1、引言
　 　 鎳渣是鎳冶煉過程產(chǎn)生的固體廢渣，化學(xué)組成因鎳礦來源和冶煉工藝的不同而存在較大的差異，但所含主體元素為SiO2、Fe2O3、MgO和Al2O3等。水淬渣具有一定的化學(xué)活性，其他則化學(xué)活性較低。我國(guó)煉鎳工業(yè)每年產(chǎn)出冶煉廢渣160萬噸左右，歷史積累量已達(dá)數(shù)千萬噸。以金川公司為例，到2012年底已累計(jì)堆存約3300萬噸。目前，我國(guó)鎳渣主要處理方法是進(jìn)行堆積存放，不僅占用了大量的場(chǎng)地，而且還給環(huán)境造成了影響。鎳渣中含有SiO2、Fe、MgO、CaO、Al2O3及Ni、Cu、Co等有價(jià)元素，具有可觀的綜合利用價(jià)值。對(duì)鎳渣進(jìn)行資源化綜合利用，不僅可以使環(huán)境負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，而且可以消除由鎳渣積存對(duì)環(huán)境造成的影響，具有顯著的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。
　 　 2、綜合利用研究現(xiàn)狀
　 　 目前，我國(guó)煉鎳廢渣的利用途徑主要有以下幾個(gè)方面：
　 　 2.1 　用作井下充填膠結(jié)料
　 　 鎳渣用作井下充填膠結(jié)料主要是為了解決以熔融態(tài)鎳渣提鐵后產(chǎn)生的大量水淬二次渣的處理問題而進(jìn)行的研究，且研究和利用已經(jīng)較為成熟解決鎳渣活性低的方法是以脫硫石膏和電石渣為主激發(fā)劑，硫酸鈉及水泥為輔激發(fā)劑來發(fā)揮鎳渣的活性。
高術(shù)杰等研究了鎳渣在激發(fā)劑激發(fā)下的水化機(jī)理。結(jié)果表明： 膠凝物質(zhì)的產(chǎn)生一是反應(yīng)生成大量鈣礬石，二是由于鈣、鎂離子因[SiO4]4-和[AlO4]5-晶格的破壞而能直接參與反應(yīng)，并水化成含有鈣、鎂離子的水化硅鋁酸鹽凝膠。
　 　 以王佳佳、楊志強(qiáng)、李克慶為代表的三組研究人員研究了在滿足靜載強(qiáng)度條件下鎳渣、激發(fā)劑的最佳摻量，最佳細(xì)度及膠砂配比。綜合三組的研究成果可以得出結(jié)論：機(jī)械活化以磨細(xì)到比表面積分別為620 m2/kg的鎳渣尾礦、200 m2/kg的脫硫石膏、200 m2/kg的電石渣、300 m2/kg的水泥熟料，并以磨細(xì)后鎳渣、脫硫石膏、電石渣、硫酸鈉、水泥熟料按85%、5%、5%、3%、2%的配比作為膠凝材料，另外添加0.156%的高效減水劑以增強(qiáng)性能，再與棒磨砂以1:4的比例配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為79%的膠結(jié)料，所表現(xiàn)出的抗壓和抗折強(qiáng)度總體狀態(tài)，能可以滿足井下充填膠結(jié)體的強(qiáng)度要求。
　 　 張福利等通過試驗(yàn)驗(yàn)證了上述摻量及配比生產(chǎn)出的充填膠結(jié)料在靜載和動(dòng)載下的強(qiáng)度，結(jié)果表明，以1:4的膠砂配比制作的充填體在動(dòng)態(tài)加載條件下的28 d抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度分別比靜態(tài)加載條件下高57%、72%、127%。
　 　 2.2 　在建筑材料方面的運(yùn)用
　 　 2.2.1 用作水泥混凝土集料
