CN113174456A - 一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法，主要包括以下步骤：将高铁赤泥与还原剂、造渣剂、萤石混合；将混合后的原料加入到还原炉熔池内，进行还原反应，还原过程中顶部喷吹富氧空气和燃气，底部喷吹还原气体和氧气的混合气体；经底顶复合吹熔融还原得到低硫低磷生铁和还原渣，热态还原渣经调质、离心、拉丝成纤制备岩棉产品。利用本发明的底顶复合吹熔融还原，可实现高铁赤泥连续还原，直接获得低残留高品质生铁产品，铁的还原率达到95％以上，同时氧化钠的回收率达到70％以上。

Description

一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法
技术领域
本发明属于拜耳法赤泥综合利用领域，具体涉及一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法。
背景技术
中国是氧化铝大国，我国每年氧化铝产量达到7000万吨以上，排放赤泥1亿吨以上。随着中国铝资源的枯竭，我国每年需进口大量的高铁三水铝石矿生产氧化铝，目前，我国50％的氧化铝生产采用高铁三水铝石矿为原料进行生产，每年的高铁赤泥排放量在6000万吨以上，而其中含有30％～50％的氧化铁。
对于高铁拜耳法赤泥综合利用，国内相关科研人员进行了大量的研究工作，如申请号为201611142386.5的“一种以高铁赤泥为基体的铁水脱硅剂及其使用方法”的专利公开了一种以高铁赤泥为基体的铁水脱硅剂及使用方法，所述的脱硅剂其组成为质量百分比70％～90％的高铁赤泥和10％～25％的镁渣，控制脱硅剂二元碱度0.6～1.2之间。使用方法为高炉出铁前或出铁时，将干燥的铁水脱硅剂按照每吨铁水20～40kg/t的加入量加入到铁水罐中。
申请号为201810711375.7的“一种综合处理磷石膏、高铁赤泥与粉煤灰的工艺”的专利，其步骤包括：1)将磷石膏、高铁赤泥、粉煤灰、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，控制生料中磷石膏、高铁赤泥和粉煤灰的重量比为1:0.3-0.8:0.2-0.7，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和Al2O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的10-20％；将生料送入窑内焙烧，制得熟料；2)将步骤1)制得的熟料研磨后溶出，并进行固液分离即可。
申请号为201810481559.9的“一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法”的专利，将高铁赤泥配制成浆液，表面更新后，再将铝灰加入，水热条件下反应，表面磁化赤泥中赤铁矿；再通过物理分选的方法，回收其中含铁矿相，并使赤泥中铝和碱组分转化为铝酸钠溶液。固液分离后，铝酸钠溶液用于生产氧化铝，从而高值化利用了铝组分。
上述方法虽然可以实现赤泥中铁/铝等多组分的利用，但多存在不能直接获得生铁产品，或者还原生铁过程需要铁浴等辅助手段以及无法实现赤泥大规模消纳等问题。
发明内容
本发明针对现有高铁拜耳法赤泥利用技术存在的不足，提出一种底顶复合吹熔融还原处理高铁赤泥，获得低残留高品质生铁产品，回收氧化钠的方法。
本发明的技术方案按以下步骤进行：
(1)将高铁赤泥(三水铝石矿和一水铝石矿产生的赤泥)与还原剂、造渣剂、萤石混合，其中还原剂为粉煤、焦炭或废阴极碳块中的一种或几种以任意比例混合的混合物，还原剂中的碳与高铁赤泥中氧化铁的摩尔比为(1.5～6.5):1；所述造渣剂即为钙源，是石灰石、熟石灰或电石渣中的一种或几种以任意比例混合的混合物，钙源中氧化钙与高铁赤泥中氧化硅和氧化铝质量之和的比为(0.8～1.5):1；萤石添加量为氧化钙量的8％～15％。
