原熔炼，还原温度约为1600℃，得到渣经空气冷却，制得活性矿热炉粒化渣的玻璃相含量95.8%,化学成分及质量百分比为SiO242.1%、Al2O315.2%、Fe2O33.6%、CaO18.3%、MgO15.3%和其它杂质0.7%。4）所得的活性矿热炉粒化渣，经磨细，在水泥制成中掺入40%代替硅酸盐熟料，经活性系数检测，7天和28天的活性指数分别为85.9%和92.6%。本发明制备的矿热炉粒化渣作为水泥生产用混合材的活化指数：实施例7d活化指数28d活化指数136.9%50.4%280.9%89.4%398.9%100.4%485.9%92.6%注：活化指数是混合材具有的潜在水化活性高低的定量指标值，此值越大，表明混合材的活性越高。具体检测方法是：在P•I型硅酸盐水泥中加入一定量的混合材，在标准成型、养护和强度检测条件下测得的28天强度值与相同P•I型硅酸盐水泥强度的百分比值。以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。当前第1页1 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