CN106702141B - 一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法 - Google Patents

一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法，将赤泥原料依次干燥和氧化，得到氧化赤泥，氧化赤泥在煤气中进行还原焙烧，得到赤泥铁粉，赤泥铁粉与锰粉、氧化锰粒和焦粒混合，将得到的混合物料焙烧得到赤铁锰铝复合材料，本发明减少了高铁锰矿的用量，提升了赤泥的利用价值，增加了废料赤泥的处理量，保护环境，同时降低生产成本，得到的赤铁锰铝复合材料性能优良。

Description

一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法
技术领域
本发明涉及工业废渣资源化利用技术领域，尤其涉及一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法。
背景技术
赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物，每生产一吨氧化铝，大约产生赤泥0.8～1.5吨。随着氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的年产生量还将不断增加，累积的赤泥不仅占用大量土地，其中的碱性物质还将污染环境。因此，进行赤泥综合利用已成为氧化铝行业发展循环经济，建设“资源节约型”和“环境友好型”社会的必然要求。
赤泥的处理和综合利用，一直是困扰世界各国氧化铝生产的难题之一。现有技术中，科研人员做了很多相关研究，主要是提取其中的有价金属和利用赤泥生产建筑材料及过滤剂，如CN102838299A公开了利用电解锰渣和赤泥生产水泥、CN104028538B公开了赤泥酸化后适用于生产建筑材料、发泡剂和消防产品、CN100370040公开了从赤泥中提取钪的方法、CN104529518B公开了利用铅锌矿尾矿、赤泥和粉煤灰制备泡沫陶瓷、CN103464090B公开了赤泥经改性后吸附艳蓝染料。但是现有技术中没有关于利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的相关报道。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法，减少高铁锰矿的用量，提升了赤泥的利用价值，增加了废料赤泥的处理量，保护环境，同时降低生产成本。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将赤泥原料依次干燥和氧化，得到氧化赤泥；
(2)将所述步骤(1)得到的氧化赤泥在煤气中进行还原焙烧，得到赤泥铁粉；
(3)将所述步骤(2)得到的赤泥铁粉与回收锰粉、氧化锰粒和焦粒混合，将得到的混合物料焙烧得到赤铁锰铝复合材料。
优选地，所述步骤(3)中混合物料包括以下质量含量的组分：赤泥铁粉35～45％、锰粉和氧化锰粒之和45～55％、焦粒5～15％。
优选地，所述步骤(3)的混合物料中还包括硅石，所述混合物料中硅石的质量含量为(0,1％]。
优选地，所述步骤(3)中焙烧包括两段焙烧，分别为第一段焙烧和第二段焙烧，所述第一段焙烧的温度为600～1000℃，所述第二段焙烧的温度为1050～1500℃。
优选地，所述步骤(2)中还原焙烧的温度为1000～1250℃，所述还原焙烧的时间为10～30min。
优选地，所述步骤(1)中干燥的温度为100～400℃，所述氧化的温度为450～950℃。
优选地，所述步骤(3)焙烧后还包括：依次将所述焙烧产物冷却和破碎。
优选地，所述冷却的温度为20～100℃，所述冷却的时间为10～20min。
优选地，所述破碎的粒度为0.1～0.5mm。
优选地，所述步骤(2)中还原焙烧后还包括：将还原焙烧的产物破碎。
本发明提供了一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法，将赤泥原料依次干燥和氧化，得到氧化赤泥，氧化赤泥在煤气中进行还原焙烧，得到赤泥铁粉，赤泥铁粉与锰粉、氧化锰粒和焦粒混合，将得到的混合物料焙烧得到锰铁复合材料。本发明提供的方法以赤泥为原料，减少了高铁锰矿的用量，提升了赤泥的利用价值，增加了废料赤泥的处理量，保护环境，同时降低生产成本；而且本发明制备得到的锰铁复合材料性能优良，比普通锰铝材料硬度更强，比普通锰铝材料的铝含量高，有害元素磷含量低。
具体实施方式
本发明提供了一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法，包括以下步骤：
(1)将赤泥原料依次干燥和氧化，得到氧化赤泥；
(2)将所述步骤(1)得到的氧化赤泥在煤气中进行还原焙烧，得到赤泥铁粉；
(3)将所述步骤(2)得到的赤泥铁粉与锰粉、氧化锰粒和焦粒混合，将得到的混合物料焙烧得到赤铁锰铝复合材料。
本发明将赤泥原料依次干燥和氧化，得到氧化赤泥。本发明对所述赤泥原料的来源没有任何特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的铝土矿生产氧化铝过程中产生的废弃赤泥。
