요약: 니켈 야금 찌꺼기는 중요한 2 차 자원으로서 철 니켈 구리 등 유가 금속을 함유하고 있다. 니켈에 대한 수요가 증가함에 따라 점점 더 많은 니켈찌꺼기가 배출된다. 합리적으로 이용할 수 없다면, 자원을 낭비할 뿐만 아니라 환경도 오염시킬 수 있다. 이 글은 니켈 야금 찌꺼기 자원화 이용 현황을 분석하고, 진일보한 자원화 이용의 방향을 검토하였다.

키워드: 니켈 야금 슬래그; 자원 활용 귀금속 건축 자재

우리나라의 유색금속에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 유색야금 난로 찌꺼기의 양도 해마다 증가하고 있다. 이러한 제련 폐기물은 적절하게 활용되지 않아 대량의 토지 자원을 점유할 뿐만 아니라 환경에 잠재적인 위협을 초래하여 지속 가능한 발전에 불리하다. 따라서 유색 야금 찌꺼기의 자원화 이용은 매우 중요하다. 중국은 세계에서 니켈 자원 소비가 가장 많은 나라입니다. 생산 1t 니켈마다 부스러기 약 6~ 16t 가 필요합니다. 김천그룹 니켈 야금 찌꺼기 더미만 4000 만 톤에 달하며 매년 약 200 만 톤 [1-3] 을 추가한다. 니켈 찌꺼기는 광석 유형과 제련 공예에 따라 성분의 차이가 매우 크다. 김천 니켈 플래시 찌꺼기의 상 구성을 예로 들면, 주로 산화철, 산화 실리콘, 산화 칼슘, 산화 마그네슘으로 이루어져 있으며, 찌꺼기에는 약 40% 의 철분이 함유되어 있으며, 니켈, 구리, 코발트 등 유색 금속 원소도 일정량 함유되어 있다. 철은 주로 철감람석 형태로 존재하며, 감람석은 무정형 유리로 채워져 니켈과 황의 큰 알갱이 기계와 혼합된다 [4]. 니켈 찌꺼기의 처리는 이미 니켈 제련 과정의 중요한 공정이 되었다. 니켈 제련 과정이 순조롭게 진행되고 난로 찌꺼기 배출, 토지 점유, 환경오염 등의 문제를 해결할 수 있도록 이러한 2 차 자원을 정확하고 효율적으로 회수하고 재활용하는 방법은 니켈 야금 발전의 순환경제의 주요 문제가 되었다. 이 글은 니켈 찌꺼기의 자원화 이용 현황을 총괄하여 서술하였다. 재사용의 주요 연구는 유가 금속 추출, 충전재로 사용, 유리-세라믹 제작, 건축 자재 생산 [5-7] 입니다.

1. 니켈 슬래그 자원 활용 현황

1..1유가 금속 추출

위니 [8] 등은 코크스를 환원제로, 플래시 용광로에서 용융 환원법을 사용하여 물 니켈 찌꺼기에서 유가 철을 추출하고 다양한 알칼리도, 복원 온도, 복원 시간이 철 추출율에 미치는 영향에 대해 논의했다. 그 결과, 난로 찌꺼기 65438±000g, Cao 34.7g, Cao 4.04g, 코크스 8.5g, 용융 온도 65438 0500 C, 복원 시간 65438±080min, 철 복원률이 96.32% 에 달하는 것으로 나타났다. 왕시원 [9] 등은 니켈 찌꺼기, 산화 칼슘, 초가루를 탄소 구단으로 만들어 심도 있는 복원을 하고 철 니켈 구리 등 유가 금속을 회수한다. 결과는 알칼리도가 유가 금속의 회수율에 영향을 미친다는 것을 보여준다. 알칼리도를 적절히 높이면 금속상의 성장을 촉진하고 형태 구조를 변화시켜 후속 분리에 도움이 된다. 알칼리도가 너무 높으면 금속상에 불순물이 생길 수 있다. 알칼리도가 1.0 으로 결정되면 철, 구리, 니켈의 회수율은 각각 965438 입니다. 니켈 찌꺼기 속의 철은 깊이 복원된 후 금속철로 존재하며, 니켈과 구리는 주로 철과의 고용체 형태로 존재한다. 육설봉 [10] 등은 직접 만든 소형 DC 전기로를 이용해 니켈 찌꺼기에서 실리콘 칼슘 합금을 회수하고, 코크스와 복원제를 사용하여 니켈 찌꺼기, 생석회, 복원제의 비율을 조절하면 해당 실리콘 칼슘 합금을 얻을 수 있다. 소경파 [1 1] 등은 니켈 찌꺼기에서 철 니켈 마그네슘을 회수한다. 실험 과정에서 니켈 찌꺼기는 산산조각 난 후 산으로 침출하고, 산 침출액에 산화제와 pH 조절제를 넣어 철침전을 생성하고, 철침전을 분리한 후 황산반응과 함께 황산철 용액을 생성한다. 정련한 후 산화침전법으로 고순철 침전을 얻었다. 철 침전 용액에 황화물을 첨가하여 황화 니켈 침전을 생성하고 분리, 세척, 건조시켜 니켈 정광을 얻는다. 니켈 추출액에 첨가제 LN 을 넣어 불순물을 제거하고 정제 황산 마그네슘 용액과 암모니아수 반응에 수산화마그네슘 제품을 준비한다.

