CN103805726A - 一种运用转底炉珠铁工艺综合利用高铁赤泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用转底炉珠铁工艺综合利用高铁赤泥的方法,涉及高铁赤泥中铁的提取、富集及赤泥的回收利用,其特征在于利用高铁赤泥、碳质还原剂和添加剂为原料,经过配料、混匀、造球、转底炉还原熔分、破碎、磁选等工序制得珠铁和熔分渣。生产出的珠铁可做电炉或转炉炼钢的原料,熔分渣用盐酸浸出提取钪,浸出渣用作水泥添加剂。此方法可以充分利用赤泥资源,实现废物的零排放综合回收利用,具有较好的经济和社会效益。
Description
技术领域
本发明属于炼铁领域,涉及转底炉综合利用高铁赤泥的方法及其用于赤泥的综合回收利用。
背景技术
赤泥是Al2O3生产过程中排出的工业固体废弃物,赤泥中除含有Fe、Al、Si外还含有Sc、Ga、In等多种稀散元素和一定的碱量。2010年中国Al2O3产量约为2900万吨,赤泥排放量为4500~5000万吨,平均每生产1吨Al2O3副产赤泥1.0~1.8吨,赤泥累积排放量达数亿吨,目前赤泥大都筑坝堆存,筑坝堆存不仅费用昂贵、浪费资源,还会造成环境的污染,此外筑坝堆存还存在一定的安全隐患。随着氧化铝工业的发展,赤泥的排放及危害已成为日益严重的问题。
钪分散于许多矿物中,含量少,矿物复杂,是一种重要的稀土元素。对金属钪的分离提取非常困难,而且提取的金属量很少,价格昂贵。钪由于具有独有的特性,近20年来其在新型电光源材料、激光材料、合金添加剂和金属改性剂方面有较好的应用。这些含钪材料已广泛应用于航天、核能、冶金和军工等领域,且发展较快,前景很好。
目前对于高铁赤泥的利用思路一般是先提铁再综合利用渣子,但是高铁赤泥中渣铁的分离仍然存在着问题。从高铁赤泥中回收铁的研究很多,比如申请号为200910044285.8的中国专利申请公开了一种从氧化铝赤泥中回收铁精矿的方法,先用中磁机回收强磁性铁精矿,得到的尾矿再经过高梯度磁选机回收弱磁性铁精矿,将强磁性铁精矿和弱磁性铁精矿合并后脱水得到铁精矿,铁精矿的TFe≥54%,Fe的回收率为28~35%。申请号为200510200493.4的中国专利申请公开了一种从高铁铝土矿中提取铁和铝的方法,该方法采用烧结、高炉冶炼,由于炉渣中Al2O3的含量高达32~36%致使高炉无法正常生产。申请号为200510200559.X的中国专利申请公开了一种赤泥中回收铁的方法,赤泥与煤和海绵铁粉混合,挤压成型干燥后与工业煤一同加入回转窑还原焙烧,冷却后送磁选工序,得到的海绵铁粉与粘结剂和生石灰混合后挤压成型、干燥,得到海绵铁球块产品。申请号为201210022603.2的中国专利申请公开了一种赤泥制作还原铁的工艺方法,将赤泥和促进剂按一定比例混合制成压坯,将压坯与还原剂装入还原罐再装入窑车,将窑车利用隧道窑在1100-1300℃之间焙烧20~50小时,成品中Fe含量为73%。上述专利申请存在着耗能高、效率差的缺点等待改进。
发明内容
为了克服上述的技术问题,本发明提供了一种技术上可行、经济上合理的高铁赤泥综合利用方法,从而充分利用我国的高铁赤泥资源。
本发明的方法包括:
1)将烘干后的高铁赤泥、碳质还原剂、添加剂混匀得到混合料,其中碳质还原剂的配入量为赤泥的10~20%,添加剂的配入量为混合料的1~3%;
2)向混合料内加入占混合料重量比的8~12%的水,混匀后制成球团,烘干备用;
3)事先在炉底耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉,并将烘干后的球团单层或双层铺在转底炉的炉底耐火材料上,转底炉内的温度为1350~1450℃,还原时间为10~20min,球团排除后经过冷却、破碎、磁选,最终获得碳含量为1~3%的可用于炼钢的珠铁和Sc2O3品位在150~230ppm的熔分渣两种产品;
4)在耐酸反应罐中加入18~30%的盐酸,再加入熔分渣,液固比为8:1,反应温度为50~80℃,反应1~3小时后过滤,可得含钪为23~28mg/L的浸出液,浸出率在90%以上。
