CN103204552B - 一种煤矸石提铝过程中的除铁方法 - Google Patents

Abstract

本发明针对煤矸石中铁含量高以及常规的磁选法达不到提铝工艺要求的问题，提供一种煤矸石提铝过程中的除铁方法。该方法首先采用卧式流化磁选装置对煤矸石进行预处理，预处理后的矸石煅烧活化后，采用浓酸、低温、短时的酸浸工艺去除残余的铁。两步除铁后的物料再经酸浸提铝后可得滤液中Al/Fe质量比在25以上，不影响后续结晶氯化铝或氧化铝的制备。该方法除铁效率高，酸溶除铁工序得到的滤液经处理后可作为建材添加剂，所需设备简单，不会带来二次污染。

Description

一种煤矸石提铝过程中的除铁方法

技术领域

本发明涉及煤系固体废弃物资源化利用技术，具体是一种煤矸石提铝过程中的除铁方法。

背景技术

煤矸石是煤炭工业产生量最大的固体废弃物，其氧化铝、二氧化硅、碳含量占到矸石总量90%以上。随着金属矿产资源的减少及品位的降低，煤矸石资源化利用提铝制备化工产品成为研究的热点，这不仅可以缓减铝土矿资源紧缺的现状，还对减少固体废弃物堆存、实现其高值利用具有重要的意义。由于受到铝硅比的影响，一般采用酸法提取其中的氧化铝，但由于矸石中含铁矿物的存在，在酸浸提铝过程中铁的浸出给滤液的后续分离带来不便，并进一步影响铝系产品的纯度和性能。因此如何降低含铝滤液中的铁杂质成为煤矸石资源化利用的难点。

目前国内外关于除铁的专利和文献报道：

专利ZL96109831.7公开了一种利用磁种去除煤系硬质高岭岩中铁和钛的工艺，将硬质高岭岩破碎粉磨后，在分散剂的作用下湿磨至30μm以下、含水60%的矿浆，在5-8的pH范围内，加入磁种在高梯度磁选机磁选，经此法处理后铁、钛含量下降率分别为40-50%，40-45%，单纯磁种除铁工艺除铁效率低，滤液中铁含量仍然达不到氯化铝结晶的要求。

专利CN101695682公开了一种干式超细粉体磁选机，由磁选仓、布袋收尘器和引风机依次链接组成，磁选仓底部设有一组压缩空气喷嘴，中部有内安装强磁选棒的不锈钢套筒，磁选工作时，压缩空气使超细粉体向上吹起，铁磁性杂质被吸附在不锈钢套筒上，磁选后的超细粉料在负压作用下进入布袋收尘器，磁选结束后，将套筒内的磁棒拔出，磁性杂质从磁选仓底部排出，此磁选机适用于超细粉体(最大粒径小于10μm)去除含铁杂质，不适用于较大颗粒的磁选。

发表在《应用化工》上的“煤矸石酸浸除铁及废液利用的实验研究”采用低温焙烧后再进行酸浸除铁,获得的优化除铁条件是:焙烧温度及时间350℃焙烧2h，浸出剂是18%的硫酸，固液比为1:8,在90℃酸浸2.5h,除铁率达到95%以上，但硫酸可和矸石中氧化钙反应生成硫酸钙覆盖在矸石表面形成固化层，影响后续氧化铝的溶出。

此外还有萃取法除铁，络合除铁等工艺，其中萃取法除铁药剂成本高，络合除铁仅能起到掩蔽铁的作用，适用加碱使铝沉淀的铝产品的生产，对于直接蒸发结晶生产结晶氯化铝受到限制；采用捕收剂浮选除铁适用于铁矿物集中的矿物，除铁效率不高，不能满足后续铝制品的生产要求；氯化除铁对氯化煅烧炉有较高的要求，尾气处理不当容易引发二次污染。

发明内容

本发明的目的在于针对矸石中铁含量高以及常规的磁选法达不到提铝工艺要求的问题，提供一种煤矸石提铝过程中的除铁方法。

本发明煤矸石提铝过程中的除铁方法主要包括磁选和酸浸两个步骤：首先采用磁选法去除矸石中磁性富铁矿物，经磁选后，矸石中铁含量可降低40-50%；将此预处理后的矸石煅烧活化后，在浓盐酸中浸出残余的铁，同时通过控制酸浸工艺条件抑制氧化铝的溶出。