1.2 충전재 생산

니켈 찌꺼기를 지하 충전재로 이용하는 기술이 성숙해 니켈 찌꺼기의 자원화 문제를 해결했을 뿐만 아니라 시멘트 생산 과정에서 충전비용, 시멘트 소비 및 환경오염을 줄였다. 현재 물 담금질재를 충전재로 사용하는 관건은 활성 찌꺼기를 자극하여 기계적 자극과 화학적 자극으로 나누는 것이다. 전통적인 기계 자극은 일반 기계 볼 밀링을 사용하여 물리적 테셀레이션을 수행하고, 고에너지 볼 밀링은 광산 찌꺼기를 빠르게 다듬고, 표면적을 늘리고, 수화 반응 표면을 늘리고, 재료의 물리적 화학적 활성화를 높일 수 있다. 고에너지 볼 밀링 후 니켈 찌꺼기의 압축 강도가 현저히 높아질 것이다. 화학자극은 자극제와 광산 찌꺼기 사이의 화학반응을 이용하여 수경성 겔화 성능을 가진 물질을 만들어 광산 찌꺼기의 활성화를 높인다. 황산염과 탄산염은 주로 활성화제로 쓰인다. 양지강 [12] 등은 기계적 활성화와 화학적 활성화로 실험 연구를 진행했다.

그 결과 기계 활성화 니켈 찌꺼기, 탈황 석고, 전석 찌꺼기, 시멘트 숙료의 최적 비 표면적은 각각 620, 200, 200, 300 m2/kg 로 나타났다. 화학활성화는 탈황 석고와 전석 찌꺼기를 위주로 황산나트륨과 시멘트 숙료를 보조한다. 앞의 두 비율이 같고 각각 총량의 5% 를 차지할 때 니켈 찌꺼기 충전체의 강도가 가장 높다. 3% 황산나트륨과 2% 시멘트 숙료를 첨가하면 자극 효과를 높일 수 있다. 0. 156% PC 고인 화제 추가,1:4, 슬러리 농도가 79% 인 충전재는 광산의 충전체에 대한 강도 요구 사항을 완벽하게 충족하며, 시멘트를 대체하여 김천 광산 인계충전 채굴에 사용할 수 있습니다. 고 [13] 등은 물을 이용하여 2 차 니켈 찌꺼기를 이용하여 광산 충전재를 준비하고, 탈황 석고와 전석 찌꺼기를 이용하여 대량의 수화 산물을 만들어 충전 강도가 높다. 그 결과, 탈황고와 전석 찌꺼기의 비율은1:1으로 소량의 황산나트륨과 시멘트 숙료와 혼합해 복합활성제를 만들어 좋은 자극효과를 보이는 것으로 나타났다.

1.3 고 부가가치 유리 제조

유리-세라믹과 발포 유리는 모두 고부가가치 유리이다. 유리-세라믹은 유리와 세라믹의 이중 특성을 가지고 있으며, 밝기는 세라믹보다 높고 인성은 유리보다 강하다. 거품 유리는 타지 않고, 변형되지 않고, 열 성능이 안정적이며, 기계적 강도가 높고, 가공하기 쉽다는 장점이 있다. 왕아리 [14] 등은 니켈 찌꺼기 용융 제철 폐기물로 유리 세라믹을 준비하는 것을 연구했다. 균일화 → 정화 → 주입 → 결정화 → 어닐링 → 연삭 → 연마를 통해 건축 장식의 국가 표준에 맞는 미정 질 유리를 만들어 최적의 원료 비율을 확정했다. 풍진철 [15] 등은 니켈 찌꺼기와 폐유리를 주원료로 탄산나트륨을 발포제로 넣어 거품유리를 굽는다. 탄산나트륨 첨가량, 발포온도, 보온시간이 거품유리의 품질에 미치는 영향에 대해 논의했다. 그 결과 니켈 찌꺼기와 폐유리의 질량점수가 각각 20%, 80%, 탄산나트륨 발포제 5 ~ 7%, 붕산 안정제 2%, 붕사 용제 2% 를 넣으면 870 C 의 총 다공성은 85.66438+0h 로 나타났다.

