CN102732662A - 一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，步骤：a)按照一定比例将铝土矿或赤泥、石灰、煤制成混合生料；b)将混合生料加入到回转窑中烘干、预还原，生成呈半熔融状态的还原料；c)将还原料加入到熔分炉内熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料由高铝熟料出口排出，下层的热铁水由热铁水出口流出；d)高铝熟料出口排出的高铝熟料，进入盛有适量碱液的碱溶解槽中；经搅拌，固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物。其优点是：降低了生产成本，将赤泥资源化，能够分离、提取针状铝铁矿中的氧化铝和铁，不再产生赤泥而污染环境。实现了对铝土矿及赤泥中各元素的分离和利用，运行成本低，经济效益高，绿色循环、环保无渣生产工艺。
Description
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法。
背景技术
利用铝土矿提取氧化铝，拜尔法，烧结法，联合法是目前世界上制取氧化铝的常规生产工艺，虽该工艺已经成熟稳定、可靠，但最大的缺陷是，它会产生大量的污染物一赤泥。赤泥的主要成分为：氧化铝5％～25％；氧化铁30％～55％；氧化硅5％～25％；氧化钠3％～9％；烧失量10％～15％；氧化钛、氧化镁、氧化钙等5％～10％。它一般含氧化铁量较大，外观与赤色泥土相似，因而得名；它是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，其pH值很高，浸出液的pH值为12.1～13.0。中国是氧化铝生产大国，每年排放的赤泥高达数千万吨，而全世界每年产生的赤泥约七、八千万吨。相关行业一直将之堆存，既占用了大量土地，又对土壤、水源、大气等造成污染。水源的钠盐含量安全范围为30～400mg/L，而赤泥附液的钠盐度高达26348mg/L，如此高钠盐度的赤泥附液进入水体，其污染不言而喻。
为解决这一难题，人们曾经试图使用高炉法、磁选法(包括超导磁选法)或浮选法，提取赤泥中的铁，并由此“消化”大量堆存的赤泥，但是，因为赤泥中的铁是以深度氧化铁、铁盐等状态存在的，故磁选法(包括超导磁选法)、重选法或浮选法根本无法提取其中的铁；而高炉法，因为其中含有较大量的铝、钛及其化合物，由于这些物质非常粘稠，不但阻止了高炉中的气固液三相反应的进行，而且使得高炉“吐渣”不能；虽然可以掺入大量的含钙化合物以解决“粘稠”问题，但就大大增加了生产成本，基本没有了效益，失去了实用性，所以不再被使用。
现有氧化铝生产工艺中的“拜耳法”、“烧结法”、“联合法”，均不能分离、提取针状铝铁矿中的氧化铝；这部分原料中的氧化铝含量还较高，有的高达30％以上，均被作为废料排入渣中，造成了资源的极大浪费。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可将铝土矿及赤泥中各元素完全分离和利用、运行成本低、经济效益高的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
a)按照一定的比例，取铝土矿或赤泥、石灰、煤，将它们混合均匀，制成混合生料；
b)将上述混合生料加入到回转窑中，经过烘干、预还原，生成呈半熔融状态的还原料；
c)将上述的还原料加入到熔分炉内，进行熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料，由高铝熟料出口排出，下层的热铁水由热铁水出口流出；
d)高铝熟料出口排出的高铝熟料，进入盛有适量碱液的碱溶解槽中；经固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物。
优选的，a)铝土矿或赤泥、石灰、煤的重量百分比为1∶0.05～0.25∶0.2～0.5；
b)回转窑内温度为摄氏800～1460度；混合生料在回转窑内进行烘干、预还原的时间为2～10小时；
c)上述的还原料由回转窑的出料口，经密闭通道进入到熔分炉内；所述熔分炉头部安装至少一支燃气枪，燃气枪的枪口朝向所述熔分炉尾部的下料处，对还原料进行加温、熔融；熔分炉内温度在摄氏1450～1700度，还原料在熔分炉内经过1～4小时，进行熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料，由高铝熟料出口排出，下层的热铁水由热铁水出口流出；
d)高铝熟料出口排出的高铝熟料进入一设有搅拌器并盛有适量碱液的碱溶解槽中；经搅拌，固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物。
优选的，所述步骤b)中，回转窑内从尾部到头部的温度，从摄氏800度渐升至1460度。