　 　 單昌峰等研究發(fā)現(xiàn)鎳渣摻量為50%條件下，制成的混凝土試塊強(qiáng)度最高。摻加減水劑有利于增加鎳渣混凝土后期的強(qiáng)度，說明鎳渣的摻入對(duì)減水劑與混凝土的相適應(yīng)性沒有影響。
　 　 樊佳磊采用濕粉煤灰、鎳渣、石灰石的配料方案，在預(yù)分解窯水泥熟料生產(chǎn)線上生產(chǎn)出了高標(biāo)號(hào)水泥熟料，工業(yè)廢渣的摻配比例為25%。
朱長(zhǎng)慶在水泥熟料生產(chǎn)中將粘土-鐵礦石替換為濕粉煤灰-鎳渣，替換配料后，在原材料粉磨階段通過控制入磨粒度和粉磨細(xì)度等解決了入磨硅石難磨，物料粒徑大，粉煤灰水分高的問題，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
　 　 2.2.2用于生產(chǎn)水泥
　 　 費(fèi)文斌等以少量熟料作為激發(fā)劑，綜合利用銅鎳渣、礦渣、電石渣、煤矸石等工業(yè)廢渣作為主要的膠凝材料，進(jìn)行少熟料水泥的研究,結(jié)果表明是完全可行的。試驗(yàn)中銅鎳渣摻量達(dá)到30%。
　 　 劉玉峰等以濕粉煤灰-鎳渣配料替代粘土-鐵礦石配料,并用其它工業(yè)廢渣作為礦物摻合料，利用現(xiàn)代的窯外分解窯及大型中卸烘干磨生產(chǎn)P?C32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥，P?O32.5R普通硅酸鹽水泥及P?O42.5以上標(biāo)號(hào)水泥,取得了成功。
　 　 一些鎳渣因含氧化鎂過高而使在水泥行業(yè)的應(yīng)用受到限制。肖景波等對(duì)鎳渣降鎂工藝進(jìn)行了研究，在優(yōu)化工藝條件下鎂去除率在90%以上，可以將富鎂鎳渣中的氧化鎂有效控制在4%以下，使符合水泥行業(yè)技術(shù)要求。同時(shí)，利用脫鎂溶液制得了堿式碳酸鎂及氫氧化鎂產(chǎn)品，不僅解決了鎳渣在水泥行業(yè)的大宗量利用問題，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)其中鎂資源的綜合利用。
　 　 2.2.3用于生產(chǎn)建筑砌塊
　 　 鎳渣具有潛在活性，在激發(fā)劑的作用下可以作為膠凝材料，同時(shí)破碎分級(jí)后的鎳渣又可以作為粗、細(xì)集料，利用鎳渣這兩方面的特點(diǎn)可以提高生產(chǎn)建筑砌塊中高鎳渣的利用率。徐彬等制作的建筑砌塊中膠凝材料由5%的堿性激發(fā)劑、18%的校正劑以及77%的磨細(xì)鎳礦渣組成。該建筑砌塊中鎳礦渣摻量達(dá)94%，抗壓強(qiáng)度達(dá)28.9MPa。
　 　 2.2.4用于生產(chǎn)微晶玻璃
　 　 王忠杰等利用金川公司閃速爐溶煉后的水淬渣，按鎳渣：高爐礦渣：石英粉為25：75：10的配比混磨并以一定工藝研制出了鎳渣-高爐礦渣微晶玻璃。試驗(yàn)表明，以鎳渣、高爐礦渣為主要原料的微晶玻璃具有優(yōu)良的力學(xué)性能，同時(shí)具備耐酸、耐堿性能。
　 　 2.3分離提取金屬和非金屬元素
　 　 鎳渣中含有較高的Si、Fe、Mg、Al、Ni、Cu、Co等有價(jià)元素，目前主要通過采用酸堿聯(lián)合浸出法進(jìn)行浸出分離并制備相關(guān)化工產(chǎn)品。
　 　 肖景波等研究了以硫酸分解鎳渣，用氫氧化鈉處理酸浸殘?jiān)迫「叻稚⑿园滋亢冢伤峤鲆悍蛛x制備高純氧化鐵、氧化鐵工業(yè)顏料和鎳鈷精礦，并進(jìn)一步由分離鐵、鎳、鈷后酸浸出液制備氫氧化鎂工藝，實(shí)驗(yàn)確定了最佳工藝條件和工藝流程。研究結(jié)果證明，在優(yōu)化工藝條件下，鎳渣中鎂、鐵浸出率分別達(dá)到93.5%和83.1%，鎳、鈷浸出率分別達(dá)到97.3%和99.8%，二氧化硅堿浸出率達(dá)到95.2%。所制得的高純氧化鐵純度達(dá)到99.82%，氧化鐵紅工業(yè)顏料符合GB/T1863-2008標(biāo)準(zhǔn)。所得鎳鈷精礦含鎳22.7%，含鈷7%。所得白炭黑外觀呈微珠狀，具有良好的分散性，各項(xiàng)性能指標(biāo)符合綠色輪胎行業(yè)技術(shù)要求。為鎳渣的全元素、無害化綜合利用找到了一條切實(shí)可行的途徑。 　 　 　