在本发明中，所述赤泥原料的品位优选为50.6％～70.3％，更优选为55.4～63.1％，最优选为60.2～62.7％。
在本发明中，所述赤泥原料中CaO的含量优选为2.71～3.2％，更优选为2.8～2.9％。
在本发明中，所述赤泥原料中铁元素的含量优选为55～65％，更优选为60～62％。
在本发明中，所述干燥的温度优选为100～400℃，更优选为150～350℃，最优选为200～300℃；所述干燥的时间优选为30～60min，更优选为45～55min。
本发明对所述干燥的方式没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥方式即可；在本发明实施例中优选采用热气流干燥。
在本发明中，所述赤泥原料干燥后含水率优选为5～20％，更优选为10～15％。
在本发明中，所述氧化的温度优选为450～950℃，更优选为550～900℃，最优选为600～850℃；所述氧化的时间优选为5～30min，更优选为15～20min。
得到氧化赤泥后，本发明将氧化赤泥在煤气中进行还原焙烧，得到赤泥铁粉。
在本发明中，所述还原焙烧的温度优选为1000～1250℃，更优选为1100～1200℃，所述还原焙烧的时间优选为10～30min，更优选为15～20min。
在本发明中，对所述干燥、氧化以及还原焙烧的装置没有任何特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的装置即可；在本发明实施例中优选在回转窑中进行干燥、氧化以及还原焙烧，包括以下步骤：
采用装载机将赤泥原料通过给料机均匀达到回转窑进料口，首先进行预热烘干，赤泥原料在回转窑内和热气流逆向移动，干燥后赤泥原料的含水率为20％，干燥后的赤泥原料进入氧化段进行氧化，干燥后的赤泥原料中的FeO和Fe2O3被氧化为Fe3O4，氧化后的赤泥进入还原段以煤气作为燃料及还原剂被还原，得到赤泥铁粉，之后进入回转窑冷却带进行冷却。
所述还原焙烧后，本发明优选将所述还原焙烧的产物破碎，得到赤泥铁粉。在本发明中，粉碎后赤泥铁粉的粒度优选为0.1～0.5mm，更优选为0.2～0.3mm。
得到赤泥铁粉后，本发明将赤泥铁粉与锰粉、氧化锰粒和焦粒混合，将得到的混合物料焙烧得到赤铁锰铝复合材料。
在本发明中，所述混合物料优选包括以下质量含量的组分：赤泥铁粉35～45％、锰粉和氧化锰粒之和45～55％、焦粒5～15％，更优选包括：赤泥铁粉40～42％、锰粉和氧化锰粒之和50～52％、焦粒10～12％。
在本发明中，所述混合物料中还包括硅石，所述混合物料中硅石的质量含量优选为(0，1％]。
在本发明中，所述硅石中SiO2的质量含量>95％，Al2O3的质量含量为1％～3％，其他一价金属氧化物的质量含量为1％～2％。
在本发明中，所述硅石与赤泥铁粉与锰粉、氧化锰粒和焦粒混合。本发明对所述原料的加料顺序没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的加料顺序即可。
在本发明中，所述锰粉的粒度为0～3mm，更优选为1～2mm。
在本发明中，所述锰粉包括以下质量百分含量的组分：
Mn Si P S
58～62％ 2％ 0.2％ 0.001％
在本发明中，所述氧化锰粒包括以下质量百分含量的组分：
Mn Fe Al2O3 SiO2 P H2O
55.33 4.82 1.27 3.37 0.031 0.67
在本发明中，所述焦粒中C的质量含量为84～85％，S元素的质量含量为0.5～0.6％，其余为杂质。
在本发明中，所述焙烧优选包括两段焙烧，具体为将所述混合物料依次进行第一段焙烧和第二段焙烧；所述第一段焙烧的温度优选为600～1000℃，更优选为700～900℃；所述第一段焙烧的时间优选为1～3h，更优选为2～2.5h。在第一段焙烧的过程中，混合物料中残余的Fe3O4分解成Fe2O3，混合物料中锰矿含有的MnO2被分解为Mn2O3。
在本发明中，所述第二段焙烧的温度优选为1050～1500℃，更优选为1200～1450℃；所述第二段焙烧的时间优选为1～3h，更优选为1.5～2h。在第二段焙烧的过程中，第一段焙烧产物中含有的Fe2O3被还原为铁，第一段焙烧产物中含有的Mn2O3被氧化为Mn3O4，得到的与混合物料中的硅石反应生成低价氧化物和金属锰，反应式为：2Mn3O4+Si＝6MnO+SiO2；Mn3O4+2Si＝3Mn+2SiO2，得到的MnO通过焦粒直接还原为锰，没有被还原的Mn3O4经焙烧后分解为MnO，继续被硅石中的硅还原，反应式为：2MnO+Si＝2Mn+SiO2，即得到锰铁合金。同时，赤泥铁粉中含有的CaO能够将MnO从硅酸盐中置换出来，反应式为：CaO+MnO·SiO2＝MnO+CaO·SiO2，得到副产品电炉富渣，避免了生成物SiO2与MnO结合成硅酸盐，造成反应物MnO活性降低的问题。
在本发明中，所述第一段焙烧温度升温至第二段焙烧温度之间的升温速率优选为30～100℃/min，更优选为50～80℃/min。
所述焙烧后，本发明优选将所述焙烧产物依次冷却和破碎，得到赤铁锰铝复合材料。
在本发明中，所述冷却的温度优选为20～100℃，更优选为30～80℃；所述冷却的时间优选为10～30min，更优选为15～20min；所述冷却的速率优选5～10℃/min，更优选为6～8℃/min。
