CN105969975A - 从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法 - Google Patents

从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，包括：将高铁铝土矿石进行磨矿处理，以便得到高铁铝土矿粉；向高铁铝土矿粉中加入氢氧化钠、石灰石和水并进行混合成型，以便得到高铁铝土矿球团；将高铁铝土矿球团进行氧化焙烧处理，以便得到焙烧物料球团；将焙烧物料球团在气基竖炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团；以及将金属化球团进行水磨和磁选处理，以便分别得到金属铁和铝的富集物。该方法工艺流程紧凑、能耗低，能够实现高铁铝土矿石中铁和铝有效分离。其中，金属铁回收率在90％以上，铝的富集率高于95％。

Description

从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，特别涉及一种从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法。
背景技术
随着经济的高速增长，铝土矿需求量不断增大，对铝土矿的品质要求愈来愈高。铝土矿作为含铁较高的复合矿石，同时回收铁、铝，高效利用矿产资源成为亟需解决的重要技术方向。
高铝矿气基直接还原—磨选新工艺，将铝土矿经过细磨—造球—焙烧—还原—磁选，不仅回收了金属铁，且得到高品位的A12O3。气基还原过程是气固反应，反应温度低，还原后的金属铁不易长大，磁选分离技术是技术关键。
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短流程、低能耗、高铁回收率的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法。
为此，在本发明的一个方面，本发明提出了一种从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，该方法包括：将所述高铁铝土矿石进行磨矿处理，以便得到高铁铝土矿粉；向所述高铁铝土矿粉中加入氢氧化钠、石灰石和水并进行混合成型，以便得到高铁铝土矿球团；将所述高铁铝土矿球团进行氧化焙烧处理，以便得到焙烧物料球团；将所述焙烧物料球团在气基竖炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团；以及将所述金属化球团进行水磨和磁选处理，以便分别得到金属铁和铝的富集物。
由此采用该方法以“磨矿-造球-焙烧-还原-磁选”为主要流程。将高铁铝土矿石细磨后与氢氧化钠、石灰石和水等混合造球并进行氧化焙烧，克服了高粘土矿难造球的问题，进一步地，在竖炉气基还原工艺下进行直接还原处理，经过对还原后的金属化球团进行细磨磁选，可以得到的金属铁回收率在90％以上，铝的富集率高于95％。该方法工艺流程紧凑、能耗低，能够实现高铁铝土矿石中铁和铝有效分离。
另外，根据本发明上述实施例的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的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，所述高铁铝土矿粉中粒径小于74μm的颗粒占60重量％。由此通过对高铁铝土矿进行细磨至74μm，有利于高铁铝土矿石与氢氧化钠、石灰石和水的混合，进而有效克服高粘土矿难造球的问题，并为后期铁铝分离提供保障。
在本发明的一些实施例中，向所述高铁铝土矿粉中加入1.5-3重量％的氢氧化钠、3-5重量％的石灰石和8重量％的水并进行混合成型，以便得到高铁铝土矿球团。由此按照该配比进行混合成型可以有效制备得到高铁铝土矿球团，为后期铁铝分离提供保障。
在本发明的一些实施例中，所述直接还原处理的温度为800-900摄氏度。由此采用该直接还原温度有利于焙烧物料球团进行充分的气固反应，便于金属铁晶粒的生长。
在本发明的一些实施例中，所述还原焙烧处理的时间为3-4小时。由此在上述直接还原处理温度下处理3-4小时有利于焙烧物料球团与还原气充分的进行还原反应，保证金属铁晶粒的生长，进而有利于磁选分离。
在本发明的一些实施例中，将所述还原焙烧金属化球团与水按照1：0.5质量比进行所述水磨。由此采用该质量比进行水磨有利于控制金属化球团的粒径，便于后续磁选处理，实现铁和铝的高效分离和富集。
在本发明的一些实施例中，所述直接还原处理是以氢气和一氧化碳为主的还原气氛下进行的，其中，所述还原气氛中的氢碳摩尔比2～4：1。由此采用氢气和一氧化碳作为还原气氛能够实现氧化焙烧球团高效还原，还原产物主要为水和二氧化碳气体，便于后续回收处理。进一步地，还原气氛中的氢碳摩尔比2～4：1。由此可以高效实现氧化焙烧球团的还原，得到高金属化率的金属化球团，实现金属铁和铝的富集。
在本发明的一些实施例中，所述磁选处理的磁场强度为1000～2000Oe。由此有利于磁性铁和非磁性铝高效分离，实现高的铁回收率和铝的富集。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的从高铁铝土矿中分离铁和铝的方法流程图。