1.4 건축 자재 생산

니켈 찌꺼기의 주성분은 실리카, 산화 알루미늄, 산화철이다. 니켈 찌꺼기를 이용하여 규산염 시멘트를 생산하면 점토와 철분을 부분적으로 대체하여 에너지 소비를 줄일 수 있다. 니켈 찌꺼기 중 소량의 니켈, 구리, 코발트 등의 원소는 숙료의 최소 액상융점과 점도를 낮추고, 연소성을 개선하고, 숙료 광물 형성을 촉진하는 데 긍정적인 작용을 한다. 오양 [16] 등은 철분 가루 대신 니켈 찌꺼기를 사용하여 도로 실리콘 시멘트를 준비하고, 합리적인 비율을 통해 C3S, C2S, C4AF 를 주요 광물로 하는 도로 실리콘 시멘트 숙료를 준비했다. 강도, 광물 구성, 안전 등의 성능은 모두 국가 표준에 부합한다. 최적 조건은 니켈 찌꺼기의 도핑량 (질량점수) 은 10%, 소성 온도는1370 C 입니다. 왕순상 [17] 등은 니켈 찌꺼기의 다양한 세도와 함량이 실리콘 시멘트의 수화 특성에 미치는 영향에 대해 논의했다. 그 결과, 니켈 찌꺼기 함량이 증가함에 따라 그라우트 응결 시간이 길어지고 수화 발열 반응이 줄고 경화 시멘트 모르타르의 압축 강도와 접힘 강도가 높아진 것으로 나타났다. 반대로, 니켈 찌꺼기의 세밀함이 증가함에 따라, 상술한 영향은 개선될 수 있으며, 경화 그라우트의 구조가 치밀화되는 데 도움이 된다. 니켈 찌꺼기는 콘크리트 혼화제와 골재로 사용되어 콘크리트의 강도를 높일 수 있다. 또한 니켈 찌꺼기는 구조가 촘촘하고 금속 함량이 높으며 올리브석이 많이 함유되어 있어 니켈 찌꺼기의 경도가 높아 니켈 찌꺼기가 섞인 콘크리트의 내마모성을 높인다. 이호 [18] 등은 니켈 찌꺼기 함량이 콘크리트의 내마모성에 미치는 영향을 연구했다. 니켈 찌꺼기 분말, 연탄가루, 니켈 찌꺼기가 콘크리트에 섞여 있을 때 10%, 10%, 40% 를 섞으면 콘크리트의 내마모성이 가장 좋습니다. 정천정 [19] 등은 니켈 찌꺼기 함량이 콘크리트의 압축 강도에 미치는 영향을 연구했다. 니켈 찌꺼기 함량이 20% 이면 콘크리트의 압축 강도가 가장 높고 니켈 찌꺼기 함량이 50% 이면 콘크리트의 압축 강도가 가장 적다.

2. 발전 추세

자원 활용률이 낮고, 자원 부족, 산업 구조가 불합리하다는 것은 이미 우리 경제사회의 발전을 제한하는 전략적 문제가 되었다. 우리나라 광산자원의 현황에 따르면 니켈 찌꺼기에 포함된 주요 금속은 철이기 때문에 철을 주요 자원으로 추출하여 자원화 이용을 해야 하며, 우리나라 철광자원의 압력을 완화할 수 있을 뿐만 아니라, 지속 가능한 발전에 유리하며, 기업의 이익을 증가시킬 수 있다. 철 추출 후 2 차 찌꺼기는 유리-세라믹, 충전재 등 건축 자재를 준비하는 데도 사용할 수 있어 니켈 찌꺼기 자원이 충분히 활용된다.

3. 결론

니켈 찌꺼기는 중요한 2 차 자원으로서 철 니켈 코발트 구리 등 귀중한 원소를 함유하고 있다. 그리고 단순히 유가금속을 추출하는 경제성이 제한되어 2 차 찌꺼기 폐기 문제가 있다. 비금속 자원을 간단하게 처리하여 가치 있는 금속 원소의 낭비를 초래하다. 따라서 비금속 자원으로 유가 금속을 추출한 후 2 차 찌꺼기를 처리하면 니켈 찌꺼기의 효율과 생태 이용에 더 유리하다.

참고

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곽아광, 주영, 배충업 등. 용융 환원법은 니켈 찌꺼기에서 철을 추출하는 역학 [J]. 중국 유색야금, 2017,46 (5): 75-80.

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