CN102295396B - 一种赤泥的再处理及综合利用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种赤泥的再处理及综合利用方法，包括：（1）将赤泥打浆，通过人工重砂选矿，分别得到粗砂和泥砂浆两部分；（2）粗砂烘干后进行磁选分离，分别得到石英砂和一级磁性物；（3）一级磁性物进行磁选分离，分别得到磁铁矿粉和尾渣1；（4）将泥砂浆直接进入磁选机进行磁选分离，分别得到铁矿微粉和尾渣2。本发明方法简单易行，技术参数容易控制，能耗少，成本低，年处理赤泥量可达100多万吨，可减少赤泥排放量35%-70%，极大减少因赤泥存放对环境的污染，降低了氧化铝生产成本。本发明方法所得到主要产物为磁铁粉和石英，所得到的两种尾渣也可用以生产干法水泥或用以筑坝，实现了赤泥综合利用的目的。
Description
技术领域
本发明涉及氧化铝生产中废弃物的再处理和利用方法，尤其涉及氧化铝生产中的废弃物-赤泥的再处理及综合利用方法，属于赤泥的再处理领域。
背景技术
赤泥是用铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物，因其为赤红色泥浆状而得名。赤泥是氧化铝生产过程中产生的最大废弃物，也是氧化铝生产的最大污染源。由于生产方法和铝土矿品位的不同，每生产一吨的氧化铝大约要产生0.5-2.5吨的赤泥，每吨赤泥还附带有3-4m3的含碱废液。随着铝土业的不断发展，中国的赤泥排放量每年为1500万吨以上，且随着新投产和老设备增产改造，赤泥总量有上升的趋势。世界各国大多数氧化铝厂是将赤泥堆积或倾入深海，赤泥的存放不仅占用大量土地和农田、耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的剩余碱液会向地下渗透，造成地下水污染。此外，堆场的赤泥形成的粉尘到处飞扬，破环生态环境，造成严重污染。在土地资源日趋紧张、环境保护日趋重要的当今社会，赤泥的综合治理己成为人们所关注的焦点之一。
赤泥依氧化铝生产方法的不同，可分为烧结法、拜耳法和联合法赤泥三种，由于铝土矿的含量丰度不同，国内外氧化铝生产所采取的方法也不同。除中国和前苏联外，其它各国均采用拜耳法生产。拜耳法产量约占世界总产量的90％以上。拜耳法生产所采用的主要技术路线是用强碱NaOH溶出高铝、高铁铝土矿，所产生的赤泥中氧化铝、氧化铁、碱含量高；处理的是一水软铝石型和三水铝石型铝土矿。烧结法和联合法处理的是难溶的高硅、低铁、一水硬铝石型、高岭石型铝土矿，产生的赤泥CaO含量高，碱和铁含量较低。中国主要是以一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的烧结法、联合法赤泥，其主要成分为硅酸二钙及其水合物：国外则以拜耳法为主，拜耳法赤泥的主要成分为赤铁矿、铝硅酸钠水合物、钙霞石等。
还原烧结法是将铝土矿破碎后，按照一定的配碳比例，加入还原剂，按照【N】/【A】＝0.9-1.2，【C】/【S-S(石英)】＝1.9-2.2，【N】/【F】＝0-0.1加入回头母液和纯碱、石灰石等，进行配料，在高温下进行烧结，控制单体氧化硅不再发生物化反应，直接进入赤泥，氧化铁发生还原反应生成磁性氧化铁后再进入赤泥；而其它含硅铝物质中的氧化硅与石灰化合成不溶于水的硅酸二钙，而氧化铝与纯碱化合成可溶于水的铝酸钠；将烧结产物(熟料)溶出时，得到铝酸钠溶液和还原烧结法赤泥。还原烧结法所得赤泥在物化结构上与原有烧结法赤泥有着显著不同，里面含有大量的磁性铁，石英，少量的钠硅渣以及硅酸二钙。
目前的烧结法赤泥在赤泥资源化利用方面，中国氧化铝行业相继开展了赤泥生产水泥、赤泥做免烧砖、烧结砖等新型墙体材料、赤泥做硅钙板保温材料、赤泥塑料填料、赤泥硅钙肥、赤泥用作路基材料以及赤泥中提取有价金属钪、钛、铁等方面的技术研究工作，取得了一些进展，但除赤泥配料生产水泥外，其它技术均未实现赤泥的大规模利用。
还原烧结法所得赤泥与现有的烧结法、拜耳法以及联合法生产氧化铝所得到的赤泥无论是在组成成分还是在物相特点上均有实质性差异，现有的烧结法、拜耳法或联合法赤泥的再处理及综合利用方法不适用于还原烧结法赤泥，因此，需要提供一种适合还原烧结法赤泥的再处理及综合利用方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有的赤泥再处理或利用方法中所存在的不足，提供一种能耗少、成本低且能最大限度的综合利用赤泥的方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：
一种赤泥的再处理及综合利用方法，包括以下步骤：