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。
根据本发明的一个方面，本发明提出了一种从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法。下面参考图1描述本发明具体实施例的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法。
根据本发明具体实施例的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法包括：将高铁铝土矿石进行磨矿处理，以便得到高铁铝土矿粉；向高铁铝土矿粉中加入氢氧化钠、石灰石和水并进行混合成型，以便得到高铁铝土矿球团；将高铁铝土矿球团进行氧化焙烧处理，以便得到焙烧物料球团；将焙烧物料球团在气基竖炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团；以及将金属化球团进行水磨和磁选处理，以便分别得到金属铁和铝的富集物。
该方法以“磨矿-造球-焙烧-还原-磁选”为主要流程。通过将高铁铝土矿石细磨后与氢氧化钠、石灰石和水等混合造球，可以有效克服了高粘土矿石难造球的问题，制备得到高铁铝土矿球团。将该高铁铝土矿球团进行氧化焙烧后得到的焙烧物料球团的抗压强度可达到2000N，满足竖炉还原要求。进一步地，在竖炉气基还原工艺下直接还原处理，经过对还原后的金属球团进行细磨磁选，得到的金属铁回收率在90％以上，铝的富集率高于95％，工艺流程紧凑、能耗低，实现了高铁铝土矿石中铁和铝有效分离。
根据本发明的具体实施例，预先对高铁铝土矿石进行磨矿处理，具体地，可以将其细磨至粒径为74μm以下。由此可以便于后续高铁铝土矿石成型。根据本发明的具体实施例，磨矿处理得到的高铁铝土矿粉中粒径小于74μm的颗粒占60重量％，由此有利于高铁铝土矿石与氢氧化钠、石灰石和水的混合克服高粘土矿难造球的问题，并为后期铁铝分离提供保障。
根据本发明的具体实施例，进一步地，将高铁铝土矿石经过磨矿处理后得到的高铁铝土矿粉进行造球。具体地，向高铁铝土矿粉中加入氢氧化钠、石灰石和水并进行混合成型，以便得到高铁铝土矿球团。根据本发明的具体实施例，可以向高铁铝土矿粉中加入1.5-3重量％的氢氧化钠、3-5重量％的石灰石和8重量％的水并进行混合成型，以便得到高铁铝土矿球团。由此按照该配比进行混合成型可以有效制备得到高铁铝土矿球团，为后期铁铝分离提供保障。
根据本发明的具体实施例，由于高铁铝土矿石属于黏土类矿物，其中铁含量为15-30重量％，铝含量为40-55重量％。为了保证还原过程中铝晶粒的聚合和生长，便于后续磁选选矿，发明人发现，通过加入1.5～3重量％的氢氧化钠可以促进铝的聚集和长大，进而有助于磁选时铁铝的充分分离；另外，由于高铁铝土矿在造球过程中容易出现母球形成不规则并相互粘结的现象。为了解决这一难题，发明人发现，通过配加3～5重量％的石灰石，可以有效保证成球率和强度。具体地，造球过程中，首先向高铁铝土矿粉中添加石灰石和氢氧化钠进行干混5分钟，然后添加8重量％的水进行造球。由此可以得到球形规则、成球率高并具有一定强度的高铁铝土矿球团，进而为后期铁铝分离提供了保障。
根据本发明的具体实施例，对高铁铝土矿球团进行氧化焙烧可以在1100-1300摄氏度下进行。由此采用该氧化焙烧温度处理有利于得到用于直接还原的焙烧物料球团。根据本发明的具体实施例，通过上述造球焙烧方法得到的焙烧物料球团的抗压强度大于2000N。进而可以便于后续直接还原处理。
根据本发明的具体实施例，进一步地，对焙烧物料球团进行直接还原处理可以在气基竖炉内进行。具体地，直接还原处理的温度为800-900摄氏度。由此采用该还原焙烧温度有利于氧化焙烧球团进行充分的气固反应，便于金属铁晶粒的生长。并且直接还原处理的时间可以为3-4小时。由此在上述直接还原温度下处理3-4小时有利于氧化焙烧球团与还原气氛充分的进行还原反应，保证金属铁晶粒的生长，可得到金属化率为85％以上的金属化球团，进而有利于磁选分离。
根据本发明的具体实施例，直接还原处理的气基竖炉内的还原气氛以氢气和一氧化碳为主，其中，所述还原气氛中的氢碳摩尔比2～4：1。由此通过控制还原气氛中的氢碳摩尔比2～4：1，可以高效实现氧化焙烧球团的还原，得到高金属化率的金属化球团，实现金属铁和铝的富集。
根据本发明的具体实施例，在还原过程中采用气基竖炉还原工艺将焙烧后的球团装入竖炉中，升温至300℃时通入氮气保护以防球团被氧化，升温到800-900℃后切换成还原气体，进行直接还原，进一步提高了氧化焙烧球团的还原效率，还原后的金属化球团可直接进行细磨磁选，工艺流程紧凑，进一步降低了整个工序的能耗。
根据本发明的具体实施例，焙烧物料球团经过直接还原处理后得到金属化球团，进一步地，通过将金属化球团进行水磨和磁选处理，以便分别得到金属铁和铝的富集物。
根据本发明的具体实施例，可以将所述还原焙烧金属化球团与水按照1：0.5质量比进行所述水磨。由此采用该质量比进行水磨有利于控制金属化球团的粒径，便于后续磁选处理。发明人发现经过细磨后铁和铝更容易分离，磁选出的铁可以直接用于炼钢原料，进而实现了铁和铝的高效分离和富集。
