CN102583477B - 一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法 - Google Patents
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Abstract
一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，属冶金技术领域。一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法按以下步骤进行：先通过添加过量石灰的拜耳法工艺技术将大部分氧化铝提取，产生的低碱赤泥将采取煤基转底炉工艺技术预还原，然后采用铁浴氧煤喷吹技术实现铝渣/铁高温熔化分离，形成的铝渣经过调质后生成铝酸钙，再采用低碳酸钠溶液浸出铝酸钙渣，浸出粗液一部分与拜耳法溶出料浆合流进入拜耳法系统提取氧化铝，剩余部分脱硅后进行碳酸化分解，分解产物氢氧化铝作为种分晶种送至拜耳法系统，分解母液经调配后用于浸出铝酸钙渣。本发明既能保证铁铝的高效解离提取，又能在技术上和经济效益上可行，从而有效综合利用我国的高铁铝土矿资源。
Description
技术领域
本发明属冶金技术领域，特别涉及一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法。
背景技术
我国拥有储量十分丰富的高铁铝土矿，按铝土矿矿床类型可分为古风化壳型铝土矿、堆积型铝土矿和红土型铝土矿三种。保有资源储量主要为堆积型和古风化壳型两类，其中一水堆积型占保有资源储量的80%以上，矿石具有中铝、高铁、低硫等特点。堆积型铝土矿矿石的绝大部分由一水硬铝石或三水铝石、针铁矿、赤铁矿和高岭石组成，含量占到85%以上。对于含铁、铝矿石资源均比较匮乏的我国而言，综合利用这一资源意义重大。
目前，围绕高铁铝土矿综合利用研究，主要有先选矿后冶炼、先铝后铁和先铁后铝等方案。由于铁铝共生矿中铁与铝的矿物往往镶嵌在一起，先选矿后冶炼方案采用选矿的方法难以使铁与铝的矿物有效分离；先铝后铁方案中赤泥进高炉前要进行脱碱，工业上实现困难；先铁后铝方案中高炉炼铁要采用价格昂贵的焦炭，使得该方法生产成本高，经济效益差。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种二次提铝一次提铁的综合利用高铁铝土矿的方法，即采用“富石灰拜耳法提铝-赤泥直接还原—铝渣/铁高温熔化分离—铝酸钙渣提取氧化铝”的技术路线以实现铁铝高效分离。
本发明一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，按以下步骤进行：
（1）首先将高铁铝土矿破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85%以上；加入石灰和碱液制备出原矿浆，其中石灰添加量为铝土矿质量的15～35%，碱液为循环铝酸钠溶液，浓度为Na2O 180～260 g/L，αk=2.7～3.5，原矿浆固体含量为200～400g/L；
（2）将原矿浆进行拜耳法溶出，溶出温度为240～300℃、溶出时间为30～120min；溶出后的料浆进行固液分离，所得固体为赤泥，所得溶出液加入氢氧化铝晶种进行分解得到Al(OH)3，最后焙烧得到氧化铝；
（3）将溶出后得到的赤泥进行洗涤后加入转动的圆盘造球机内加水造母球，连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团；将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原获得预还原赤泥，其还原温度为750~1050℃，还原时间为30 ~180min；预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气，其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2收集封存；
（4）将预还原赤泥、石灰放入还原熔分炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，其中煤粉的用量为200~600kg/t预还原赤泥，石灰的用量为50~300kg/t预还原赤泥，氧气的通入量为400~800Nm3/t预还原赤泥；熔分还原的温度为1350~1650℃，时间为0.5~2h，，获得铁水和高温含铝熔渣；熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧；
（5）将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，将炉渣置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为90~120g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为3~5L/1kg，浸出温度为80±10℃，浸出时间为0.5~2h，获得浸出液和浸出渣。浸出渣用于生产水泥，一部分浸出液与步骤（2）中拜耳法溶出液合流进入拜耳法系统提取氧化铝；
（6）将步骤（5）中剩余浸出液分别进行常压脱硅和中压脱硅得到精制液，其中常压脱硅温度为100±5℃，脱硅时间为4~8h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为30g/L浸出液；中压脱硅温度为155±15℃，脱硅时间为0.5~2h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为15g/L浸出液；所述精制液为铝酸钠溶液，常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数为400~600，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数为800~1500。
（7）向脱硅后的精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝作为步骤（2）拜耳法过程的分解晶种；向碳酸化分解产生分解母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于步骤（5）浸出。
