林智涛 麦俊明

（广东省建筑材料研究院有限公司）

0 引言

镍铁废渣作为不锈钢生产过程中不可避免的废弃物，堆积的越来越多[1]。阳江市作为我国的不锈钢生产基地，正面临着镍铁废渣大量堆积、造成污染环境的问题，每年约有300万吨的镍铁废渣被排出，而仅有13%的镍铁废渣得到了利用，大量的废渣堆积在尾矿库里，造成了土壤和水污染[2-5]。

国内部分企业尝试采用镍铁废渣制备机制砂，并与当地的混凝土搅拌站合作，替代了部分的河砂，就地实现镍铁废渣的资源化利用，取得了良好的效果，正逐步实现其镍铁废渣的100%资源化利用，此外还有部分企业采用镍铁废渣制备镍渣微粉用作镍渣混合材，也取得了很好的效果[6]。然而镍铁废渣在实际应用过程中仍存在重金属溶出的问题，目前却鲜有研究人员报道[7-9]，本文主要针对镍铁废渣在实际应用过程中几种常规预处理工艺进行研究，探究预处理工艺对镍铁废渣的重金属溶出的影响，为镍铁废渣预处理工艺的调整提供参考。

1 实验

1.1 原材料

镍铁废渣来自广东某镍铁冶炼厂，利用100目筛进行筛分，其基本组成见表1；无机外加剂、NaOH、Na2SO4为国药集团购买（AR）。

表1 镍铁废渣的基本组成

1.2 试验方法

采用X射线衍射仪(XRD)测定镍铁废渣的主要矿物组成；镍铁废渣采用微波消解仪消解然后采用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP)测试各种重金属的含量。

2 结果与讨论

2.1 XRD分析

镍铁废渣的形成工艺采用水冷，XRD谱如图1所示。由图1可知，镍铁废渣主要由Mg2SiO4、Fe2SiO4、Fe2O3和SiO2组成，在5°～15°的区间内存在馒头状的峰，这一般是非晶玻璃态的物质所特有的峰，这说明镍铁废渣内存在玻璃相，可能会存在重金属氧化物。

图1 镍铁废渣的XRD图谱

2.2 重金属含量

将镍铁废渣粉磨至比表面积约400m2/㎏后测定其重金属含量，其结果如表2所示。

表2 镍铁废渣重金属浸出浓度 (mg/L)

镍渣微粉中As、Pb、Cr、Zn和Ni重金属浸出浓度均低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》标准限值。因此，从镍铁废渣浸出特性上看，其属于一般工业固体废弃物，不属于危险固废。

2.3 活性激发剂对镍铁废渣重金属含量的影响

以无机外加剂、NaOH和Na2SO4为活性激发剂，掺量按镍铁废渣质量百分比计算，重金属浸出浓度结果如表3和图2所示。

表3 活性激发剂对镍铁废渣重金属含量的影响

由图2中可以看出，不同的活性激发剂对镍铁废渣的重金属浸出有较大影响。在添加无机外加剂为活性激发剂后，重金属Cd在添加少量时呈现未检出状态（0.0001mg/L），但是当添加量达到4%时，重金属Cd能被检出（0.0028mg/L）,这说明无机外加剂的加入可以诱使重金属Cd的溶出，分析其原因，Cd在镍铁废渣中基本存在于固溶体中，无机外加剂的加入，可以释放出更多的金属离子，用以置换出固溶体中的Cd；重金属Cr、Pb和Mn受到无机外加剂的影响呈上升趋势，无机外加剂的添加量越大，重金属Cr、Pb和Mn的浸出量越大，这说明无机外加剂对重金属Cr、Pb和Mn的浸出量影响较大，因此我们要关注在应用过程中，无机外加剂对重金属Cr、Pb和Mn的浸出的影响。NaOH和Na2SO4作为碱性激发剂对重金属浸出的影响更大，首先，由于其都具有金属Na离子，Na离子的活性高，更容易置换出固溶体中的重金属，加速了重金属的浸出；第二，NaOH作为强碱，对整个胶凝材料的pH有着重要的影响，在碱性环境中更容易浸出的Pb和Cu得到了更高的浸出。

图2 活性激发剂对镍铁废渣重金属含量的影响

2.4 研磨时间对镍铁废渣重金属浸出量的影响

机械粉磨是最常见的一种预处理方法，在实际生产中被用来生产粉末状的材料。镍铁废渣经过机械粉磨后，可被磨成粉末状，用于生产水泥等建筑材料。研磨时间作为影响镍铁废渣粒径的重要因素经常被用来表征镍铁废渣的耐磨性，本文主要研究研磨时间对镍铁废渣重金属浸出量的影响。

表4和图3可知，镍铁废渣的比表面积随粉磨时间的增加逐渐增大，但增长幅度逐渐减小，50min后趋于稳定；与此同时，镍铁废渣的80μm筛余随着粉磨时间的延长而表笑，变化幅度减小，50min后趋于稳定。这说明镍铁废渣的易磨性较差，长时间的粉磨有可能会导致镍铁废渣中重金属溶出的变化。

图3 研磨时间对镍铁废渣比表面积和80μm筛余的影响

由图4可知，随着粉磨时间的增加，重金属Zn和Mn的浸出量逐渐增大，当粉磨时间到达40min时，重金属Zn和Mn的浸出量相较于前30min增加的幅度较大，数倍于前30min的浸出量，结合粉磨时间对镍铁废渣比表面积和80μm筛余的影响来分析，粉磨时间大于等于40min时，镍铁废渣的比表面积和80μm筛余均到达拐点。

图4 粉磨时间对镍铁废渣重金属浸出含量的影响

从图5可以发现，除了Cd和Ni以外，其他重金属浸出基本呈上升趋势，这说明粉磨时间的增加可以加强重金属的浸出能力。粉磨时间的增加不单单是细度和比表面积的增大，在粉磨过程中的发热或导致镍铁废渣的结构重组，因此导致重金属更易被浸出。重金属Cr、Cu、Pb、Zn和Mn均在粉磨时间为70min时达到最大值，而40～50min的时间段除了Mn和Zn，其他重金属均有下降的趋势，参照比表面积和80μm筛余，考虑到重金属的浸出和生产能耗，建议控制粉磨时间为50min。

图5 粉磨时间对镍铁废渣重金属浸出的影响（分元素）

综上所述，在机械粉磨过程中并不是粉磨时间越长越好，在实际应用过程中，考虑到生产能耗、设备磨损、重金属浸出的问题，选择一个合适的粉磨时间对镍铁废渣的应用更加有利。

3 结论

本实验研究镍铁废渣预处理工艺对其重金属溶出的影响，对现有的镍铁废渣预处理工艺进行优化，并选择化学激活、机械粉磨两种不同的预处理方式对镍铁废渣进行预处理，分析经过不同预处理后的镍铁废渣的重金属分布及溶出情况，评价预处工艺对于镍铁废渣中重金属溶出及分布的影响，主要得出如下结论：

⑴以无机外加剂、NaOH和Na2SO4为活性激发剂对镍铁废渣进行活性剂发后，镍铁废渣的重金属浸出量明显增大，无机外加剂对重金属Cr、Pb和Mn的浸出量影响较大，NaOH对重金属Pb和Cu的浸出有着显著的增大。

⑵除了Cd和Ni以外，其他重金属浸出基本呈上升趋势，这说明粉磨时间的增加可以加强重金属的浸出能力，参照比表面积和80μm筛余，考虑到重金属的浸出和生产能耗，建议50min为最佳粉磨时间。