一种镍冶炼高温熔渣制备磁性空心陶瓷微球的方法与流程

本发明属于冶金资源再利用及无机非金属功能材料技术领域，具体涉及一种镍冶炼熔渣制备磁性空心磁性微球的方法。

技术背景

我国镍产量已逐年增加，在冶炼过程中产生大量的镍冶炼渣，目前采用水淬后堆存或少量用于生产水泥。大量堆存会对空气和水、土壤产生很大的污染，另一方面高温熔融渣中存在的大量热量造成热能的浪费，增加碳排放。利用高温熔渣生产高附加值产品对于消除污染，减少碳排放，提高经济效益是目前应该解决的问题。空心陶瓷微球是一种具有颗粒微细、中空、质轻、耐高温等优点。空心微球因表面积大、低密度、易于分散、形貌可控等优点,广泛应用于污水净化、催化剂、催化剂的载体、纳米反应器、磁性物质沉积后可作为吸波材料被广泛应用。但目前生产空心陶瓷微球基本上使用经前序处理的物料进行吹制的。

在镍冶炼高温熔渣利用方面做了大量工作，其中申请的相关专利有cn201811494953、cn201811210809、cn201811163423、cn201811008212、cn201810378535、cn201711168552、cn201810589147、cn201810638116、cn201810742161、cn201810756738、cn201810228728粒制、彩色环保砖、制砂混凝土、油井防渗水固井试块、有价组元综合回收利用、镍渣贫化方法、吸波材料、水泥熟料、免烧砖等，大多是在渣冷却态回收或利用的，仅有少量是在高温熔融状态进行的，造成熔融态渣的热能被浪费。

在陶瓷空心微球制备方面，国内申请的专利有200810138749.7、2011201110145156.5、201510061293.5等。其在制备陶瓷微球时需要配料、熔化、水淬等工序，制备陶瓷空心微球的原料需要在1500-1600℃重熔，能源消耗较高，微球粒径变化范围大，不同粒径的微球强度、密度差异较大，所以该方法制得的陶瓷空心微球在实际应用中性能不易控制。

上述专利从镍渣利用、陶瓷微球制备原理和制备技术上进行了大量的探索研究，取得了一定的进展，但这些制备方法上不同程度存在以下问题：1.高温熔渣热回收少，能源浪费严重。2.大部分产品在制备时要消耗大量的能量，生产成本高，产品附加值较低。3.制备空心微球的原料需要重熔或固态处理，制备时需要研磨。4.喷吹时需要消耗燃料，把原料颗粒局部或全部重新熔化，需要二次加热消耗燃料，增加碳排放量，对环境产生污染。5.原料在磨制时，要达到一致的粒度比较困难，微球的粒径差较大。6.为了得到磁化的空心陶瓷微球，在得到空心陶瓷微球后再将具有磁性的物质经化学沉积的方法将其沉积在空心陶瓷微球的表面。7.化学沉积工艺复杂，同时磁性沉积物粘结力较低，沉积不均匀，易脱落，性能不稳定，使成本进一步升高，工业化推广困难。为了高效环保的利用镍冶炼高温熔渣，同时取得高的附加值，研发一种镍冶炼高温熔渣制备高强度低密度的空心陶瓷球，从节能、减少污染、发展绿色环保冶金成为迫切需要解决的问题。