优选的，所述步骤c)中，所述熔分炉头部安装三支燃气枪；在所述熔分炉尾部安装至少一支燃气枪，所有燃气枪的枪口均朝向熔分炉尾部的下料处，对还原料进行加温、熔融。
优选的，所述步骤d)中，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
优选的，还包括如下步骤：e)熔分炉内的高温气体经密闭通道进入回转炉，从回转炉尾部的烟气出口排放出的烟气，经余热锅炉后得到热蒸汽，由余热锅炉底部的重力除尘室得到碱以及钠盐；再经由水幕除尘碱吸收塔，进一步吸收烟气中的二氧化硫、氟、砷等废气，使之溶于碱生成水溶性钠(钾)盐，即生成亚硫酸钠(钾)、氟化钠(钾)、氟硅酸钠(钾)、砷酸钠(钾)和碳酸钠(钾)的混合液体。
优选的，所述步骤a)中，铝土矿或赤泥∶石灰∶煤＝1∶0.1∶0.3。
优选的，所述步骤a)中，铝土矿或赤泥∶石灰∶煤＝1∶0.2∶0.4。
优选的，所述步骤c)中，熔分炉内温度在摄氏1450度，还原料在熔分炉内经过4小时，进行熔融、渣铁分离。
优选的，所述步骤c)中，熔分炉内温度在摄氏1500度，还原料在熔分炉内经过3小时，进行熔融、渣铁分离。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：它不必掺入大量的含钙化合物，也不必须使用焦炭，就可以解决现有技术中高炉法“吐渣”不能的问题；在回转炉尾部联通的余热锅炉底部的重力除尘室得到碱以及钠盐，大大提高效益、降低了生产成本；将使有毒的赤泥资源化，得到单质铁，解决了赤泥占地、污染环境的问题；本发明能够分离、提取针状铝铁矿中的氧化铝和铁，解决了“拜耳法”、“烧结法”、“联合法”之所不能；当使用本发明的工艺时，就不再产生赤泥而污染环境。而且，整个生产过程达到固体零排放，液体零排放，气体达标排放，真正的低碳排放，绿色环保。从而实现了对铝土矿及赤泥中各元素的分离和利用，实现了火法分离碱的效果。能源阶梯利用，运行成本低，经济效益高，完成绿色环保、无渣生产工艺。
附图说明
图1是实施本发明的装置的结构示意图。
图中标记为：
1、回转炉；11、烟气出口；12、余热锅炉；13、水幕除尘钠盐吸塔；2、熔分炉；21、热铁水出口；22、高铝熟料出口；23、燃气枪；3、碱溶解槽；4、密闭通道。
具体实施方式
下面结合附图实施例，对本发明做进一步描述：
高铝熟料是含有氧化铝、二氧化硅、氧化钙、二氧化钛、氧化镁等轻金属的混合物；密闭通道由耐火材料砌成。
首先参见图1，描述用于实施本发明实施例的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法的装置。需要说明的是，实施本发明实施例的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，并不限于图1的装置。
如图1所示，安装时，回转炉1、熔分炉2、碱溶解槽3三者所处的位置是依次降低的，而且它们各自本身的头部或下部相对于其尾部或上部的高度都低，亦即：回转炉1的头部较其尾部略低；熔分炉2的尾部低于回转炉1的头部，但高于熔分炉2的头部；碱溶解槽3的上部低于熔分炉2的头部，但高于碱溶解槽3的下部。
实施本发明工艺方法的装置，包括回转炉1、熔分炉2，密闭通道4将所述熔分炉2尾部与所述回转炉1头部连通；所述熔分炉2头部下侧，设置有热铁水出口21，所述熔分炉2头部上侧，设置高铝熟料出口22；所述热铁水出口21低于所述高铝熟料出口22；在所述熔分炉2头部、所述高铝熟料出口22上方，安装有三支燃气枪23，所述燃气枪23的枪口朝向所述熔分炉2尾部；在所述熔分炉2尾部设置有三支燃气枪23，所述燃气枪23的枪口均朝向所述熔分炉2尾部的下料处；
在所述熔分炉2头部、所述高铝熟料出口22下方，设置有碱溶解槽3；所述回转炉1尾部设有烟气出口11，所述回转炉1的烟气出口11经过一余热锅炉12与一水幕除尘碱吸收塔13连通。
实施例一
参见图1，一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，包括如下步骤：
a)按照重量百分比为1∶0.05∶0.2，取铝土矿或赤泥、石灰、煤，将它们混合均匀，制成混合生料；
b)将上述混合生料加入到回转窑1中，回转窑1内从尾部到头部的温度，从摄氏800度渐升至1460度；经过2小时的烘干、预还原，生成呈半熔融状态的还原料；
c)将上述的还原料由回转窑1的出料口，经密闭通道4进入到熔分炉2内；在所述熔分炉2的头部安装三支燃气枪23，燃气枪23的枪口均朝向熔分炉2尾部，对还原料进行加温、熔融；在所述熔分炉2的尾部安装三支燃气枪23，燃气枪23的枪口均朝向熔分炉2尾部的下料处，对还原料进行加温、熔融；熔分炉2内温度在摄氏1450度，还原料在熔分炉2内经过4小时，进行熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料，由高铝熟料出口22排出，下层的热铁水由热铁水出口21流出；
