CN102206743A - 一种利用黄铁矿处理赤泥的方法 - Google Patents

Abstract

一种利用黄铁矿处理赤泥的方法，将风干赤泥与黄铁矿按照一定比例混合均匀后，在隔绝氧气条件下加热即可使赤泥中Fe₂O₃转化为磁性Fe₃O₄。利用该方法处理后的赤泥不但碱性被中和，而且处理后的赤泥中氧化铁含量低于2％，可作为耐火材料原料，而磁选出的铁氧化物可作为炼铁原料。

Description

一种利用黄铁矿处理赤泥的方法

技术领域

本发明涉及一种利用赤泥处理的方法，其特征在于采用黄铁矿与赤泥共混烧结，不仅可以中和赤泥的碱性，还可以使赤泥中的氧化铁转化为具有磁性的四氧化三铁加以回收，并使处理后赤泥成为耐火材料原料。

背景技术

氧化铝生产时排出的大量尾矿渣，由于其中含有大量的氧化铁，外观呈红色，并且含有大量残留的碱液呈粘稠状，故称为赤泥。平均每生产1吨氧化铝产生1.0-2.0吨赤泥。全世界每年赤泥排放量约6000万吨，我国仅山东铝厂、山西铝厂、平果铝厂、中州铝厂、贵州铝厂五大铝厂每年排出赤泥量就达600万吨，累积堆存量5000万吨，而其利用率仅为15％左右。如此大量的赤泥，堆存不但需要大量的基建费用，而且占用和污染土地，已成为重大的环境污染源。

赤泥的化学成分及矿物组成取决于原矿品位、生产方法、技术水平、生产过程中添加剂的物质成分及其新生成的化合物成分。以拜耳法为例，由于其原料铝土矿中二氧化硅的含量小，添加石灰较少，故赤泥主要组分是SiO₂、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、TiO₂、K₂O等，此外还含烧碱成分和微量其他有色金属等。目前，对于赤泥的综合利用措施主要归纳为两方面：一是提取赤泥中的有价金属，如氧化铝、氧化铁、氧化钛、钒等；二是将赤泥中的氧化铁含量降至1％以下可作为水泥或耐火砖等大宗材料的原料。

赤泥中氧化铁含量在20-30％左右，主要存在形式是Fe₂O₃和Fe₃O₄。赤泥中的氧化铁的提取方法之一是用废酸溶出赤泥中的金属元素，然后利用铁离子易水解特性，经沉淀富集。例如：文献1将洗涤后的赤泥用盐酸溶出，得到的滤液调整其pH值在2.2-3.5，经沉淀和压滤，得到铁的化合物。这种方法需要大量的无机酸，造成二次污染。另一类提取赤泥中氧化铁的方法是将赤泥与还原剂共混焙烧，使氧化铁转化为具有磁性的四氧化三铁经磁选富集。文献2以某钢铁厂的喷吹煤粉作为固体还原剂，将其与赤泥按一定比例混合制团后在高温条件下进行还原焙烧，磁选出铁精矿。文献3将赤泥质量的7-75％的焦炭或无烟煤、赤泥质量的0-16％含钙化合物或6-45％的含铝化合物加入赤泥中，混合后置于电炉中，然后在1400-1800℃条件下熔融还原，保温0.5-4小时，自然冷却后破碎分离，得到硅铁合金和铝酸钙材料，硅铁合金可作为炼钢的脱氧剂和合金剂。文献4将赤泥晾干后与煤和海绵铁粉混合，挤压成型、干燥，与工业煤一同加进回转窑还原焙烧，冷却后送磁选工序并磨细，得到的海绵铁粉与粘连剂和生石灰混合后挤压成型、干燥，得到海绵铁球块产品。文献5将赤泥、硅石、还原剂和助溶剂加入冶炼炉内进行还原熔炼，炉温为1600-1900℃，还原熔炼3-4小时，从冶炼炉的出液口放液得到硅铁合金熔体，4-10小时后，从冶炼炉出液口放液，得到刚玉熔体。

利用还原剂将赤泥中氧化铁转化为磁性四氧化三铁、再经磁选富集的方案是一种利于实现工业化的技术方案。本发明提出利用黄铁矿处理赤泥，可同时实现中和碱度和磁选富集氧化铁的目的。

参考文献：

1.曹瑛，李卫东，刘艳改.工业废渣赤泥的特性及回收利用现状[J].硅酸盐通报，2007，26(1)，143-145.

2.周军，梁杰.拜耳赤泥高温焙烧后磁选提取铁精粉工艺探索[J].毕节学院学报，2009，27(4)，88-91.

3.李远兵等.一种赤泥的综合利用方法[P].中国专利，CN101275812A，2008-04-30.

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5.陈玉海.一种拜耳法赤泥的处理方法[P].中国专利，CN101456573A，2009-06-17.