技术实现要素：

本发明针对上述已有技术的不足，提供一种高效节能、利用镍冶炼熔渣制备磁性空心陶瓷微球的方法。

本发明是一种镍冶炼渣制备磁性空心磁性微球的方法，其特征在于包含以下步骤：

（1）以镍冶炼熔渣为原料，在镍渣出炉后喷吹前进行调整温度；

（2）用气体将产生气体同时调整熔渣粘度，且具有形核作用的添加剂与熔渣一起喷出；

（3）产生超音速气流使用的喷枪喷嘴为拉瓦尔喷嘴，使喷枪出口气体达到超音速；

（4）在喷出后通过余热利用装置，将喷出的陶瓷微球冷却；

（5）用旋涡分离器将空心陶瓷微球、实心陶瓷微球、微细的其它氧化物分离；

（6）将空心陶瓷微球进行磁化处理。

本发明的优点是：1.本发明将工业废渣、污染物转化为高附加值产品，有利于减少环境污染，生产工序简化。2.本发明使用的原料为镍冶炼熔渣，其优点在于镍冶炼过程对原料进行了充分的加热混合反应，成分均匀，温度高，减少了二次熔炼、磨细原料、喷吹消耗的能量，减少碳排放。3.本发明使用的高温熔融原料，采用外来形核、内外产生气体的方法形成空心陶瓷球的，熔渣中的多种金属的硫化物、磷化物均可作为内生气体形成空心陶瓷球的气源。4.本发明通过固定加热控制熔渣的温度，确保吹球温度稳定。5.喷枪喷嘴使用拉瓦尔喷嘴，使喷枪出口气体达到超音速。6.本发明利用工业熔渣，工艺流程短，能量消耗少，效率高，易于就近规模化处理冶炼熔渣。

附图说明

图1为本发明制备磁性空心陶瓷微球的工艺流程图；图2为制得磁性空心陶瓷微球的sem图。

具体实施方式

一种镍冶炼渣制备磁性空心磁性微球的方法，如图1所示，其步骤为：

（1）以镍冶炼熔渣为原料，在镍渣出炉后喷吹前调整熔渣温度在1450-1500℃之间；

（2）用气体将调整熔渣粘度、且具有形核作用的添加剂与熔渣一起喷出；

（3）超音速气流使用的喷枪喷嘴为拉瓦尔喷嘴，使喷枪出口气体达到超音速；

（4）在喷出后通过余热利用装置，将喷出的陶瓷微球冷却；

（5）用旋涡分离器将空心陶瓷微球、实心陶瓷微球、微细的其它氧化物分离；

（6）将空心陶瓷微球进行磁化处理；

（7）将回收的实心陶瓷微球、细尘用于其它用途加以利用或细尘返回主系统。

其中步骤（1）的镍冶炼熔渣是指闪速速炉、合成炉、富氧顶吹炉等镍冶炼方式中产生的熔渣，其成分包含sio2、mgo、feo、cao、cuo及fe、cu、co、ni的硫化物；镍渣中sio2的质量百分含量为32-36%，fe的质量百分含量为33-40%，mgo的质量百分含量为5-10%，cao的质量百分含量为1-3%，并含有不同数量的镍、钴、钠等金属。

其中步骤（1）的熔渣加热使用电弧炉、燃气反射炉，熔渣温度控制在1450-1500℃。

其中步骤（2）中添加剂包含电石粉、碳酸钙，使用时粒径在10-50um，按配比10:1-1:10混合加入或单独加入，加入量在0-10%。

其中步骤（3）的喷枪供气压力为0.6-1.0mpa，压缩空气通过拉瓦尔喷嘴，使喷枪出口气体达到超音速，喷吹气体的量每吨熔渣供气量60-100nm³。

其中步骤（4）采用余热利用装置回收余热和冷却微球。

其中步骤（5）的空心陶瓷微球分离使用旋涡分离器。

其中步骤（6）的磁化处理氧化性气氛固定加热炉、回转窑或沸腾加热炉中加热到500-950℃，加热时间在60-180min。

其中步骤（7）的实心陶瓷微球、细尘用于其它用途加以利用或细尘返回主系统。

下面用实施例进一步展开本发明。

实施例1：

1)调整熔渣温度到1450℃；

2)通过喷枪喷吹添加剂及熔渣，喷吹添加剂及熔渣的气体为压缩空气，压力为0.6mpa，每吨熔渣供气量60nm³；

3)添加剂中电石和石灰石的比例为1:1，经混磨粒径10um，添加剂供给量是熔渣量的1%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率60%以上；

5))经500℃磁性化处理，磁性化处理时间180min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-25um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为40emu/g。

实施例2：

1)调整熔渣温度到1460℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.7mpa，每吨熔渣供气量70nm³；

3)添加剂中电石和石灰石的比例为1:5，经混磨粒径25um，添加剂供给量是熔渣量的5%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率65%以上；

5)经600℃磁性化处理，磁性化处理时间160min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-25um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为50emu/g。

实施例3：

1)调整熔渣温度到1470℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.8mpa，每吨熔渣供气量70nm³；

3)添加剂中电石和石灰石的比例为1:10，经混磨粒径50um，添加剂供给量是熔渣量的10%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率70%以上；

5)经700℃磁性化处理，磁性化处理时间140min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-25um，磁性空心微球壁厚大约0.5-0.8um饱和磁化强度为60emu/g。

