CN104988322B - 赤泥和钢渣的综合处理方法 - Google Patents

赤泥和钢渣的综合处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种赤泥和钢渣的综合处理方法，包括：(1)将赤泥、钢渣和还原剂进行混合，以便得到混合物料；(2)将所述混合物料进行焙烧处理；(3)将步骤(2)所得反应产物进行分离处理，以便得到铁产品和尾渣。该方法可以同时实现赤泥和钢渣两种工业废弃物的综合利用，并且可以得到高品质的铁产品，从而从根本上解决这两种工业废弃物利用率低和长期堆存的难题。

Description

赤泥和钢渣的综合处理方法
技术领域
本发明属于金属冶炼领域，具体而言，本发明涉及一种赤泥和钢渣的综合处理方法。
背景技术
赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的最主要的固体废渣，目前，国内赤泥每年排放量超过3000万吨，除少部分应用于水泥生产、制砖等用途外，大多湿法露天筑坝堆存，现今赤泥累积堆存已超过1亿吨。赤泥的综合利用一直是一项世界性难题，已经成为严重制约我国氧化铝工业的可持续发展的问题。近些年，氧化铝行业利润率一直下降，目前多家企业处于亏损状态，赤泥堆场的建设不仅占用大量土地，而且维护费高昂，增加了氧化铝生产成本。另外，由于赤泥本身的酸性氧化物Al2O3、SiO2含量特别高，在还原过程中需要添加大量的石灰石作为碱性熔剂，而不加入石灰石时或加入量较少时，球团不能得到充分的还原，金属化率很低，不利于后续渣铁分离。当加入较多的石灰石后，石灰石中CaO在高温下则与FeO、SiO2、Al2O3形成钙铁橄榄石等低熔点化合物，导致球团软熔与耐火材料粘接严重。
钢渣为炼钢生产中产生的高碱度渣，每生产1吨钢要排出约0.12吨钢渣。目前我国钢铁渣的综合利用率仅为50％，钢渣的综合利用率仅为10％，其主要原因是钢渣的处理工艺和设备落后，致使钢渣的体积稳定性不良，达不到应用领域的要求，钢渣质硬、块大、不易破碎，目前钢渣综合利用率低，利用较难。如果堆放这些废渣将造成环境污染，而且因新建或扩建渣场需要大量征地和投资，给社会和企业均带来很大负担。转炉钢渣一般含有40～60％的CaO，其中10％左右的为游离的CaO，其余为硅酸二钙、硅酸三钙，1t钢渣相当于700～750kg石灰石。钢渣中，未溶解或过饱和析出的CaO是影响钢渣稳定性的重要物相，自由氧化钙是其利用过程中的难题。因此对于游离CaO含量高的钢渣不适于做水泥建材，只能考虑其他的利用方法。另外，由于钢渣中磷含量较高，也进一步限制了它的应用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种赤泥和钢渣的综合处理方法，该方法可以同时实现赤泥和钢渣两种工业废弃物的综合利用，并且可以得到高品质的铁产品，从而从根本上解决这两种工业废弃物利用率低和长期堆存的难题。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种赤泥和钢渣的综合处理方法。根据本发明的实施例，该方法包括：
(1)将赤泥、钢渣和还原剂进行混合，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料进行焙烧处理；
(3)将步骤(2)所得反应产物进行分离处理，以便得到铁产品和尾渣。
由此，根据本发明实施例的赤泥和钢渣的综合处理方法可以同时实现赤泥和钢渣两种工业废弃物的综合利用，并且可以得到高品质的铁产品，从而从根本上解决这两种工业废弃物利用率低和长期堆存的难题。
另外，根据本发明上述实施例的赤泥和钢渣的综合处理方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，在步骤(1)中，所述赤泥、所述钢渣和所述还原剂按照质量比为100：(10～30)：(10～30)进行混合。由此，不仅可以显著促进赤泥中氧化铁的还原，而且可以保证钢渣中的磷元素脱除完全。