本发明提供的一种卧式流化磁选装置，包括磁选仓、进料口、鼓风机、空气支管、气体分布板、出料口、排气口、除尘器、引风机、电磁铁、吹出管；磁选仓的内底部设置与水平方向成5-15°的气体分布板，进料口在气体分布板较高一侧的磁选仓的侧壁上，与水平吹出管相连，出料口设在磁选仓的另一侧壁上，且出料口的位置和气体分布板的较低一侧的高度一致，保证顺利出料；磁选仓的内顶部设有一块或多块电磁铁，磁选仓的外底部设有一排空气支管，空气支管与鼓风机相连，保证物料流态化；磁选仓外顶部出料口的上方开有排气口，排气口依次连接除尘器和引风机。物料通入磁选装置内进行磁选，通过调整电流大小和线圈匝数来控制磁场的大小，通过控制鼓风量使物料流态化，物料中含铁磁性颗粒由于磁力会吸附到磁体上，物料流态化分散还可减少非磁性颗粒的夹带。

本发明提供的一种煤矸石提铝过程中的除铁方法，包括如下步骤：

1将煤矸石破碎、研磨至60目以下，在上述卧式流化磁选装置内磁选除铁；

2将磁选除铁后的物料在650-750℃煅烧活化后，加入到酸浸除铁装置内，控制盐酸浓度7mol/L-12mol/L，酸浸温度40-70℃，酸浸除铁时间30-60min进行酸浸除铁。

酸浸除铁完成后，固液分离，固体物料转移至提铝反应装置，滤液饱和后经处理作为建材添加剂。提铝反应完成后，经分离得到的滤液中氯化铁的含量0.5-0.8%，氯化铝的含量在15%-18%，蒸发结晶后，产品结晶氯化铝中铁含量＜0.1%，达到了结晶氯化铝国标GB15892-2003一等品的要求。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在传统磁选工艺的基础上，改进磁选设备的结构使之与物料的流态化结合，不仅提高了磁选效率、降低含铝矿物的夹带，而且物料粒度适用范围宽，另外磁选仓卧式设计缩短磁铁和物料的距离，增大了其接触面积，有利于磁性的充分发挥。另一方面，磁选和酸浸工艺联合除铁，将物料中铁含量显著降低，使之不影响铝产品的质量；酸浸除铁由于采用低温、浓酸、短时的反应工艺，氯化铝在浓酸中受到溶解度的限制，大大抑制了氧化铝的溶出，而氯化铁易于在浓酸中溶出而得到去除。

附图说明

图1是卧式流化磁选装置的结构示意图

具体实施方式

实施例1

一种卧式流化磁选装置，如图1所示：包括磁选仓9、进料口1、鼓风机2、空气支管3、气体分布板4、出料口5、排气口8、除尘器7、引风机6、电磁铁10、吹出管11；磁选仓9的内底部设置与水平方向成10°的气体分布板4，进料口1在气体分布板4较高一侧的磁选仓9的侧壁上，与水平吹出管11相连，出料口5设在磁选仓9的另一侧壁上，且出料口5的位置和气体分布板4的较低一侧的高度一致，保证顺利出料；磁选仓9的内顶部设有五块电磁铁10，磁选仓9的外底部设有一排空气支管3，空气支管3与鼓风机2相连，保证物料流态化；磁选仓9外顶部出料口5的上方开有排气口8，排气口8依次连接除尘器7和引风机6。磁选完成后，断电，磁铁由于失去磁性使铁渣落在气体分布板4上，打开鼓风机2和水平吹出管11，清理铁渣。