(1)、赤泥中加入水打浆，通过人工重砂选矿，分别得到粗砂和泥砂浆两部分；
(2)、将粗砂烘干后进行磁选分离，分别得到石英砂和一级磁性物；
(3)、将步骤(2)所得到的一级磁性物进行磁选分离，分别得到磁铁矿粉和尾渣1；
(4)、将泥砂浆直接进入磁选机，控制磁场强度进行磁选分离，分别得到铁矿微粉和尾渣2。
为了达到更好的处理和综合利用效果，本发明中所述的“赤泥”优选是采用还原烧结法生产氧化铝所得到废弃产物赤泥。
其中，步骤(1)在将赤泥进行打浆时，控制液体∶固体的质量比例为4-15∶1；
步骤(2)中所述的烘干温度优选为80-200℃；烘干后粗砂中所含水分含量范围优选为0.1％-6wt％；
步骤(2)中在进行磁选分离时，所述的磁场强度优选为8000-20000GS；
步骤(3)中在进行磁选分离时，所述的磁场强度优选为300-1500GS，。
步骤(4)所述的磁选分离优选为湿法磁选分离；其中，该磁选分离的磁场强度优选为10000-18000GS。
还原烧结法赤泥里面所含有的主要成分是磁性铁和石英，此外，还有少量的钠硅渣以及硅酸二钙；所述的还原烧结法赤泥可参考以下方法制备得到：
(1)、将铝土矿破碎处理后，加入还原助剂、纯碱和石灰石进行配料得到混合生料；所得到的混合生料中各组分用量按照以下用量配比进行控制：按质量比计，铝土矿中的氧化铁含量∶还原助剂中碳的含量＝1.1-1.8∶1；[N]/[A]＝0.9-1.2；[N/[F]＝0-0.1；[C]/[S-S(石英)]＝2.0-2.2。
(2)、将混合生料磨成粒度为d50＝30-120微米的微粒矿后加入到窑炉内进行高温烧成；高温烧成时控制烧成带温度为1000-1200℃；烧成带时间为0.3-1.5hr；
(3)、从高温烧成熟料中采用直接沉降法分离得到赤泥。
由于磁铁粉和石英砂的密度大，大部分会进入粗砂中，为了将磁铁粉和石英砂从粗砂中充分的分离出来，本发明通过大量的实验摸索最适宜的磁场强度范围，最后发现，将磁场强度控制为8000-20000GS时，可以将精致石英砂和磁性物充分的相分离，分别得到石英砂和一级磁性物；一级磁性物中含有精致磁铁粉和少量钠硅渣和硅酸二钙，为了将精致磁铁粉和少量的钠硅渣和硅酸二钙充分分离，本发明对磁场强度范围又进行了大量的优化实验，最终发现，采用弱磁选机，将磁场强度范围控制为300-1500GS时，可以充分、高效的将精致磁铁粉与钠硅渣、硅酸二钙相分离，分别得到磁铁矿粉和主要成份为钠硅渣和硅酸二钙的尾渣1。
对于步骤(1)中所得到的泥砂浆部分，本发明对泥砂浆部分的组成进行分析化验后发现，其含有少量的钠硅渣、硅酸二钙等物质，此外，还会掺有少量细粒的磁性铁粉。为了提高铁的回收率，本发明对磁选方式和磁场强度进行了优化筛选，最终发现，采用湿法磁选、进一步磁场强度控制为10000-18000GS，能够最大限度的将泥砂浆中的铁矿微粉从其中分离出来，分别得到铁矿微粉和尾渣2。
本发明采用选矿的办法来综合处理赤泥，工艺采用分段控制，不同的物料有不同的重力特性与磁选特性，利用工艺的可调整性，控制尾矿和精矿的精选，并且可以实现流程的连续化生产，最大限度的利用赤泥。
本发明的主要有益效果如下：
1、本发明方法简单易行，技术参数容易控制，能耗少，成本低，年处理赤泥量可达100多万吨。
2、本发明方法处理赤泥后可以减少赤泥排放量35％-70％，极大的减少因赤泥存放对环境的污染。本发明方法通过对还原烧结法赤泥的的综合处理，优化了还原烧结法生产氧化铝的流程，进一步减少了赤泥外排量。保护了环境，降低了氧化铝生产成本，提升氧化铝生产能力。
3、本发明方法所得到主要产物为磁铁粉和石英，铁元素有效利用率可达到70％以上，单体石英提取率达到80％，其市场容量非常大。本发明再处理方法所得到的两种尾渣，一种尾渣(WZ1)可以生产干法水泥，另一种非磁性尾渣(WZ2)可用以筑坝，实现了赤泥综合利用的目的。
4、本发明方法使烧结系统大幅度地实现节能和降耗，有利于最大限度地发挥烧结法和拜耳法两大系统的生产能力，优化生产流程，有望使中国烧结法氧化铝产能增加20％以上，并大幅度降低能耗和生产成本。
5、本发明方法分两路进行，产生两种尾渣、石英、磁铁精矿等物料，在生产设计上不会带来流程堵塞情况。利于工人现场操作。同时采用节水流程、减低了磁选的用水压力，同时也降低了磁选成本。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
预备实施例1 采用还原烧结法制备赤泥
1、根据铝土矿所含有的氧化铁成分13％进行计算，加入还原焦炭，按照所需理论配碳量的1.1倍；配料中按照[N]/[A]＝0.9，[N/[F]＝0，[C]/[S-S(石 英)]＝2.0加入纯碱、石灰石进行配料，得到混合生料；