所述的高铁赤泥的全铁含量在25~52%之间,Sc2O3含量为50~150ppm,Al2O3含量为15~25%,SiO2含量为5~10%,TiO2含量为3%~10%,CaO含量为1~5%,Na2O含量为4~8%,余量为一些结晶水等易烧损的物质;
所述碳质还原剂为煤粉或焦粉,固定碳含量在80%以上,灰分在10%以下,粒度小于80目;
所述添加剂包括CaO、CaF2、Na2CO3,本领域可以根据赤泥和碳质还原剂组成调节其用量。
所述步骤3)中还原熔分温度为1350~1450℃,还原熔分时间为10~20min。
所述步骤4)中盐酸浓度为18~30%,液固比为8:1,反应温度为50~80℃,反应时间为1~3小时。
本发明的特征在于以转底炉为主要设备,利用高铁赤泥、碳质还原剂和添加剂为原料,经过配料、混匀、造块、转底炉还原熔分、破碎、磁选等工序制得碳含量为1~3%的珠铁和钪含量为150~230ppm的熔分渣,将熔分渣酸浸得到含钪23~28mg/L的浸出液,浸出渣用作水泥添加剂。
本项发明以转底炉为主要设备,辅助设备包括上料系统、料仓、电子皮带秤、混料机、造球机、烘干机、出料机、破碎机、磁选机、和皮带输送设备,耐酸罐等浸出设备。
本发明的优点是:
(1)使高铁赤泥中渣铁得以完全分离,进而可为高铁赤泥综合利用打下坚实基础。
(2)以煤为主要还原剂,符合我国的能源结构。
(3)以转底炉为主要设备进行渣铁分离,技术先进、生产灵活、成本低、适应性强,适合建设在赤泥堆坝附近,节省运输成本。
(4)熔分渣中铁含量较少,可减少后续酸浸工艺酸耗量,降低生产成本。
附图说明
图1为本发明工艺的原则流程
具体实施方式
下述实施例为对本发明的解释而不是限制。
本项发明以转底炉为主要设备,辅助设备包括上料系统、料仓、电子皮带秤、混料机、造球机、烘干机、出料机、破碎机、磁选机、和皮带输送设备,耐酸罐等浸出设备。具体的生产过程是:
原料条件为:高铁赤泥的全铁含量在25~52%之间,换算成铁氧化物含量在38~74%之间,Sc2O3品位在50~150ppm之间,Al2O3含量为15~25%,SiO2含量为5~10%,TiO2含量为3%~10%,CaO含量为1~5%,Na2O含量为4~8%,余量为一些结晶水等易烧损的物质。
碳质还原剂为煤粉或焦粉,固定碳含量在80%以上、灰分在10%以下、粒度小于80目。
添加剂为CaO、CaF2、Na2CO3。
工艺流程为:
(1)将赤泥、碳质还原剂、添加剂用混料机混匀,其中还原剂的配入量为赤泥的10~20%、添加剂的配入量为总料量的1~3%;
(2)添加的水量为混合料的8~12%,经混料机混匀后用造球机制成球团,烘干备用;
(3)事先在炉底耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉,后将烘干后的球团单层或双层铺在转底炉的炉底耐火材料上,转底炉内的温度为1350~1450℃,还原时间为10~20min,球团排除后经过冷却、破碎、磁选,最终获得碳含量为1~3%的可用于炼钢的珠铁和Sc2O3品位在150~230ppm的熔分渣两种产品;
(4)在耐酸反应罐中加入18~30%的盐酸,再加入熔分渣,液固比为8:1,反应温度为50~80℃,反应1~3小时后过滤,可得含钪为23~28mg/L的浸出液,浸出率在90%以上。
(5)经浸出工艺后的浸出渣可用作水泥添加剂,实现高铁赤泥的零排放综合利用。
由于该工艺中高铁赤泥、碳质还原剂带入珠铁中的硫较多,且反应体系脱硫条件差,为保证珠铁中硫含量相对合格,必须强化脱硫。如选择含硫低的还原剂、配加一定量的石灰、采取路外脱硫等。
制得珠铁和熔分渣后,珠铁可以代替废钢或作为炼钢冷却剂加入转炉或电炉;熔分渣中Sc2O3品位可达150~230ppm,含铁少可作为酸浸出钪的一种原料,浸出渣可用作水泥添加剂。
实施例1