发明内容

黄铁矿的主要成份为FeS₂(二硫化亚铁)，其中Fe的氧化数为+2，S的氧化数为-1，两种元素均具有还原性，是一种天然的还原剂。FeS₂与Fe₂O₃在隔绝空气条件下高温焙烧，根据硫的氧化产物不同，发生的反应方程式如下所示：

FeS₂+4Fe₂O₃＝3Fe₃O₄+2S        ①

FeS₂+16Fe₂O₃＝11Fe₃O₄+2SO₂    ②

两个化学方程式的化学计量比分别为Fe₂O₃∶FeS₂＝5.33∶1和21.33∶1(质量比)。

本发明所述的利用黄铁矿处理赤泥方法，其特征在于赤泥与黄铁矿的混合比例，赤泥中Fe₂O₃的含量与黄铁矿中FeS₂的含量，介于21.33∶1-5.33∶1(质量比)之间。

若混合比例在上述范围之内，则赤泥和黄铁矿的混合物在温度600-800℃范围内、隔绝空气条件下焙烧30分钟以上，即可使得赤泥中的Fe₂O₃转化为Fe₃O₄。若黄铁矿用量过低，则赤泥中部分Fe₂O₃不能完全转化；若黄铁矿用量过高，则过量的FeS₂将自身热分解生成Fe₂O₃。即，无论焙烧温度、焙烧时间如何变化，处理后赤泥中将混杂有Fe₂O₃，即不能完全利用磁选除去全部铁氧化物。

本发明所述的利用黄铁矿处理赤泥的方法，其中焙烧处理后赤泥中铁氧化物采用磁选法去除。所述磁选方法为公知的磁选方法。磁选出的磁选铁氧化物可作为炼铁原料使用。处理后赤泥中氧化铁含量低于2％，可作为耐火材料原料。

本发明所述的利用黄铁矿处理赤泥的方法，具体描述如下：

(1)测定黄铁矿中FeS₂的含量，将其粉碎，过筛取80-120目粉体；

(2)将赤泥风干(不洗涤)，测定其中Fe₂O₃含量；

(3)将赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe₂O₃含量与黄铁矿中FeS₂含量之比为21.33∶1-5.33∶1(质量比)混合；

(4)混合物隔绝空气加热至600-800℃，保持0.5-2小时。

(5)采用公知磁选方法回收焙烧后混合物的磁性铁氧化物。

(6)磁选出的铁氧化物可作为炼铁原料，处理后赤泥可用作耐火砖原料。

附图说明

附图1.分析纯Fe₂O₃与FeS₂以5.33∶1(质量比)的比例混合物在500℃、600℃、700℃、800℃下管式炉氮气保护反应2小时后产物的XRD图。

附图2分析纯Fe₂O₃与FeS₂以5.33∶1(质量比)的比例混合均匀在管式炉氮气保护下800℃反应2、1、0.5小时后产物的XRD图。

附图3分析纯Fe₂O₃与FeS₂按比例23∶1、21.3∶1、5.33∶1、4∶1(质量比)混合均匀，在管式炉氮气保护下，在700℃下反应2小时后产物的XRD图。

附图4风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe₂O₃含量与黄铁矿中FeS₂含量之比为20∶1的比例混合，700℃，氮气保护下在管式炉中反应2小时后产物的XRD图。

附图5风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe₂O₃含量与黄铁矿中FeS₂含量之比为20∶1的比例混合，700℃，氮气保护下在管式炉中反应2小时后产物

实施例1

以分析纯Fe₂O₃试剂与分析纯FeS₂试剂考察混合比例、焙烧温度、焙烧时间对Fe₂O₃至Fe₃O₄转化率的影响。

将Fe₂O₃与FeS₂以质量比5.33∶1在500℃、600℃、700℃、800℃下管式炉氮气保护反应2小时，测得XRD图如附图1所示，实验结果表明500℃的焙烧温度不足以使得转化完全，产物中还有其他铁氧化物，而600℃到800℃情况下反应物转化比较完全。

将Fe₂O₃与FeS₂按5.33∶1的比例混合均匀在管式炉氮气保护下800℃分别反应2、1、0.5小时后产物XRD图如附图2所示。实验结果焙烧时间对转化影响不大，0.5小时即可实现转化。

将Fe₂O₃与FeS₂按比例23∶1、21.3∶1、5.33∶1、4∶1混合均匀，在管式炉氮气保护下，分别在700℃下反应2小时，测得XRD图附图3所示，表明反应物混合比例介于21.3∶1-5.33∶1之间的焙烧产物为较纯净的Fe₃O₄，而低于或高出此范围，焙烧产物中混杂有较多的其他铁氧化物。

实施例2

风干赤泥，测得其中Fe₂O₃含量为18.12％。将风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe₂O₃含量与黄铁矿中FeS₂含量之比为20∶1的比例混合，于700℃氮气保护下在管式炉中反应2小时。焙烧产物XRD如附图4所示，其中明显出现四氧化三铁特征峰。对产物进行VSM测试，测试结果如附图5所示。根据测得Ms＝7.3250emu/g计算转化率为96.2％。将焙烧产物进行磁选后，剩余物中Fe₂O₃含量为1.41％。

实施例3

风干赤泥，测得其中Fe₂O₃含量为7.26％。将风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe₂O₃含量与黄铁矿中FeS₂含量之比为10∶1的比例混合，600℃，氮气保护下在管式炉中反应0.5小时。产物Ms＝5.0476emu/g，计算转化率：95％。将焙烧产物进行磁选后，剩余物中Fe₂O₃含量为1.23％。

Claims (2)

1.一种利用黄铁矿处理赤泥的方法，其特征在于将风干赤泥与黄铁矿按照一定比例混合隔绝氧气焙烧，可使赤泥中Fe₂O₃转化为磁性Fe₃O₄，磁选出的铁氧化物可作为炼铁原料，而处理后的赤泥中氧化铁含量低于2％。

2.如权利要求1所述的利用黄铁矿处理赤泥的方法，其中风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe₂O₃含量与黄铁矿中FeS₂含量之比介于21.33∶1-5.33∶1(质量比)的范围混合均匀后，在隔绝氧气条件下加热至600℃-800℃，30分钟以上即可。

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