CN103805726B - 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

一种运用转底炉珠铁工艺综合利用高铁赤泥的方法
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 (5)

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；
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％。
2.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。
3.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。
4.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。
5.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℃。
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