(2)将混合料由涡流加料口加入到炉内涡流区，并在机械搅拌形成的涡流下卷入熔池，进行连续加料熔融还原处理。还原过程温度为1450～1700℃，时间为20～140min。
还原过程中同时采用顶部喷吹富氧空气和燃气，底部喷吹还原气体和氧气的混合气体对熔体进行强化还原熔炼。其中还原气体为氢气、一氧化碳或天然气中的一种或几种以任意比例混合的混合气体，还原气体与氧气的混合比例为其中的CO、H2或(CO+H2)与O2摩尔比为(0.2～1.8):1，或者天然气中CH4与O2的摩尔比(1～2):1。
还原过程主要反应如下：
3H2+Fe2O3＝3H2O+2Fe
3C+Fe2O3＝3CO+2Fe
3CO+Fe2O3＝3CO2+2Fe
CH4+Fe2O3＝CO2+2H2O+2Fe
高铁赤泥中的氧化钠经还原后在烟气中富集，在烟道口进行回收。
(3)经底顶复合吹熔融还原得到低硫低磷生铁和还原渣(即熔融渣)，热态还原渣经调质、离心成纤制备岩棉产品。所述的低硫低磷具体为，满足硫<0.05％，磷<0.05％，低于L03优质炼钢生铁硫(小于等于0.07％)、磷(<0.1％)含量的要求。
与现有的高铁赤泥利用相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)利用底顶复合喷吹熔融还原实现高铁赤泥连续还原，直接获得低残留高品质生铁产品；采用本发明方法高铁赤泥中铁的还原率达到95％以上，同时以烟气形式回收的氧化钠的收率达到70％以上。
(2)熔融还原过程中顶部喷吹富氧空气和燃气，同时熔融还原产生的CO烟气在富氧空气作用充分燃烧对熔池进行补热，保持熔池热平衡，实现了能量的充分利用，降低了能耗。
(3)采用机械搅拌和气体喷吹搅拌耦合形成的涡流，可以快速卷吸物料，强化物料的弥散，加速还原效率。
(4)还原渣经调质可用于制备岩棉等产品或水淬作为水泥原料，实现了高铁赤泥中多组分的高值化利用。
附图说明
图1为本发明方法采用的处理高铁赤泥的底顶复合吹炼熔池还原炉；其中1-原料加入口，2-涡流区，3,4,5,6,7-顶吹喷枪，8-尾气排放口，9-出渣口，10-出铁口，11,12,13,14,15-底吹喷枪。
具体实施方式
本发明实施例1～3的采用的处理高铁赤泥的底顶复合吹炼熔池还原炉结构如图1所示。
本发明实施例所采用的高铁赤泥主要成分为：Fe2O341.63％，Al2O317.25％，SiO210.20％，TiO28.50％，Na2O6.50％，CaO1.61％及其它物质；
所采用的还原剂粉煤的主要成分为：固定碳69.17％，灰分11.13％，挥发分19.42％；
所采用的还原剂焦炭的主要成分为：固定碳84.5％，灰分12.1％，挥发分2.3％；
所采用的还原剂阴极炭块的主要成分为：固定碳52.1％，灰分37.2％，挥发分9.1％；
所采用的石灰中有效CaO含量为80％，其余成分为SiO2及其它物质；
所采用的萤石中CaF2含量为86％，其余成分为Al2O3、SiO2及其它物质。
本发明所述的生产内容不局限于采用该类原料，如还原剂还可以采用煤粉代替，并降低萤石用量；石灰也可以采用碳酸钙或电石冶炼废渣替代。
实施例1
一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法，包括以下步骤：
(1)将高铁赤泥与还原剂、石灰石、萤石混合，其中还原剂为焦炭，还原剂中的碳与高铁赤泥中氧化铁的摩尔比为1.5:1；添加的石灰石中氧化钙与高铁赤泥中氧化硅和氧化铝质量之和的比为1.5:1；萤石添加量为氧化钙量的8％。
(2)将混合料由涡流加料口加入到炉内涡流区，并在机械搅拌形成的涡流下卷入熔池，进行连续加料熔融还原处理。还原过程温度为1650℃，时间为30min。
还原过程采用CO与O2的混合气体从还原炉底部吹入，其中CO与O2摩尔比为0.2:1；从顶部吹入富氧空气和燃气保证还原释放的CO得到充分燃烧以保证炉内热平衡。
(3)经底顶复合吹熔融还原得到低硫低磷生铁和熔融渣，热态还原渣经调质、离心成纤用于制备岩棉产品。本实施例中，高铁赤泥中的铁的还原率为96.5％，同时以烟气形式回收的氧化钠的收率为80％。