将Fe2O3含量为50.46%的高铁赤泥、重量为高铁赤泥重量18%的煤粉和重量为高铁赤泥和煤粉重量总和2%的添加剂经过皮带输送至混料机混匀,并调节混匀料水分至10%。将混合好的混匀料经皮带输送至对辊压球机制成含碳球团,压力为17MPa,球团尺寸为40×30×21mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的碳质耐火材料上,事先在碳质耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉。转底炉内的温度为1350~1450℃,球团在转底炉内停留时间为10~20分钟,然后由出料机在出料口排出。排出的产品经冷却、破碎后送入磁选机磁选,选后磁性物质为珠铁,非磁性物质为熔分渣。其成分见表1、2、3。在耐酸反应罐中加入浓度为30%的盐酸400L,再加入50kg熔分渣,加热至60℃,反应1.5小时后过滤,得钪含量为24.4mg/L的含钪浸出液350L,浸出率为93%。
表1第一种高铁赤泥成分
表2珠铁成分
表3熔分渣成分
实施例2
将Fe2O3含量为45.87%的高铁赤泥、重量为高铁赤泥重量18%的煤粉和重量为高铁赤泥和煤粉重量总和2%的添加剂经过皮带输送至混料机混匀,并调节混匀料水分至10%。将混合好的混匀料经皮带输送至对辊压球机制成含碳球团,压力为17MPa,球团尺寸为40×30×21mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的碳质耐火材料上,事先在碳质耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉。转底炉内的温度为1350~1450℃,球团在转底炉内停留时间为10~20分钟,然后由出料机在出料口排出。排出的产品经冷却、破碎后送入磁选机磁选,选后磁性物质为珠铁,非磁性物质为熔分渣。其成分见表1、2、3。在耐酸反应罐中加入浓度为30%的盐酸400L,再加入50kg熔分渣,加热至60℃,反应1.5小时后过滤,得钪含量为27.4mg/L的含钪浸出液350L,浸出率为94%。
表4第二种高铁赤泥成分
表5珠铁成分
表6熔分渣成分
实施例3
将Fe2O3含量为45.87%的高铁赤泥、重量为高铁赤泥重量10%的煤粉和重量为高铁赤泥和煤粉重量总和1%的添加剂经过皮带输送至混料机混匀,并调节混匀料水分至12%。将混合好的混匀料经皮带输送至对辊压球机制成含碳球团,压力为17MPa,球团尺寸为40×30×21mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的碳质耐火材料上,事先在碳质耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉。转底炉内的温度为1350~1450℃,球团在转底炉内停留时间为10~20分钟,然后由出料机在出料口排出。排出的产品经冷却、破碎后送入磁选机磁选,选后磁性物质为珠铁,非磁性物质为熔分渣。其成分见表1、2、3。在耐酸反应罐中加入浓度为25%的盐酸400L,再加入50kg熔分渣,加热至80℃,反应1.5小时后过滤,得钪含量为25.2mg/L的含钪浸出液350L,浸出率为95.5%。
表7第三种高铁赤泥成分
表8珠铁成分
表9熔分渣成分
实施例4
将Fe2O3含量为45.87%的高铁赤泥、重量为高铁赤泥重量20%的煤粉和重量为高铁赤泥和煤粉重量总和3%的添加剂经过皮带输送至混料机混匀,并调节混匀料水分至8%。将混合好的混匀料经皮带输送至对辊压球机制成含碳球团,压力为17MPa,球团尺寸为40×30×21mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的碳质耐火材料上,事先在碳质耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉。转底炉内的温度为1350~1450℃,球团在转底炉内停留时间为10~20分钟,然后由出料机在出料口排出。排出的产品经冷却、破碎后送入磁选机磁选,选后磁性物质为珠铁,非磁性物质为熔分渣。其成分见表1、2、3。在耐酸反应罐中加入浓度为18%的盐酸400L,再加入50kg熔分渣,加热至50℃,反应1.5小时后过滤,得钪含量为28.4mg/L的含钪浸出液350L,浸出率为90.1%。
表10第四种高铁赤泥成分
表11珠铁成分
表12熔分渣成分
实施例5