2、混合生料磨矿控制粒度为：d50＝30微米；
3、混合生料磨矿后加入到窑炉内中进行高温烧成，生料烧成过程中控制烧成带温度1050℃，烧成带时间控制1.5hr；
4、高温烧成熟料进行溶出分离，得到铝酸钠溶液；高温烧成熟料采用直接沉降法分离得到赤泥；经检测，所得到的赤泥中主要含有磁性铁和石英，还含有少量的钠硅渣以及硅酸二钙。
预备实施例2 采用还原烧结法制备赤泥
1、根据铝土矿所含有的氧化铁成分18％进行计算，加入还原焦炭，按照所需理论配碳量的1.8倍；配料中按照[N]/[A]＝1.2，[N/[F]＝0.1，[C]/[S-S(石 英)]＝2.2加入纯碱、石灰石进行配料，得到混合生料；
2、混合生料磨矿控制粒度为：d50＝100微米；
3、混合生料磨矿后加入到窑炉内中进行高温烧成，生料烧成过程中控制烧成带温度1150℃，烧成带时间控制0.4hr；
4、高温烧成熟料进行溶出分离，得到铝酸钠溶液；高温烧成熟料采用直接沉降法分离得还原烧结法赤泥；经检测，所得到的赤泥中主要含有磁性铁和石英，还含有少量的钠硅渣以及硅酸二钙。
预备实施例3 采用还原烧结法制备赤泥
1、根据铝土矿所含有的氧化铁成分23％进行计算，加入还原焦炭，按照所需理论配碳量的1.4倍；配料中按照[N]/[A]＝1.0，[N/[F]＝0，[C]/[S-S(石英)]＝2.1加入纯碱、石灰石进行配料，得到混合生料；
2、混合生料磨矿控制粒度为：d50＝120微米；
3、混合生料磨矿后加入到窑炉内中进行高温烧成，生料烧成过程中控制烧成带温度1100℃，烧成带时间控制1.0hr；
4、高温烧成熟料进行溶出分离，得到铝酸钠溶液；高温烧成熟料采用直接沉降法分离得还原烧结法赤泥；经检测，所得到的赤泥中主要含有磁性铁和石英，还含有少量的钠硅渣以及硅酸二钙。
实施例1
(1)取200克预备实施例1还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为5∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度80℃，烘干后粗砂水分含量为3％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度8000GS，得到石英砂35克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，控制磁场强度300GS，得到磁铁矿粉50克和尾渣1(WZ1)20克。
(5)将泥砂(NS)浆直接进入磁选机(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-18000)进行湿法磁选分离，控制磁场强度18000GS，得到铁矿微粉30克与非磁性尾渣2(WZ2)65克。
实施例2
(1)取200克预备实施例2还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为15∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度200℃，烘干后粗砂水分含量为0.1％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度20000GS，得到石英砂30克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，控制磁场强度1500GS，得到磁铁矿粉52克和尾渣1(WZ1)28克；
(5)将泥砂(NS)浆直接进入磁选机(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-18000)进行湿法磁选分离，控制磁场强度10000GS，得到铁矿微粉28克与非磁性尾渣2(WZ2)62克。
实施例3
(1)取200克预备实施例3还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为10∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度100℃，烘干后粗砂水分含量为2％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度15000GS，得到石英砂33克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，控制磁场强度1000GS，得到磁铁矿粉51克和尾渣1(WZ1)26克；