在本发明的一些实施例中，所述赤泥和钢渣的综合处理方法进一步包括：(4)在将所述混合物料进行焙烧处理之前，预先对所述混合物料进行成型处理，以便得到混合球团。由此，可以进一步提高焙烧处理过程金属铁的还原效果。
在本发明的一些实施例中，所述混合物料的四元碱度为0.3～1，所述混合物料中的钠盐为0.5～5wt％。由此，可以实现焙烧过程中金属铁和磷的分离，从而提高铁产品的品位。
在本发明的一些实施例中，所述焙烧处理的温度为1050～1280℃。由此，可以减少磷进入金属铁粉中，由于磷的还原属于吸热反应，温度越高，C对磷的还原作用越显著，因此还原温度要尽量降低，同时为了将铁充分还原和聚集长大，还原温度不宜过低，以进一步提高铁产品的品位。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的赤泥和钢渣的综合处理方法的流程示意图；
图2是根据本发明再一个实施例的赤泥和钢渣的综合处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种赤泥和钢渣的综合处理方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将赤泥、钢渣和还原剂进行混合，以便得到混合物料；(2)将所述混合物料进行焙烧处理；(3)将步骤(2)所得反应产物进行分离处理，以便得到铁产品和尾渣。发明人发现，通过将赤泥、钢渣和还原剂混合，可以将钢渣中的氧化钙作为焙烧过程中赤泥中的氧化铁的助熔剂，从而降低氧化铁的焙烧处理温度，并且可以有效促进金属铁的还原，同时赤泥中的钠盐连同钢渣中的氧化钙可以有效脱除钢渣带来的有害元素磷元素，进而再经分离处理可以得到高品质的铁产品，与现有技术相比，本方法可以同时实现赤泥和钢渣两种工业废弃物的综合利用，并且通过采用工业废弃物钢渣对赤泥进行处理，可以显著降低赤泥的处理成本，同时实现化害为利，变废为宝，从而从根本上解决这两种工业废弃物利用率低和长期堆存的难题。
下面参考图1-2对本发明实施例的赤泥和钢渣的综合处理方法进行详细描述。根据本发明的实施例，该方法包括：
S100：将赤泥、钢渣和还原剂进行混合
根据本发明的实施例，将赤泥、钢渣和还原剂进行混合，从而可以得到混合物料。发明人发现，通过将赤泥、钢渣和还原剂混合，可以将钢渣中的氧化钙作为焙烧过程中赤泥中的氧化铁的助熔剂，从而降低氧化铁的焙烧处理温度，并且可以有效促进金属铁的还原，同时赤泥中的钠盐连同钢渣中的氧化钙可以有效脱除钢渣带来的有害元素磷元素，进而再经分离处理可以得到高品质的铁产品，与现有技术相比，本方法可以同时实现赤泥和钢渣两种工业废弃物的综合利用，并且通过采用工业废弃物钢渣对赤泥进行处理，可以显著降低赤泥的处理成本，同时实现化害为利，变废为宝，从而从根本上解决这两种工业废弃物利用率低和长期堆存的难题。
根据本发明的一个实施例，赤泥、钢渣和还原剂的混合比例并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，赤泥、钢渣和还原剂可以按照质量比为100：(10～30)：(10～30)进行混合。发明人发现，若钢渣含量过低，使得钢渣中氧化钙对赤泥中氧化铁的助熔效果不明显，而钢渣的含量过高，会严重影响所得铁产品的品位，并且发明人通过大量实验意外发现，将赤泥、钢渣和还原剂按照质量比为100：(10～30)：(10～30)进行混合时，可以充分发挥钢渣中氧化钙的助熔效果，并且所得铁产品的品位最优。
根据本发明的再一个实施例，还原剂的具体类型并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，还原剂可以为含碳还原剂，例如可以为粉煤。由此，可以显著降低原料成本。