所述的一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，其特征在于所述高铁铝土矿的化学成分按质量百分比为：Al2O340~60%，Fe2O3 15~40%，SiO2 10~20%，其余为杂质。
所述的一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，其特征在于所述预还原赤泥的中Fe2O3 的重量含量为5~10%，FeO的重量含量为40~50%，金属铁的重量含量为2~5%。
所述的一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，其特征在于所述的还原煤气化学成分按体积比含CO 70~90%，H2 30~10%。
所述的一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，其特征在于所述步铁水的化学成分按重量百分比含Fe 90~94%，C 4~5%，Si 1~2%，其余为杂质。
本发明一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法通过拜耳法系统溶出赤泥的结晶矿物由方钠石型或钙霞石型的含水硅铝酸钠转变为水化石榴石型的含水硅铝酸钙连续固溶体，大大降低了赤泥的含碱量；预还原过程不采用价格昂贵的焦炭，而用系统产生的煤气；熔分还原过程中以煤为热源，并产生大量高质量煤气，可供预还原或氢氧化铝焙烧时使用，同时预还原过程中产生的CO2气体可供碳酸化分解使用，能够实现无废气排出，同时大大降低生产成本；熔分还原过程中配料采用低配钙比配方，从而降低焦（煤）比，降低渣量；浸出过程中采用低碳酸钠高浓度溶出技术，降低浸出溶液碳酸钠浓度，提高氧化铝溶出率和循环效率；浸出渣主要成份为2CaO·SiO2，其氧化钠、氧化铝、氧化铁含量低，完全可以用于生产水泥。本发明既能保证铁铝的高效解离提取，又能在技术上和经济效益上可行，从而有效综合利用我国的高铁铝土矿资源。
附图说明
图1为本发明的综合利用高铁铝土矿的方法流程示意图。
具体实施方式
下面将通过不同实施例来描述本发明。本发明不局限于这些实施例中，可以再前述化学成分与制造方法范围内加以调整实施。
本发明实施例中球团预还原反应器采用转底炉或竖炉。
本发明实施例中采用的还原熔分炉为HIsmelt铁浴炉。
本发明实施例中采用的溶出料浆固液分离设备为沉降槽。
本发明实施例中采用的溶出液分解设备为分解槽。
实施例1
首先将质量百分比为：Al2O3 60%、Fe2O3 15%、SiO2 20%、其余为杂质的高铁铝土矿破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85%以上。加入石灰和碱液制备出原矿浆，其中石灰添加量为铝土矿质量的35%，碱液为循环铝酸钠溶液，浓度为Na2O 180 g/L，αk=2.7，原矿浆固体含量为400g/L。
将原矿浆进行拜耳法溶出，溶出温度为300℃、溶出时间为30min；溶出后的料浆进行固液分离，所得固体为赤泥，所得溶出液加入氢氧化铝晶种进行分解得到Al(OH)3，最后焙烧得到氧化铝。
将溶出后得到的赤泥进行洗涤后加入转动的圆盘造球机内加水造母球，连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团；将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原，其成分按体积比含CO 70%，H2 30%，预还原获得预还原赤泥，其还原温度为1050℃，还原时间为30min；预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气。其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2收集封存；预还原赤泥的中Fe2O3 的重量含量为10%，FeO的重量含量为40%，金属铁的重量含量为2%。
将预还原赤泥、石灰放入HIsmelt铁浴炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，其中煤粉的用量为200kg/t预还原赤泥，石灰的用量为50kg/t预还原赤泥，氧气的通入量为400Nm3/t预还原赤泥；熔分还原的温度为1600±50℃，时间为0.5h，获得铁水和高温含铝熔渣；所获铁水的化学分按质量百分比为：Fe 90%，C 5%，Si 2%，其余为杂质。熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧。
将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，将炉渣置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为90g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为3L/1kg，浸出温度为90℃，浸出时间为0.5h，获得浸出液和浸出渣。浸出渣用于生产水泥，一部分浸出液与步骤（2）中拜耳法溶出粗液合流进入拜耳法系统提取氧化铝。
将剩余浸出液分别进行常压脱硅和中压脱硅得到精制液，其中常压脱硅温度为95℃，脱硅时间为8h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为30g/L浸出液；中压脱硅温度为140℃，脱硅时间为2h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为15g/L浸出液；所述精制液为铝酸钠溶液常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数为400，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数为800。
向脱硅后的精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝作为上述拜耳法过程的分解晶种；向碳酸化分解产生分解母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于上述步骤中的浸出。