实施例2
一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法，包括以下步骤：
(1)将高铁赤泥与还原剂、石灰石、萤石混合，其中还原剂为粉煤，还原剂中的碳与高铁赤泥中氧化铁的摩尔比为6.5:1；添加的石灰石中氧化钙与高铁赤泥中氧化硅和氧化铝质量之和的比为0.8:1；萤石添加量为氧化钙添加量的15％。
(2)将混合料由涡流加料口加入到炉内涡流区，并在机械搅拌形成的涡流下卷入熔池，进行连续加料熔融还原处理。还原过程温度为1450℃，时间为140min。
还原过程采用CO与O2的混合气体从还原炉底部吹入，其中CO与O2摩尔比为1.8:1；从顶部吹入富氧空气和燃气保证还原释放的CO得到充分燃烧以保证炉内热平衡。
(3)经底顶复合吹熔融还原得到低硫低磷生铁和熔融渣，热态还原渣经调质、离心成纤制备岩棉产品。本实施例中，高铁赤泥中的铁的还原率为95.0％，同时以烟气形式回收的氧化钠的收率为75％。
实施例3
一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法，包括以下步骤：
(1)将高铁赤泥与还原剂、石灰石、萤石混合，其中还原剂为废阴极碳块，还原剂中的碳与高铁赤泥中氧化铁的摩尔比为4:1；添加的石灰石中氧化钙与高铁赤泥中氧化硅和氧化铝质量之和的比为1:1；萤石添加量为氧化钙量的10％。
(2)将混合料由涡流加料口加入到炉内涡流区，并在机械搅拌形成的涡流下卷入熔池，进行连续加料熔融还原处理。还原过程温度为1500℃，时间为60min。
还原过程采用CH4与O2的混合气体从还原炉底部吹入，其中CH4与O2摩尔比为1:1；从顶部吹入富氧空气和燃气保证还原释放的CO得到充分燃烧以保证炉内热平衡。
(3)经底顶复合吹熔融还原得到低硫低磷生铁和熔融渣，热态还原渣经调质、离心等工序用于制备岩棉产品。本实施例中，高铁赤泥中的铁的还原率为95.8％，同时以烟气形式回收的氧化钠的收率为75％。

Claims (4)

1.一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高铁赤泥与还原剂、造渣剂、萤石混合；其中，还原剂中的碳与高铁赤泥中氧化铁的摩尔比为(1.5～6.5):1；造渣剂中氧化钙与高铁赤泥中氧化硅和氧化铝质量之和的比为(0.8～1.5):1；萤石添加量为氧化钙量的8％～15％；
(2)将混合料由涡流加料口加入到炉内涡流区，并在机械搅拌形成的涡流下卷入熔池，进行连续加料熔融还原处理；还原过程温度为1450～1700℃，时间为20～140min；还原过程中同时采用顶部喷吹富氧空气和燃气，底部喷吹还原气体和氧气的混合气体；还原气体与氧气的混合比例为其中的CO、H2或(CO+H2)与O2摩尔比为(0.2～1.8):1，或者天然气中CH4与O2的摩尔比(1～2):1；
(3)经底顶复合吹熔融还原得到低硫低磷生铁和还原渣，热态还原渣经调质、离心成纤制备岩棉产品。
2.根据权利要求1所述的一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述还原剂为粉煤、焦炭或废阴极碳块中的一种或几种以任意比例混合的混合物；所述造渣剂即为钙源，是石灰石、熟石灰或电石渣中的一种或几种以任意比例混合的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种底顶复合吹熔融还原高铁赤泥的综合利用方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述还原气体为氢气、一氧化碳或天然气中的一种或几种以任意比例混合的混合气体。
4.根据权利要求1所述的综合利用方法，其特征在于，高铁赤泥中铁的还原率达到95％以上，同时以烟气形式回收的氧化钠的收率达到70％以上。
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