(5)将泥砂(NS)浆直接进入磁选机(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-18000)进行湿法磁选分离，控制磁场强度15000GS，得到铁矿微粉20克与非磁性尾渣2(WZ2)61克。
实施例4
(1)取200克预备实施例1还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为4∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度150℃，烘干后粗砂水分含量为6％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度10000GS，得到石英砂30克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，控制磁场强度1200GS，得到磁铁矿粉50克和尾渣1(WZ1)24克；
(5)将泥砂(NS)浆直接进入磁选机(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-18000)进行湿法磁选分离，控制磁场强度12000GS，得到铁矿微粉19克与非磁性尾渣2(WZ2)59克。
实施例5
(1)取200克预备实施例2还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为5∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度80℃，烘干后粗砂水分含量为3％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度8000GS，得到石英砂29克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，控制磁场强度300GS，得到磁铁矿粉46克和尾渣1(WZ1)18克；
(5)将泥砂(NS)浆直接进入磁选机(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-18000)进行湿法磁选分离，控制磁场强度18000GS，得到铁矿微粉27克与非磁性尾渣2(WZ2)61克。
实施例6
(1)取200克预备实施例3还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为15∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度200℃，烘干后粗砂水分含量为0.1％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度20000GS，得到石英砂27克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，控制磁场强度1500GS，得到磁铁矿粉47克和尾渣1(WZ1)25克；
(5)将泥砂(NS)浆直接进入磁选机(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-18000)进行湿法磁选分离，控制磁场强度10000GS，得到铁矿微粉25克与非磁性尾渣2(WZ2)58克。
实施例7
(1)取200克预备实施例2还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为10∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度100℃，烘干后粗砂水分含量为2％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度15000GS，得到石英砂33克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，控制磁场强度1000GS，得到磁铁矿粉51克和尾渣1(WZ1)26克；
(5)将泥砂(NS)浆直接进入磁选机(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-18000)进行湿法磁选分离，控制磁场强度15000GS，得到铁矿微粉20克与非磁性尾渣2(WZ2)61克。
对比实施例1
(1)取200克预备实施例1还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为5∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度80℃，烘干后粗砂水分含量为3％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度分别为5000 GS、6000 GS、7000 GS、7500 GS，21000 GS、22000 GS、25000 GS，所得到的石英砂的重量见表1。