将Fe2O3含量为35.71%的高铁赤泥、重量为高铁赤泥重量20%的煤粉和重量为高铁赤泥和煤粉重量总和3%的添加剂经过皮带输送至混料机混匀,并调节混匀料水分至8%。将混合好的混匀料经皮带输送至对辊压球机制成含碳球团,压力为17MPa,球团尺寸为40×30×21mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的碳质耐火材料上,事先在碳质耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉。转底炉内的温度为1350~1450℃,球团在转底炉内停留时间为10~20分钟,然后由出料机在出料口排出。排出的产品经冷却、破碎后送入磁选机磁选,选后磁性物质为珠铁,非磁性物质为熔分渣。其成分见表1、2、3。在耐酸反应罐中加入浓度为18%的盐酸400L,再加入50kg熔分渣,加热至50℃,反应1.5小时后过滤,得钪含量为28.4mg/L的含钪浸出液350L,浸出率为90.1%。
表13第五种高铁赤泥成分
表14珠铁成分
表15熔分渣成分
实施例6
将Fe2O3含量为63.7%的高铁赤泥、重量为高铁赤泥重量20%的煤粉和重量为高铁赤泥和煤粉重量总和3%的添加剂经过皮带输送至混料机混匀,并调节混匀料水分至8%。将混合好的混匀料经皮带输送至对辊压球机制成含碳球团,压力为17MPa,球团尺寸为40×30×21mm枕状椭球。生球经干燥后单层铺在转底炉的碳质耐火材料上,事先在碳质耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉。转底炉内的温度为1350~1450℃,球团在转底炉内停留时间为10~20分钟,然后由出料机在出料口排出。排出的产品经冷却、破碎后送入磁选机磁选,选后磁性物质为珠铁,非磁性物质为熔分渣。其成分见表1、2、3。在耐酸反应罐中加入浓度为18%的盐酸400L,再加入50kg熔分渣,加热至50℃,反应1.5小时后过滤,得钪含量为28.4mg/L的含钪浸出液350L,浸出率为90.1%。
表16第六种高铁赤泥成分
表17珠铁成分
表18熔分渣成分
Claims (7)
1.一种运用转底炉珠铁工艺综合利用高铁赤泥的方法,该方法主要包括:
(1)将烘干后的高铁赤泥、碳质还原剂、添加剂用混料机混匀得到混合料,其中碳质还原剂的配入量为赤泥重量比的10~20%,添加剂的配入量为混合料重量比的1~3%;
(2)向混合料内加入占混合料重量比的8~12%的水,经混料机混匀后用造球机制成球团,烘干;
(3)在炉底耐火材料上铺一层3~5mm厚的碳粉,将烘干后的球团单层或双层铺在碳粉上,后经转底炉还原、冷却、破碎、磁选,得珠铁和含钪熔分渣;
(4)向盐酸中加入含钪熔分渣,反应1~3小时后过滤,得含钪的浸出液。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述高铁赤泥的全铁含量为25~52%,Sc2O3含量为50~150ppm,Al2O3含量为15~25%,SiO2含量为5~10%,TiO2含量为3%~10%,CaO含量为1~5%,Na2O含量为4~8%。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述碳质还原剂为煤粉或焦粉,且固定碳含量大于80%,灰分不超过10%,粒度小于80目。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述添加剂包括CaO、CaF2和Na2CO3。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤3)中还原温度为1350~1450℃,还原时间为10~20min。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述盐酸浓度为18~30%,其和熔分渣的液固比为8:1,反应温度为50~80℃。
7.根据权利要求1~6任一方法制备的珠铁和含钪熔分渣。
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