将氧化铁含量为2.92%、氧化铝含量为28%，二氧化硅含量为35.6%，碳含量为32%的煤矸石粉碎、研磨至60目以下，将500g物料放入卧式流化磁选装置内磁选5min，磁选后物料中氧化铁含量降为1.43%，氧化铝含量为27.76%，二氧化硅的含量为38.3%，氧化铁的去除率为55.92%；将矸石在750℃煅烧活化脱碳后，物料中氧化铝为41.2%，氧化铁含量为2.1%，二氧化硅的含量为56.3%；取磁选后的物料在盐酸浓度为7mol/L，酸浸温度为70℃，反应时间为30min，固液比为1:3的搅拌条件下进行酸浸除铁，除铁后物料的氧化铁含量为1.33%，氧化铝为39.0%，二氧化硅为58.2%，此步酸浸工艺氧化铁的去除率为42%；两步除铁后总的氧化铁去除率为73%，氧化铝的损失率9.32%。将两步除铁后的物料进入下一步酸浸提铝的工序，固液比为1:3，盐酸浓度为6mol/L，酸浸温度为90℃，酸浸时间为1h，酸浸后滤液中Al/Fe的质量比为29.85（氯化铁的含量为0.57%，氯化铝的含量为17.06%），此滤液经蒸发结晶后，结晶氯化铝符合国标GB15892-2003一等品的产品质量标准。

实施例2

将氧化铝含量25.9%，氧化铁含量2.4%，碳含量为21%的煤矸石破碎、粉磨至60目以下，将物料置于实施例1的卧式流化磁选装置中磁选5min，磁选后物料中氧化铁含量降为1.30%，氧化铝含量为26%，氧化铁的去除率为51.25%；在750℃下煅烧活化2h后，物料中氧化铝为31.14%，氧化铁含量为1.65%；磁选后的物料在以下酸浸条件下除铁：盐酸浓度为12mol/L（质量分数为36%），固液比为1:3，40℃下酸浸40min，此步酸浸工艺氧化铁的去除率为48%；两步除铁总的氧化铁去除率为74.65%，酸浸除铁过程中氧化铝损失率2.33%。固液分离后，将除铁后的物料进入酸浸提铝的工序，固液分离后得到滤液的中Al/Fe的质量比为38（氯化铁的含量为0.39%，氯化铝的含量为14.72%），经蒸发结晶后，结晶氯化铝符合国标GB15892-2003一等品的产品质量标准。

实施例3

将氧化铝含量21.18%，氧化铁含量2.53%，碳含量25%的煤矸石破碎、粉磨至80目，将物料置于实施例1的卧式流化磁选装置中磁选3min，磁选后物料中氧化铁含量降为1.62%，氧化铝含量为22%，氧化铁的去除率为42.37%；在750℃下煅烧活化2h后，氧化铝含量为29.33%，氧化铁含量降为2.16%；磁选后的物料在以下酸浸条件下除铁，按照固液比1:3加入浓度为10mol/L（质量分数为30%）的盐酸，在50℃下酸浸30min，此步酸浸工艺氧化铁的去除率为49%；两步除铁总的氧化铁去除率为70.61%，氧化铝损失率5.75%。将除铁后的物料进入酸浸提铝的工序，固液分离后得到滤液的中Al/Fe的质量比为27（氯化铁的含量为0.52%，氯化铝的含量为14.09%），得到的滤液经过结晶，结晶氯化铝符合国标GB15892-2003一等品的产品质量标准。

Claims (1)

1.一种煤矸石提铝过程中的除铁方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将煤矸石破碎、研磨至60目以下，在卧式流化磁选装置内磁选除铁；

2)将磁选除铁后的物料经煅烧活化后，加入到酸浸除铁装置内，控制盐酸浓度7mol/L-12mol/L，酸浸温度40-70℃，酸浸除铁时间30-60min进行酸浸除铁；

所述的卧式流化磁选装置，包括磁选仓(9)、进料口(1)、鼓风机(2)、空气支管(3)、气体分布板(4)、出料口(5)、排气口(8)、除尘器(7)、引风机(6)、电磁铁(10)、吹出管(11)；磁选仓(9)的内底部设置与水平方向成5-15°的气体分布板(4)，进料口(1)在气体分布板(4)较高一侧的磁选仓(9)的侧壁上，与水平吹出管(11)相连，出料口(5)设在磁选仓(9)的另一侧壁上，且出料口(5)的位置和气体分布板(4)的较低一侧的高度一致，磁选仓(9)的内顶部设有1块或多块电磁铁(10)，磁选仓(9)的外底部设有一排空气支管(3)，空气支管(3)与鼓风机(2)相连，磁选仓(9)外顶部出料口(5)的上方开有排气口(8)，排气口(8)依次连接除尘器(7)和引风机(6)。