根据本发明的具体实施例，磁选处理的磁场强度可以为1000～2000Oe。由此采用磁选处理保证产物中除铁和铝外无杂质掺杂，保证了产物纯度，同时采用的分段磁选磁场的场强范围为1000～2000Oe可以实现磁性铁和非磁性铝高效分离，磁选后铁被富集在磁选管中，铁的回收率在90％左右，非磁性铝得到富集，铝富集铝在95％以上，进而实现高的铁回收率以及铝的高效富集。发明人在实际操作中还可以对磁选后的产物进行二次、三次甚至多次磁选处理，既保证了产物的纯度，又有利于磁性铁和非磁性铝完全分离，得到的铁和铝回收率较高。
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
选用广西平果铝土矿，铁品位22.54％，铝品位44.76％，硅含量7.32％。将该铝土矿磨制粒度74μm以下的粒径占60％以上，配加2％的NaOH试剂、3.5％的石灰石、8％的水进行造球，将造好的球干燥，在1350℃进行焙烧10分钟，焙烧后球团抗压强度≥2000N。
将上述满足抗压强度的焙烧后球团在竖炉内进行气基还原，还原温度在850℃，还原气为H2和CO，其中H：C＝3：1，还原3h，得到金属化率为87.94％的金属化球团。还原后的球团进行湿磨，还原球团与配加水的质量比为1：0.5，球磨20min，金属化球团磨至74μm以下，选用磁场强度1500Oe进行磁选，将一段得到的中矿继续磨20min，选用磁场强度1000Oe对其进行二次磁选。得到的金属铁回收率在89％，铝富集率为95％。
实施例2
选用河南铝土矿，铁品位27.23％，铝品位48.54％，硅含量6.32％。将该铝土矿磨制粒度74μm以下的粒径占60％以上，配加3％的NaOH试剂、5％的石灰石、8％的水进行造球，将造好的球干燥，在1370℃进行焙烧10分钟，焙烧后球团抗压强度≥2000N。
将上述满足抗压强度的焙烧后球团在竖炉内进行气基还原，还原温度在900℃，还原气中H2和CO的浓度高于90％，其中H：C＝4：1，还原3.5h，得到金属化率为90.78％的金属化球团。还原后的球团进行湿磨，还原球团与配加水的质量比为1：0.5，球磨20min，金属化球团磨至74μm以下，选用磁场强度2000Oe进行磁选，将一段得到的中矿继续磨10min，选用磁场强度1500Oe对其进行二次磁选。得到的金属铁回收率在90％，铝富集率为96％。
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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，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。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 (8)

1.一种从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，其特征在于，包括：
将所述高铁铝土矿石进行磨矿处理，以便得到高铁铝土矿粉；
向所述高铁铝土矿粉中加入氢氧化钠、石灰石和水并进行混合成型，以便得到高铁铝土矿球团；
将所述高铁铝土矿球团进行氧化焙烧处理，以便得到焙烧物料球团；
将所述焙烧物料球团在气基竖炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团；以及
将所述金属化球团进行水磨和磁选处理，以便分别得到金属铁和铝的富集物。
2.根据权利要求1所述的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，其特征在于，所述高铁铝土矿粉中粒径小于74μm的颗粒占60重量％。
3.根据权利要求1或2所述的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，其特征在于，向所述高铁铝土矿粉中加入1.5-3重量％的氢氧化钠、3-5重量％的石灰石和8重量％的水并进行混合成型，以便得到高铁铝土矿球团。
4.根据权利要求1-3任一项所述的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，其特征在于，所述直接还原处理的温度为800-900摄氏度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，其特征在于，所述直接还原处理的时间为3-4小时。
6.根据权利要求1-5任一项所述的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，其特征在于，所述直接还原处理是以氢气和一氧化碳为主的还原气氛下进行的，其中，所述还原气氛中的氢碳摩尔比2～4：1。
7.根据权利要求1-6任一项所述的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，其特征在于，所述磁选处理的磁场强度为1000～2000Oe。
8.根据权利要求1-7任一项所述的从高铁铝土矿石中分离铁和铝的方法，其特征在于，将所述还原焙烧金属化球团与水按照1：0.5质量比进行所述水磨。
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