　 　 王寧等研究出從鎳渣中回收硫酸鎳、硫酸銅、硫酸鈷的工藝。工藝用酸浸的方法將鎳渣中的鎳、銅、鈷元素以離子形式溶于酸液中，再進(jìn)行分離和提純，最終得到結(jié)晶脫水后的硫酸鎳、硫酸銅、硫酸鈷。
　 　 2.4其它利用途徑
　 　 提取Fe：
　 　 鎳渣中含有40%~55%的鐵,鎳渣提鐵被認(rèn)為是一種能直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的利用途徑?采用熔融還原提鐵工藝,以鎳渣和石墨粉為主要原料,在最佳工藝條件下,金屬化率和鐵回收率分別達(dá)到97.01%和96.58%,所得產(chǎn)品可直接用于電爐煉鋼?利用鎳渣生產(chǎn)微合金鐵工藝,對(duì)1300℃以上高溫鎳渣熔液進(jìn)行預(yù)處理,利用鎳渣的高溫能量,在出渣過程中向熔渣噴吹生石灰粉?煤粉等造渣材料,使鎳渣堿度達(dá)到1.0以上,在高溫條件下,形成部分CaO·SiO2渣液和鐵液,經(jīng)蔽渣器進(jìn)行渣鐵分離,同時(shí)對(duì)渣中的含鐵料再進(jìn)行磁選富集,然后作為煉鐵原料使用,可同時(shí)實(shí)現(xiàn)鎳渣中鐵與有價(jià)金屬元素(Ni?Co?Cr?Cu)的回收以及高溫熔融鎳渣的熱能利用?
　 　 制備鐵合金及耐蝕鋼:
以鎳渣為原料,生石灰為添加劑,焦炭和木炭為還原劑,利用工業(yè)水玻璃進(jìn)行造粒,采用混合加料法在小型直流電弧爐中進(jìn)行冶煉,調(diào)整還原劑與添加劑的比例,可制得合格硅鈣合金與硅鐵合金?
　 　 在高硅錳硅合金生產(chǎn)中,配入適量的具有較高M(jìn)gO的鎳渣調(diào)整渣型,爐況穩(wěn)定?爐渣粘度降低?出鐵口排渣順暢?渣中跑錳降低,可減少高CaO渣型對(duì)生產(chǎn)的不利影響,日產(chǎn)量提高7%?電耗降低8%?采用復(fù)合還原劑,當(dāng)爐渣堿度為1.1~37?冶煉電流為2500A?冶煉時(shí)間為25min時(shí),鎳渣中鐵的還原率可達(dá)95%以上,銅?鈷?鎳的還原率大于90%,可制得耐蝕鋼?
　 　 3、結(jié)語
　 　 綜上所述,火法煉鎳行業(yè)有大量的冶煉廢渣產(chǎn)生,其積存量的增加対環(huán)境造成了一定影響?但鎳渣中含有多種有價(jià)元素,對(duì)其進(jìn)行資源化利用,不僅能夠消除對(duì)環(huán)境的污染,而且還將創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益?多年來,我國(guó)有關(guān)鎳渣綜合利用技術(shù)的研究取得了一些進(jìn)展,為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ),積累了經(jīng)驗(yàn)?但客觀地講,目前我國(guó)鎳渣綜合利用產(chǎn)業(yè)化水平不高,因此,以現(xiàn)有研究成果為基礎(chǔ)進(jìn)一步展開深化研究,尤其是全元素,無害化綜合利用新技術(shù)研究和應(yīng)用研究,對(duì)我國(guó)煉鎳工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義?