利用镍渣制备层状结晶二硅酸钠的研究

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以水淬镍渣为代表的含铁、硅系废渣年排放量达1000万吨以上,然而我国镍渣的利用率较低、大量堆积在渣场,既造成资源浪费又污染环境。目前国内外的主要研究重点是火法回收其中的铁,但是该方法铁橄榄石的还原分解制铁比较困难,而且要求高温。因此本研究提出一种新的镍渣综合利用方法,即利用镍渣制备层状结晶二硅酸钠,以达到镍渣的充分利用和环境污染的最小化,并降低制备层状结晶二硅酸钠的原料成本。本研究主要得出以下结论:(1)采用高温氧化方法处理镍渣,探究镍渣氧化中各因素的影响,并通过表征分析研究镍渣氧化机理。镍渣的高温氧化阶段的条件为:氧化温度800℃、氧化时间5 h,细粒径镍渣的氧化率比粗粒径镍渣高,最高氧化率为97.1%。表征分析结果表明,镍渣原渣的主要物相是铁橄榄石,镍渣表面光滑,有少量块状结晶,铁橄榄石密集地堆积在一起;氧化后镍渣中的铁橄榄石分解成赤铁矿和石英,镍渣表面密集地团聚着三氧化二铁和二氧化硅的块状结晶。(2)采用碱溶出方法处理氧化后镍渣,探究各因素对SiO2溶出率的影响,并通过表征分析研究溶出机理。碱溶出镍渣中的SiO2阶段最佳工艺条件为:氧化温度800℃、固液比1:5、碱浓度250 g/L、溶出温度160℃、溶出时间80 min,Al2O3一定程度会降低SiO2浓度,最佳SiO2溶出率为细粒径85.4%,粗粒径83.2%。表征分析结果表明,碱溶出后的镍渣残渣中石英的特征峰消失,赤铁矿的特征峰无变化,镍渣形成了大量孔隙,且颗粒变小。(3)利用含SiO2的碱溶液制备层状结晶二硅酸钠,测定其性能,并通过表征分析探究其微观特征。制备工艺为:调模-干燥-煅烧,工艺参数为:模数2.0,助剂KCl添加量n(K):n(Si)=0.0015,振荡反应温度和时间分别为35℃、2 h,干燥温度和时间分别为160℃、2.5 h,煅烧结晶温度和时间分别为700℃、30 min。表征分析结果表明,制备的层状结晶二硅酸钠中δ相为主要物相,且结晶度较高,呈层状和片状,是一种不规则层状晶体,钙镁交换容量分别为366 mg/g和404 mg/g,大于国家标准值,相比市场上常见的产品,制备的层状结晶二硅酸钠性能稳定良好,且不含二次污染。本研究利用镍渣中的硅组分制备层状结晶二硅酸钠,既减少了原料成本,又为镍渣的综合利用提出了一种途径,且处理工艺简单易操作,制备出的层状结晶二硅酸钠具有良好的钙镁交换能力,应用前景广阔。
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