表1
| 石英砂(g) | |
| 5000GS | 14 |
| 6000GS | 17 |
| 7000GS | 19 |
| 7500GS | 21 |
| 21000GS | 23 |
| 22000GS | 19 |
| 25000GS | 18 |
对比实施例2
(1)取200克预备实施例1还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为5∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度80℃，烘干后粗砂水分含量为3％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度8000GS，得到石英砂35克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，分别控制磁场强度为280GS、250GS、200GS、150GS、1600GS、1800GS、2000GS，所得到磁铁矿粉和尾渣1(WZ1)的重量分别见表2。
表2
| 磁铁矿粉(g) | 尾渣1(g) | |
| 280GS | 32 | 28 |
| 250GS | 31 | 29 |
| 200GS | 29 | 31 |
| 150GS | 27 | 33 |
| 1600GS | 34 | 26 |
| 1800GS | 35 | 25 |
| 2000GS | 36 | 24 |
对比实施例3
(1)取200克预备实施例1还原烧结法生产氧化铝所产生的赤泥进行打浆，控制液固比为5∶1，进行人工重砂选矿；得到粗砂(CS)和泥砂(NS)浆两部分。
(2)将粗砂进行烘干，控制烘干温度80℃，烘干后粗砂水分含量为3％；
(3)烘干后的粗砂进入磁选机A(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-13000系列)，控制磁场强度8000GS，得到石英砂35克和一级磁性物；
(4)一级磁性物进入磁选机B(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-1000)，控制磁场强度300GS，得到磁铁矿粉50克和尾渣1(WZ1)20克。
(5)将泥砂(NS)浆直接进入磁选机(山东淄博迈特磁电公司生产的MT-18000)进行湿法磁选分离，控制磁场强度分别为9800GS、9500GS、9000GS、8000GS、7000GS、19000GS、20000GS、，所得到铁矿微粉与非磁性尾渣2(WZ2)的重量见表3。
表3
| 铁矿微粉(g) | 尾渣2(g) | |
| 9800GS | 22 | 73 |
| 9500GS | 21 | 74 |
| 9000GS | 19 | 76 |
| 8000GS | 18 | 77 |
| 7000GS | 17 | 78 |
| 19000GS | 24 | 71 |
| 20000GS | 26 | 69 |
Claims (5)
1.一种赤泥的再处理及综合利用方法，所述赤泥是采用还原烧结法生产氧化铝的过程中所得到的废弃产物赤泥，所述赤泥主要含有磁性铁和石英，还含有少量的钠硅渣以及硅酸二钙，包括以下步骤：
（1）、向赤泥中加入水打浆，重砂选矿，分别得到粗砂和泥砂浆；
（2）、将粗砂烘干后，在磁场强度为8000-20000GS的条件下进行磁选分离，分别得到石英砂和一级磁性物；
（3）、将步骤（2）所得到的一级磁性物在磁场强度为300-1500GS的条件下进行磁选分离，分别得到磁铁矿粉和尾渣1；
（4）、将所述泥砂浆在磁场强度为10000-18000GS的条件下进行磁选分离，分别得到铁矿微粉和尾渣2。
2.按照权利要求1所述的再处理及综合利用方法，其特征在于：步骤(1)在将赤泥进行打浆时,控制液体:固体的质量比例为4-15:1。
3.按照权利要求1所述的再处理及综合利用方法，其特征在于：步骤（2）中所述烘干温度为80-200℃。
4.按照权利要求1所述的再处理及综合利用方法，其特征在于：步骤（2）中烘干后粗砂中所含水分含量范围为0.1%-6wt%。
5.按照权利要求1所述的再处理及综合利用方法，其特征在于：步骤（4）所述的磁选分离为湿法磁选分离。
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