根据本发明的又一个实施例，混合物料的四元碱度和钠盐含量并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，混合物料的四元碱度可以为0.3～1，混合物料中的钠盐可以为0.5～5wt％。发明人发现，在高温还原条件下，赤泥中铁氧化物与酸性氧化物SiO2、Al2O3结合，严重影响铁的还原，而加入含CaO的物质，CaO可以与SiO2或Al2O3结合后，可以将铁置换出来，有利于促进铁的还原；并且钠盐起到的作用与碱性氧化物CaO类似，皆能从复合化合物2FeO·SiO2和FeO·Al2O3上置换出FeO，从而提高FeO的活度，促使原来复合化合物中FeO的游离出来还原成铁，同时CaO和钠盐的另外还有一个重要的作用就是与含磷氧化物结合，生成磷酸钙、Na2O·P2O5等物质起到固磷的作用，通过磨矿磁选金属铁可与含磷脉石成分实现分离；若碱度和钠盐过低，不利于铁的还原和磷的脱除，达不到脱磷的效果；而若碱度和钠盐过高需要加入大量的CaO，不能继续提高铁的还原和磷的脱除率，没有必要。
S200：将混合物料进行焙烧处理
根据本发明的实施例，将上述得到的混合物料进行焙烧处理。发明人发现，通过将赤泥、钢渣和还原剂混合进行焙烧处理，可以将钢渣中的氧化钙作为焙烧过程中赤泥中的含铁氧化物的助熔剂，从而降低含铁氧化物的焙烧处理温度，并且可以有效促进金属铁的还原，同时在焙烧过程中，赤泥中的钠盐连同钢渣中的氧化钙可以有效脱除钢渣带来的有害元素磷元素，进而再经分离处理可以得到高品质的铁产品。
根据本发明的一个实施例，焙烧处理的温度并不受特别限制，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，根据本发明的具体实施例，焙烧处理的温度可以为1050～1280℃。发明人发现，若温度过高，钢渣中带进来的磷元素主要以磷酸钙形式存在，另外还有部分的磷灰石，高温条件下，含磷矿物呈现细粒聚集状态且与还原铁颗粒紧密共生，即大部分磷元素进入到金属铁粉中，从而在后续分离过程很难实现金属铁和含磷矿物的分离，进而降低铁产品的品位。由此，选择焙烧处理的温度为1050～1150℃可以保证所得铁产品具有较高的品位。
S300：对S200所得反应产物进行分离处理
根据本发明的实施例，对步骤S200所得反应产物进行分离处理，从而可以得到铁产品和尾渣。该步骤中，具体的，可以对步骤S200得到的反应产物进行破碎后进行多段磨矿和磁选，从而实现铁产品和尾渣的分离。
根据本发明实施例的赤泥和钢渣的综合处理方法通过将赤泥、钢渣和还原剂混合，可以将钢渣中的氧化钙作为焙烧过程中赤泥中的氧化铁的助熔剂，从而降低氧化铁的焙烧处理温度，并且可以有效促进金属铁的还原，同时赤泥中的钠盐连同钢渣中的氧化钙可以有效脱除钢渣带来的有害元素磷元素，进而再经分离处理可以得到高品质的铁产品，与现有技术相比，本方法可以同时实现赤泥和钢渣两种工业废弃物的综合利用，并且通过采用工业废弃物钢渣对赤泥进行处理，可以显著降低赤泥的处理成本，同时实现化害为利，变废为宝，从而从根本上解决这两种工业废弃物利用率低和长期堆存的难题。
参考图2，根据本发明实施例的赤泥和钢渣的综合处理方法进一步包括：
S400：在将混合物料进行焙烧处理之前，预先对混合物料进行成型处理
根据本发明的实施例，在将混合物料进行焙烧处理之前，预先对混合物料进行成型处理，从而可以得到混合球团。由此，可以显著提高焙烧处理过程中混合物料中金属铁的还原效果，进而经分离处理可以得到品位不低于85wt％的铁产品。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
将赤泥(干基重)、钢渣和粉煤按照质量比为100：15：22进行配料，然后将所得混合配料混匀，得到混合物料，其中，混合物料的四元碱度((CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3))为0.36，钠盐为3.96wt％，接着对混合物料进行成型处理，得到混合球团，然后将混合球团在1100～1150℃下进行还原焙烧处理，接着将所得焙烧产物破碎后进行两段磨矿和两段磁选，最终得到合格的金属铁粉和尾渣，其中，金属铁粉中TFe品位为85.4wt％，铁回收率为88.2wt％，P含量为0.10wt％，磷的脱出率为90.2wt％。
实施例2