实施例4：

1)调整熔渣温度到1480℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.9mpa，每吨熔渣供气量80nm³；

3)添加剂中电石和石灰石的比例为10:1，经混磨粒径10um，添加剂供给量是熔渣量的1%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率80%以上；

5)经800℃磁性化处理，磁性化处理时间120min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为15-30um，磁性空心微球壁厚大约0.6-0.9um饱和磁化强度为60emu/g。

实施例5：

1)调整熔渣温度到1490℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为1.0mpa，每吨熔渣供气量80nm³；

3)添加剂中电石和石灰石的比例为10:5，经混磨粒径30um，添加剂供给量是熔渣量的5%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率60%以上；

5)经950℃磁性化处理，磁性化处理时间100min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-25um，磁性空心微球壁厚大约0.5-0.9um饱和磁化强度为55emu/g。

实施例6：

1)调整熔渣温度到1500℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣喷吹压缩空气压力为0.6mpa，每吨熔渣供气量70nm³；

3)添加剂中电石和石灰石的比例为1:1，经混磨粒径50um，添加剂供给量是熔渣量的10%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率60%以上；

5)经950℃磁性化处理，磁性化处理时间60min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-22um，磁性空心微球壁厚大约0.6-1um饱和磁化强度为60emu/g。

实施例7：

1)调整熔渣温度到1495℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.8mpa，每吨熔渣供气量80nm³；

3)添加电石，经研磨粒径50um，添加剂供给量是熔渣量的1%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率60%以上；

5)经800℃磁性化处理，磁性化处理时间80min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为15-25um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为45emu/g。

实施例8：

1)调整熔渣温度到1485℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.8mpa，每吨熔渣供气量90nm³；

3)添加电石，经研磨粒径30um，添加剂供给量是熔渣量的5%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率65%以上；

5)经750℃磁性化处理，磁性化处理时间100min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为15-25um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为60emu/g。

实施例9：

1)调整熔渣温度到1475℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.9mpa，每吨熔渣供气量100nm³；

3)添加电石，经研磨粒径10um，添加剂供给量是熔渣量的10%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率70%以上；

5)经650℃磁性化处理，磁性化处理时间120min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-20um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为55emu/g。

实施例10：

1)调整熔渣温度到1465℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为1.0mpa，每吨熔渣供气量90nm³；

3)添加石灰石，经研磨粒径10um，添加剂供给量是熔渣量的5%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率65%以上；

5)经550℃磁性化处理，磁性化处理时间180min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-28um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为60emu/g。

实施例11：

1)调整熔渣温度到1455℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.6mpa，每吨熔渣供气量100nm³；

3)添加石灰石，经研磨粒径30um，添加剂供给量是熔渣量的10%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率80%以上；

5)经950℃磁性化处理，磁性化处理时间100min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-20um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为57emu/g。

实施例12：

1)调整熔渣温度到1450℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.7mpa，每吨熔渣供气量80nm³；

3)添加石灰石，经研磨粒径50um，添加剂供给量是熔渣量的1%；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率60%以上；

5)经900℃磁性化处理，磁性化处理时间140min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为15-30um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为48emu/g。

实施例13：

1)调整熔渣温度到1500℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.8mpa，每吨熔渣供气量80nm³；

3)不加添加剂；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率65%以上；

5)经850℃磁性化处理，磁性化处理时间160min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-20um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为60emu/g。

实施例14：

1)调整熔渣温度到1450℃；

2)通过喷枪喷射添加剂粉末及熔渣，喷吹压缩空气压力为0.9mpa，每吨熔渣供气量100nm³；

3)未加添加剂；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率75%以上；

5)经750℃磁性化处理，磁性化处理时间180min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为15-30um，磁性空心微球壁厚大约0.5-1um饱和磁化强度为55emu/g。

实施例15：

1)调整熔渣温度到1480℃；

2)通过喷枪喷射熔渣，喷吹压缩空气压力为0.8mpa，每吨熔渣供气量60nm³；

3)未加添加剂；

4)经旋涡分离器分离，得到空心陶瓷微球，空心陶瓷微球的成球率75%以上；

5)经750℃磁性化处理，磁性化处理时间180min；

所得磁性空心陶瓷微球的外径为12-20um，磁性空心微球壁厚大约0.5-0.8um饱和磁化强度为50emu/g。