d)高铝熟料出口22排出的高铝熟料，进入碱溶解槽3，碱溶解槽3中盛有适量的氢氧化钠溶液；经固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物；
e)熔分炉2内的高温气体经密闭通道4进入回转炉1，从回转炉1尾部的烟气出口11排放出的烟气，经余热锅炉12后得到热蒸汽，由余热锅炉12底部的重力除尘室得到碱以及钠盐；再经由水幕除尘碱吸收塔13，进一步吸收烟气中的二氧化硫、氟、砷等废气，使之溶于碱生成水溶性钠(钾)盐，即生成亚硫酸钠(钾)、氟化钠(钾)、氟硅酸钠(钾)、砷酸钠(钾)和碳酸钠(钾)的混合液体。
实施例二
参见图1，一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，包括如下步骤：
a)按照重量百分比为1∶0.1∶0.3，取铝土矿或赤泥、石灰、煤，将它们混合均匀，制成混合生料；
b)将上述混合生料加入到回转窑1中，回转窑1内从尾部到头部的温度，从摄氏800度渐升至1460度；经过5小时的烘干、预还原，生成呈半熔融状态的还原料；
c)将上述的还原料由回转窑1的出料口，经密闭通道4进入到熔分炉2内；在所述熔分炉2的头部安装三支燃气枪23，燃气枪23的枪口均朝向熔分炉2尾部，对还原料进行加温、熔融；在所述熔分炉2的尾部安装三支燃气枪23，燃气枪23的枪口均朝向熔分炉2尾部的下料处，对还原料进行加温、熔融；熔分炉2内温度在摄氏1500度，还原料在熔分炉2内经过3小时，进行熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料，由高铝熟料出口22排出，下层的热铁水由热铁水出口21流出；
d)高铝熟料出口22排出的高铝熟料，进入碱溶解槽3，碱溶解槽3中设有搅拌器并盛有适量的氢氧化钾溶液；经搅拌、固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物；
e)熔分炉2内的高温气体经密闭通道4进入回转炉1，从回转炉1尾部的烟气出口11排放出的烟气，经余热锅炉12后得到热蒸汽，由余热锅炉12底部的重力除尘室得到碱以及钠盐；再经由水幕除尘碱吸收塔13吸收烟气中的二氧化硫、氟、砷等废气，使之溶于碱生成水溶性钠(钾)盐，即生成亚硫酸钠(钾)、氟化钠(钾)、氟硅酸钠(钾)、砷酸钠(钾)和碳酸钠(钾)的混合液体。
实施例三
参见图1，一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，包括如下步骤：
a)按照重量百分比为1∶0.2∶0.4，取铝土矿或赤泥、石灰、煤，将它们混合均匀，制成混合生料；
b)将上述混合生料加入到回转窑1中，回转窑1内从尾部到头部的温度，从摄氏800度渐升至1460度；经过7小时的烘干、预还原，生成呈半熔融状态的还原料；
c)将上述的还原料由回转窑1的出料口，经密闭通道4进入到熔分炉2内；在所述熔分炉2的头部安装三支燃气枪23，燃气枪23的枪口均朝向熔分炉2尾部，对还原料进行加温、熔融；在所述熔分炉2的尾部安装三支燃气枪23，燃气枪23的枪口均朝向熔分炉2尾部的下料处，对还原料进行加温、熔融；熔分炉2内温度在摄氏1600度，还原料在熔分炉2内经过2小时，进行熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料，由高铝熟料出口22排出，下层的热铁水由热铁水出口21流出；
d)高铝熟料出口22排出的高铝熟料，进入碱溶解槽3，碱溶解槽3中设有搅拌器并盛有适量的氢氧化钠溶液；经搅拌、固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物；
e)熔分炉2内的高温气体经密闭通道4进入回转炉1，从回转炉1尾部的烟气出口11排放出的烟气，经余热锅炉12后得到热蒸汽，由余热锅炉12底部的重力除尘室得到碱以及钠盐；再经由水幕除尘碱吸收塔13，进一步吸收烟气中的二氧化硫、氟、砷等废气，使之溶于碱生成水溶性钠(钾)盐，即生成亚硫酸钠(钾)、氟化钠(钾)、氟硅酸钠(钾)、砷酸钠(钾)和碳酸钠(钾)的混合液体。
实施例四
参见图1，一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，包括如下步骤：
a)按照重量百分比为1∶0.25∶0.5，取铝土矿或赤泥、石灰、煤，将它们混合均匀，制成混合生料；
b)将上述混合生料加入到回转窑1中，回转窑1内从尾部到头部的温度，从摄氏800度渐升至1460度；经过10小时的烘干、预还原，生成呈半熔融状态的还原料；
c)将上述的还原料由回转窑1的出料口，经密闭通道4进入到熔分炉2内；在所述熔分炉2的头部安装三支燃气枪23，燃气枪23的枪口均朝向熔分炉2尾部，对还原料进行加温、熔融；在所述熔分炉2的尾部安装三支燃气枪23，燃气枪23的枪口均朝向熔分炉2尾部的下料处，对还原料进行加温、熔融；熔分炉2内温度在摄氏1700度，还原料在熔分炉2内经过1小时，进行熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料，由高铝熟料出口22排出，下层的热铁水由热铁水出口21流出；