实施例2
首先将质量百分比为： Al2O3 40%，Fe2O3 40%，SiO2 10%其余为杂质的高铁铝土矿破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85%以上。加入石灰和碱液制备出原矿浆，其中石灰添加量为铝土矿质量的15%，碱液为循环铝酸钠溶液，浓度为Na2O 260 g/L，αk=3.5，原矿浆固体含量为200g/L。
将原矿浆进行拜耳法溶出，溶出温度为240℃、溶出时间为120min；溶出后的料浆进行固液分离，所得固体为赤泥，所得溶出液加入氢氧化铝晶种进行分解得到Al(OH)3，最后焙烧得到氧化铝。
将溶出后得到的赤泥进行洗涤后加入转动的圆盘造球机内加水造母球，连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团；将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原，其成分按体积比含CO 90%，H2 10%，预还原获得预还原赤泥，，其还原温度为750℃，还原时间为180min；预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气。其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2收集封存；预还原赤泥的中Fe2O3 的重量含量为5%，FeO的重量含量为50%，金属铁的重量含量为5%。
将预还原赤泥、石灰放入HIsmelt铁浴炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，其中煤粉的用量为600kg/t预还原赤泥，石灰的用量为300kg/t预还原赤泥，氧气的通入量为800Nm3/t预还原赤泥；熔分还原的温度为1400±50℃，时间为2h，获得铁水和高温含铝熔渣；所获铁水的化学分按质量百分比为：Fe 94%，C 4%，Si 1%，其余为杂质。熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧。
将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，将炉渣置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为120g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为5L/1kg，浸出温度为70℃，浸出时间为2h，获得浸出液和浸出渣。浸出渣用于生产水泥，一部分浸出液与步骤（2）中拜耳法溶出粗液合流进入拜耳法系统提取氧化铝。
将中剩余浸出液分别进行常压脱硅和中压脱硅得到精制液，其中常压脱硅温度为105℃，脱硅时间为4h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为30g/L浸出液；中压脱硅温度为170℃，脱硅时间为0.5h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为15g/L浸出液；所述精制液为铝酸钠溶液常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数为600，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数为1500。
向脱硅后的精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝作为上述拜耳法过程的分解晶种；向碳酸化分解产生分解母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于上述步骤的浸出。
实施例3
首先质量百分比为：Al2O3 50%，Fe2O3 27%，SiO2 15%、其余为杂质的高铁铝土矿破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85%以上。加入石灰和碱液制备出原矿浆，其中石灰添加量为铝土矿质量的25%，碱液为循环铝酸钠溶液，浓度为Na2O 220 g/L，αk=3.1，原矿浆固体含量为300g/L。
将原矿浆进行拜耳法溶出，溶出温度为270℃、溶出时间为60min；溶出后的料浆进行固液分离，所得固体为赤泥，所得溶出液加入氢氧化铝晶种进行分解得到Al(OH)3，最后焙烧得到氧化铝。
将溶出后得到的赤泥进行洗涤后加入转动的圆盘造球机内加水造母球，连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团；将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原，其成分按体积比含CO 80%，H2 20%，预还原获得预还原赤泥，其还原温度为900℃，还原时间为90min；预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气。其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2收集封存；预还原赤泥的中Fe2O3 的重量含量为7.5%，FeO的重量含量为45%，金属铁的重量含量为3.5%。
将预还原赤泥、石灰放入HIsmelt铁浴炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，其中煤粉的用量为400kg/t预还原赤泥，石灰的用量为150kg/t预还原赤泥，氧气的通入量为600Nm3/t预还原赤泥；熔分还原的温度为1500±50℃，时间为1h，获得铁水和高温含铝熔渣；所获铁水的化学分按质量百分比为：Fe 92%，C 4.5%，Si 1.5%，其余为杂质。熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧。