在本发明中，所述破碎的粒度优选为0.1～0.5mm，更优选为0.2～0.3mm。
本发明提供了一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法，将赤泥原料依次干燥和氧化，得到氧化赤泥，氧化赤泥在煤气中进行还原焙烧，得到赤泥铁粉，赤泥铁粉与锰粉、氧化锰粒和焦粒混合，将得到的混合物料焙烧得到赤铁锰铝复合材料。本发明减少了高铁锰矿的用量，提升了赤泥的利用价值，增加了废料赤泥的处理量，保护环境，同时降低生产成本，得到的赤铁锰铝复合材料性能优良，比普通锰铝材料硬度更强，比普通锰铝材料的铝含量高，有害元素磷含量低。
下面结合实施例对本发明提供的利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法的制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
取CaO含量为2.7％的赤泥原料进入回转窑中，在100℃下干燥60min后，经450℃氧化30min，然后在1000℃下的煤气中还原30min，破碎成粒度为0.5mm的颗粒后到赤泥铁粉，取赤泥铁粉、回收锰粉和氧化锰粒之和以及焦粒按照45：45：10的比例配料，搅拌均匀后通过爬升机入炉分段焙烧，先在600℃下焙烧2h，然后以50℃/min的速率升温至1050℃，焙烧1h，然后经出炉、冷却、精整、包装出厂，得到赤铁锰铝复合材料回收率达到65％，副产品电炉富渣为30％，剩余5％经过布袋除尘回收作二次利用再进炉冶炼。
本实施例制得的赤铁锰铝复合材料比普通锰铝材料硬度更强，比普通锰铝材料的铝含量高，有害元素磷含量低，大大降低了生产成本。
实施例2
取CaO含量为3.1％的赤泥原料进入回转窑中，在400℃下干燥30min后，经900℃氧化5min，然后在1250℃下的煤气中还原10min，破碎成粒度为0.1mm的颗粒后到赤泥铁粉，取赤泥铁粉、回收锰粉和氧化锰粒之和以及焦粒按照40：55：5的比例配料，搅拌均匀后通过爬升机入炉分段焙烧，先在1000℃下焙烧2h，然后以80℃/min的速率升温至1500℃，焙烧3h，然后经出炉、冷却、精整、包装出厂，得到赤铁锰铝复合材料回收率达到72％，副产品富锰渣为23％，剩余5％经过布袋除尘回收作二次利用再进炉冶炼。
本实施例制得的赤铁锰铝复合材料比普通锰铝材料硬度更强，比普通锰铝材料的铝含量高，有害元素磷含量低，大大降低了生产成本。
实施例3
取CaO含量为3.5％的赤泥原料进入回转窑中，在350℃下干燥45min后，经900℃氧化15min，然后在120℃下的煤气中还原20min，破碎成粒度为0.2mm的颗粒后到赤泥铁粉，取赤泥铁粉、回收锰粉、氧化锰粒和焦粒按照40：45：15的比例配料，搅拌均匀后通过爬升机入炉分段焙烧，先在900℃下焙烧2h，然后以100℃/min的速率升温至1450℃，焙烧2h，然后经出炉、冷却、精整、包装出厂，得到赤铁锰铝复合材料回收率达到75％，副产品富锰渣为20％，剩余5％经过布袋除尘回收作二次利用再进炉冶炼。
本实施例制得的赤铁锰铝复合材料比普通锰铝材料硬度更强，比普通锰铝材料的铝含量高，有害元素磷含量低，大大降低了生产成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用赤泥制备赤铁锰铝复合材料的方法，步骤为：
(1)将赤泥原料依次干燥和氧化，得到氧化赤泥；
(2)将所述步骤(1)得到的氧化赤泥在煤气中进行还原焙烧，得到赤泥铁粉；
(3)将所述步骤(2)得到的赤泥铁粉与回收锰粉、氧化锰粒和焦粒混合，将得到的混合物料焙烧得到赤铁锰铝复合材料，所述步骤(3)中混合物料包括以下质量含量的组分：赤泥铁粉35～45％、回收锰粉和氧化锰粒之和45～55％、焦粒5～15％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中焙烧包括两段焙烧，分别为第一段焙烧和第二段焙烧，所述第一段焙烧的温度为600～1000℃，所述第二段焙烧的温度为1050～1500℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中还原焙烧的温度为1000～1250℃，所述还原焙烧的时间为10～30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中干燥的温度为100～400℃，所述氧化的温度为450～950℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)焙烧后还包括：依次将所述焙烧得到的产物冷却和破碎。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述冷却的温度为20～100℃，所述冷却的时间为10～20min。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述破碎的粒度为0.1～0.5mm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中还原焙烧后还包括：将还原焙烧的产物破碎。
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