d)高铝熟料出口22排出的高铝熟料，进入碱溶解槽3，碱溶解槽3中设有搅拌器并盛有适量的氢氧化钠溶液；经搅拌、固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物；
e)熔分炉2内的高温气体经密闭通道4进入回转炉1，从回转炉1尾部的烟气出口11排放出的烟气，经余热锅炉12后得到热蒸汽，由余热锅炉12底部的重力除尘室得到碱以及钠盐；再经由水幕除尘碱吸收塔13吸收烟气中的二氧化硫、氟、砷等废气，使之溶于碱生成水溶性钠(钾)盐，即生成亚硫酸钠(钾)、氟化钠(钾)、氟硅酸钠(钾)、砷酸钠(钾)和碳酸钠(钾)的混合液体。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
a)按照一定的比例，取铝土矿或赤泥、石灰、煤，将它们混合均匀，制成混合生料；
b)将上述混合生料加入到回转窑中，经过烘干、预还原，生成呈半熔融状态的还原料；
c)将上述的还原料加入到熔分炉内，进行熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料，由高铝熟料出口排出，下层的热铁水由热铁水出口流出；
d)高铝熟料出口排出的高铝熟料，进入盛有适量碱液的碱溶解槽中；经固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物。
2.根据权利要求1所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：
a)铝土矿或赤泥、石灰、煤的重量百分比为1∶0.05～0.25∶0.2～0.5；
b)回转窑内温度为摄氏800～1460度；混合生料在回转窑内进行烘干、预还原的时间为2～10小时；
c)上述的还原料由回转窑经密闭通道进入到熔分炉内；所述熔分炉头部安装至少一支燃气枪，燃气枪的枪口朝向所述熔分炉尾部，对还原料进行加温、熔融；熔分炉内温度在摄氏1450～1700度，还原料在熔分炉内经过1～4小时，进行熔融、渣铁分离；上层的高铝熟料，由高铝熟料出口排出，下层的热铁水由热铁水出口流出；
d)高铝熟料出口排出的高铝熟料进入一设有搅拌器并盛有适量碱液的碱溶解槽中；经搅拌，固液分离，得到铝酸钠溶液和固体硅、钙、镁、钛轻金属氧化物。
3.根据权利要求2所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：所述步骤b)中，回转窑内从尾部到头部的温度，从摄氏800度渐升至1460度。
4.根据权利要求3所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：所述步骤c)中，所述熔分炉头部安装三支燃气枪；在所述熔分炉尾部安装至少一支燃气枪，所有燃气枪的枪口均朝向熔分炉尾部的下料处，对还原料进行加温、熔融。
5.根据权利要求4所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：所述步骤d)中，所述碱液为氢氧化钠或氢氧化钾溶液。
6.根据权利要求1至5任一所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：还包括如下步骤：e)熔分炉内的高温气体经密闭通道进入回转炉，从回转炉尾部的烟气出口排放出的烟气，经余热锅炉后得到热蒸汽，由余热锅炉底部的重力除尘室得到碱以及钠盐；再经水幕除尘碱吸收塔，进一步吸收烟气中的二氧化硫、氟、砷等废气，使之溶于碱生成水溶性钠(钾)盐，即生成亚硫酸钠(钾)、氟化钠(钾)、氟硅酸钠(钾)、砷酸钠(钾)和碳酸钠(钾)的混合液体。
7.根据权利要求6所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：所述步骤a)中，铝土矿或赤泥∶石灰∶煤＝1∶0.1∶0.3。
8.根据权利要求6所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：所述步骤a)中，铝土矿或赤泥∶石灰∶煤＝1∶0.2∶0.4。
9.根据权利要求2至5任一所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：所述步骤c)中，熔分炉内温度在摄氏1450度，还原料在熔分炉内经过4小时，进行熔融、渣铁分离。
10.根据权利要求2至5任一所述的利用铝土矿或赤泥进行无渣生产的工艺方法，其特征在于：所述步骤c)中，熔分炉内温度在摄氏1500度，还原料在熔分炉内经过3小时，进行熔融、渣铁分离。
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