将赤泥(干基重)、钢渣和粉煤按照质量比为100：20：20进行配料，然后将所得混合配料混匀，得到混合物料，其中，混合物料的四元碱度((CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3))为0.42，钠盐为3.79wt％，接着对混合物料进行成型处理，得到混合球团，然后将混合球团在1150～1180℃下进行还原焙烧处理，接着将所得焙烧产物破碎后进行两段磨矿和两段磁选，最终得到合格的金属铁粉和尾渣，其中，金属铁粉中TFe品位为90.4wt％，铁回收率为84.47wt％，P含量为0.09wt％，磷的脱出率为91.7wt％。
实施例3
将赤泥(干基重)、钢渣和粉煤按照质量比为100：25：18进行配料，然后将所得混合配料混匀，得到混合物料，其中，混合物料的四元碱度((CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3))为0.49，钠盐为3.68wt％，接着对混合物料进行成型处理，得到混合球团，然后将混合球团在1050～1150℃下进行还原焙烧处理，接着将所得焙烧产物破碎后进行两段磨矿和两段磁选，最终得到合格的金属铁粉和尾渣，其中，金属铁粉中TFe品位为91.57wt％，铁回收率为86.72wt％，P含量为0.10wt％，磷的脱出率为92.3wt％。
实施例4
将赤泥(干基重)、钢渣和粉煤按照质量比为100：25：18进行配料，然后将所得混合配料混匀，得到混合物料，其中，混合物料的四元碱度((CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3))为0.49，钠盐为3.68wt％，接着对混合物料进行成型处理，得到混合球团，然后将混合球团在1050～1280℃下进行还原焙烧处理，接着将所得焙烧产物破碎后进行两段磨矿和两段磁选，最终得到合格的金属铁粉和尾渣，其中，金属铁粉中TFe品位为92.13wt％，铁回收率为85.62wt％，P含量为0.19wt％，磷的脱出率为92.3wt％。
实施例5
将赤泥(干基重)、钢渣和粉煤按照质量比为100：20：30进行配料，然后将所得混合配料混匀，得到混合物料，其中，混合物料的四元碱度((CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3))为0.45，钠盐为2.31wt％，接着对混合物料进行成型处理，得到混合球团，然后将混合球团在1180℃下进行还原焙烧处理，接着将所得焙烧产物破碎后进行两段磨矿和两段磁选，最终得到合格的金属铁粉和尾渣，其中，金属铁粉中TFe品位为92.1wt％，铁回收率为84wt％，P含量为0.14wt％，磷的脱出率为88.5wt％。
实施例6
将赤泥(干基重)、钢渣和粉煤按照质量比为100：20：30进行配料，然后将所得混合配料混匀，得到混合物料，其中，混合物料的四元碱度((CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3))为0.45，钠盐为2.31wt％，接着对混合物料进行成型处理，得到混合球团，然后将混合球团在1280℃下进行还原焙烧处理，接着将所得焙烧产物破碎后进行两段磨矿和两段磁选，最终得到合格的金属铁粉和尾渣，其中，金属铁粉中TFe品位为91.9wt％，铁回收率为86.32wt％，P含量为0.17wt％，磷的脱出率为85.56wt％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种赤泥和钢渣的综合处理方法，其特征在于，包括：
(1)将赤泥、钢渣和还原剂进行混合，以便得到混合物料；
(2)将所述混合物料进行焙烧处理；
(3)将步骤(2)所得反应产物进行分离处理，以便得到铁产品和尾渣，
在步骤(1)中，所述赤泥、所述钢渣和所述还原剂按照质量比为100：(10～30)：(10～30)进行混合，
所述混合物料的四元碱度为0.3～1，所述混合物料中的钠盐为0.5～5wt％，所述焙烧处理的温度为1050～1280℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
(4)在将所述混合物料进行焙烧处理之前，预先对所述混合物料进行成型处理，以便得到混合球团。
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