将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，将炉渣置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为105g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为4L/1kg，浸出温度为80℃，浸出时间为1h，获得浸出液和浸出渣。浸出渣用于生产水泥，一部分浸出液与步骤（2）中拜耳法溶出粗液合流进入拜耳法系统提取氧化铝；所述精制液为铝酸钠溶液常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数为800，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数为1100。
将中剩余浸出液分别进行常压脱硅和中压脱硅得到精制液，其中常压脱硅温度为100℃，脱硅时间为6h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为30g/L浸出液；中压脱硅温度为155℃，脱硅时间为1h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为15g/L浸出液；
向脱硅后的精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝作为上述拜耳法过程的分解晶种；向碳酸化分解产生分解母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于上述步骤的浸出。
Claims (4)
1.一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）首先将高铁铝土矿破碎至2～5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-0.074mm占85%以上；加入石灰和碱液制备出原矿浆，其中石灰添加量为铝土矿质量的15～35%，碱液为循环铝酸钠溶液，浓度为Na2O 180～260 g/L，αk=2.7～3.5，原矿浆固体含量为200～400g/L；
（2）将原矿浆进行拜耳法溶出，溶出温度为240～300℃、溶出时间为30～120min；溶出后的料浆进行固液分离，所得固体为赤泥，所得溶出液加入氢氧化铝晶种进行分解得到Al(OH)3，最后焙烧得到氧化铝；
（3）将溶出后得到的赤泥进行洗涤后加入转动的圆盘造球机内加水造母球，连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团；将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原获得预还原赤泥，其还原温度为750~1050℃，还原时间为30~180min；预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气，其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2收集封存；
（4）将预还原赤泥和石灰放入还原熔分炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，其中煤粉的用量为200~600kg/t预还原赤泥，石灰的用量为50~300kg/t预还原赤泥，氧气的通入量为400~800Nm3/t预还原赤泥；熔分还原的温度为1350~1650℃，时间为0.5~2h，获得铁水和高温含铝熔渣；熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧；
（5）将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，将炉渣置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为90~120g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为3~5L/1kg，浸出温度为80±10℃，浸出时间为0.5~2h，获得浸出液和浸出渣；浸出渣用于生产水泥，一部分浸出液与步骤（2）中拜耳法溶出液合流进入拜耳法系统提取氧化铝；
（6）将步骤（5）中剩余浸出液分别进行常压脱硅和中压脱硅得到精制液，其中常压脱硅温度为100±5℃，脱硅时间为4~8h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为30g/L浸出液；中压脱硅温度为155±15℃，脱硅时间为0.5~2h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为15g/L浸出液；所述精制液为铝酸钠溶液，常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数为400~600，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数为800~1500；
（7）向脱硅后的精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝作为步骤（2）拜耳法过程的分解晶种；向碳酸化分解产生分解母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于步骤（5）浸出；
所述高铁铝土矿的化学成分按质量百分比为：Al2O340~60%，Fe2O3 15~40%，SiO2 10~20%，其余为杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，其特征在于所述的还原煤气化学成分按体积比含CO 70~90%，H2 30~10%。
3.根据权利要求1所述的一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，其特征在于所述预还原赤泥的中Fe2O3 的重量含量为5~10%，FeO的重量含量为40~50%，金属铁的重量含量为2~5%。
4.根据权利要求1所述的一种高铁低品位铝土矿的综合利用方法，其特征在于所述铁水的化学成分按重量百分比含Fe 90~94%，C 4~5%，Si 1~2%，其余为杂质 。
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