一种利用镍渣提铁和制备纤维的方法

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。

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℃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；

其中，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℃，其主要成分的质量分数为SiO230～50%，Fe2O310～50%，Al2O32～10%，MgO1～15%，CaO1～15%；

其中，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1～30%；

或，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1～30%；

其中，所述的加入添加剂之后的熔融混合物温度为900～1700℃，其温度是在调温炉中调节。

2.如权利要求1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。

3.如权利要求1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%。

4.如权利要求1～3任一所述的方法，其特征在于，所述的喷吹是在加压0.5～1.5MPa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～

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/min。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述无机纤维的直径在0.001mm～10mm，长径比为10～2000。

说明书

一种利用镍渣提铁和制备纤维的方法

技术领域

[0001] 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

[0002] 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Fe2O3、SiO2为主要成分，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℃，含有大量的显热。

[0003] 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1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SiO2、Fe2O3、CaO、Al2O3，少量Cu、Ni、S等。

[0004] 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

[0005] 要解决的技术问题：

[0006] 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。

[0007] 为实现本发明目的技术方案为：

[0008] 一种利用镍渣提铁及制备纤维的方法，在温度1400～1550℃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)。

[0009] 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℃；其主要成分的质量分数为SiO2 30～50％，Fe2O3 10～50％，Al2O3 2～10％，MgO 1～15％，CaO 1～15％。

[0010] 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。

[0011] 其中，所述辅料为CaO，加入的质量占镍渣质量5～30％。

[0012] 其中，所述加入的添加剂是含Al2O3或同时含SiO2、Al2O3的物质。

[0013] 其中，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1～30％。

[0014] 其中，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1～30％。

[0015] 其中，所述的加入添加剂之后的熔融混合物温度为900～1700℃，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。

[0016] 其中，所述的喷吹是在加压0.5～1.5MPa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，甩丝辊转速为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/min。

[0017] 其中，所述无机纤维的直径在0.001mm～10mm，长径比为10～2000。

[0018] 本发明的有益效果在于：

[0019] 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。

[0020] 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。

附图说明

[0021] 图1是本发明实施例1制备得到的无机镍渣纤维的显微镜下的照片。

[0022] 图2是本发明实施例1制备得到的无机镍渣纤维的实物照片。

具体实施方式

[0023] 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。

[0024] 实施例1

[0025] 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％，Fe2O339.1％，MgO含量为2.0％，CaO为4.5％，Al2O3为6.4％，其余为少量的Cu、Ni、S等。

[0026] 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℃，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Al2O341％)，将混合物加入到调温炉中，控制温度到1300℃。采用高速空气喷吹法，在1.5MPa的压力下喷吹，得到无机镍渣纤维，该纤维平均直径为
5.0μm，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℃～800℃，是良好的耐火保温材料。

[0027] 实施例2

[0028] 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％，Fe2O329.7％，MgO含量为9.7％，CaO为5.0％，Al2O3为5.8％，其余为少量的Cu、Ni、S等。

[0029] 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℃，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Al2O350％)，将混合物加入到调温炉中，控制温度到1500℃。采用高速空气喷吹法，在1.25MPa的压力下喷吹，得到无机镍渣纤维，该纤维平均直径为5.4μm，长径比在10～2000。

[0030] 实施例3

[0031] 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％，Fe2O339.7％，MgO含量为3.7％，CaO为3.5％，Al2O3为2.8％，其余为少量的Cu、Ni、S。

[0032] 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℃，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Al2O330％，SiO250％)，将混合物加入到调温炉中，控制温度到1300℃。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5.9μm，长径比在500～2000。

[0033] 实施例4

[0034] 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％，Fe2O329.7％，MgO含量为12.7％，CaO为3.5％，Al2O3为8.8％，其余为少量的Cu、Ni、S等。

[0035] 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℃，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Al2O330％，SiO250％)，将混合物加入到调温炉中，控制温度到1700℃。使用甩丝法得到纤维，甩丝辊转速10000r/min。得到的无机纤维平均直径为7.0μm，长径比在10～2000。

[0036] 实施例5

[0037] 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Al2O370％)，将混合物加入到调温炉中，控制温度到900℃。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4.0μm，长径比10～2000。