CN107385196A - 一种高铁废渣活化分离利用的方法 - Google Patents
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Abstract
一种高铁废渣活化分离利用的方法，包括如下步骤：（1）烘干式粉碎制粉；（2）活化分解；（3）活化粉料与碱尘的分离；（4）磁化转化；（5）冷却与余热利用；（6）分离制原料。本发明利用高铁赤泥、铁矿石废料类高铁废渣的成分及物理特性，可以大规模高效经济的分离高铁废渣中的各主要组分，直接作为不同企业生产用原料。
Description
技术领域
本发明涉及环保利废技术领域，具体涉及一种高铁赤泥及铁矿石废料等高铁废渣活化分离利用的方法。
背景技术
当前，高铁赤泥及铁矿石废料等高铁废渣（TFe≥20%）的堆积量巨大，不只是浪费了大量的资源，亦给环境造成了巨大的污染及安全隐患。
高铁赤泥主要为拜耳法赤泥，拜耳法赤泥氧化铁及氧化铝含量高，氧化铁可达总量的28～34%，如平果铝厂的拜耳法赤泥的化学成分一般为Fe2O3 28～34%、Al2O3 16～19%、SiO27～9%、CaO 18～21%、TiO2 6.5～7.5%、K2O 0.04～0.1%、Na2O 2.2～8.6%、MgO 0.3～0.8%、Loss11～14%。目前，氧化铝生产采用节能的拜耳法工艺已成为基本趋势，而我国已是世界氧化铝生产大国，2015年我国氧化铝产能已占全球总产能的51.98%达7160.27万吨，我国氧化铝产量已占全球氧化铝总产量的51.18%达5898.90万吨，加上2017年将新投产产能600万吨，总产能有望达到8000万吨，2017年产量有望达到6560万吨。一般每生产一吨氧化铝约排出1.0～1.3t赤泥。
赤泥具有颗粒细、高保水、高粘性，赤泥的颗粒粒径大多为＞0.075mm 3～6%，0.075～0.005mm 87～92%，＜0.005mm 4～7%；比重大多为2840～2870g/m3；其主要矿物为文石和方解石、蛋白石、三水铝石、针铁矿、铝针铁矿、鲕绿泥石，还有少量的钛矿物、菱铁矿、水玻璃、铝酸钠、天然碱和火碱，且其中的含铁矿物颗粒极细且被硅铝酸盐矿物覆裹，并大量的铁直接固融在硅铝酸盐矿物晶格中。
赤泥及其附液中的污染物主要有碱、重金属、氟化物、氯化物、硫酸盐等，且赤泥的pH值达10.3～12，氟化物含量4.89～8.6mg/l，其浸出液的pH值达12.1～14，氟化物含量11.5～26.7mg/l。因此，赤泥（含附液）属于强碱性有害废渣，需进行无害化处置。
国外，氧化铝生产企业的赤泥原先主要是填海堆存，现今赤泥填海堆存被明令禁止，筑坝堆存已成为主要的处理方式。国内，赤泥被大量的排入涵洞阴河和简单的覆土填埋。近几年，随着环保的强化，赤泥大量的筑坝堆存，累积堆存量已超数亿吨。赤泥堆场建设和维护费用高昂，且强碱性、高盐度的赤泥废液渗漏会造成土壤碱化，污染地下水源，亦破坏了周边环境，带来严重的环境问题，致使铝工业的环保压力剧增，已成为影响我国铝工业可持续发展的棘手问题。围绕赤泥的资源化利用及无害化处理两大主题，国内外众多科研院所和技术人员展开了多领域、多学科的赤泥综合利用技术研究。大致可概括为：
1）利用烧结法赤泥生产水泥
利用烧结法低铁低铝高钙赤泥生产水泥，我国自上世纪60年代起至今持续投入了巨大的人力、资金。但因碱含量高及影响窑况、产品质量偏低等问题，至今未能有效的工业大规模应用。
2）利用赤泥生产新型墙体材料及开发产品
在利用赤泥生产新型墙材方面，从“赤泥粉煤灰烧结砖”作为国家“九五”科技攻关重大项目至今，赤泥的系列项目年年都是国家级重大支撑攻关项目，投入的人力和资金十分巨大，进行了大量的技术开发，但这系列国家级科技成果项目都因经济性差及产品开裂、泛霜等问题未能实现产业化。同样，在利用赤泥制陶瓷滤料、塑胶填料、微晶玻璃、脱硫剂、炼钢保护渣等产品的开发上，目前或处于进展中、或因产品质量问题、或因经济性及高能耗与二次污染问题，离工业化应用大量消耗赤泥的目标尚遥远。
3）赤泥作为路基材料
赤泥作为道路材料是以烧结法赤泥与粉煤灰、石灰、水泥等为主要原料，2004年即以重大产学研合作项目实施了示范应用工程，具有成本低廉，可节省黄土资源等，但客观上仍只是转移了污染。
4）赤泥制农用肥
赤泥制农用肥技术包括将赤泥干燥制成粉或制成颗粒状用作土壤调理剂(又称赤泥硅肥或硅钙复合肥料)、或将赤泥加部分磷氮钾和/或有机废弃物制成颗粒状多元素复合肥用于耕地。虽赤泥制农肥的确可化解氧化铝生产企业的环保压力问题，但客观上仅是将集中的污染源转移扩散。
5）从赤泥中提取有价金属
从赤泥中提取钛、钪、镓、铌、钽、锆、钍和铀等等有价金属元素一直是国内外科研人员研究的课题。目前，采取的主要方法是高温还原熔炼和酸浸提取方法，但工艺复杂、能耗高，且二次污染严重，至今尚无可经济有效地富集提取而不产生二次污染的方法。
6）利用拜耳法赤泥选铁
从拜耳法赤泥中回收铁一直是国内外科研人员努力的目标。目前拜耳法赤泥中回收铁的方法大致可分为冶金方法和物理选矿方法两大类。
冶金方法主要是加入还原剂（主要为C）于高温冶炼炉中还原熔融分离为生铁和废渣，或将赤泥加碳于焙烧炉中高温还原焙烧，使赤泥中的弱磁性的赤铁矿和针铁矿于焙烧炉中高温还原焙烧成磁铁矿，再磨细，然后磁选分离出磁铁矿，磁选后的废渣弃置，或磁选分离的磁铁矿再经粉磨多级磁选去掉夹裹的大量硅铝酸盐杂质矿物，获得铁精矿粉。
物理选矿方法主要是磨浆浮选分离，或采用多级磁选或多级粉磨磁选，去除裹覆的硅铝酸盐矿物杂质后回收含铁矿物，磁选后的废渣弃置。
虽然，冶金方法和物理选矿方法目前均已产业化，且其中的拜耳法赤泥磁选方法经多轮磁选提纯可得到一些较高品位的铁精矿，但因赤泥中的含铁矿物大多超细且高度分散并被硅铝酸盐矿物覆裹着，无论是当前的冶金法或物理选矿方法，除效率较低、回收率较低、能耗较高且有二次污染外，其技术经济性都不尽人意，且仍有大量废渣需筑坝堆存。
另一方面，当前矿山选矿废料包括低品位铁矿、尾渣及大量的难选铁矿，大多被当作废料弃置而大量堆积或筑坝填埋。对于这些高铁废料，目前国内外的主要技术方法可概括为三类：
一是加碳高温还原为生铁和固体渣，其能耗高、二次污染大，且生铁一般含有害杂质高，回收率偏低，并有大量的废渣需处理。
二是加碳于还原炉内一起还原磁化焙烧，再粉磨后磁选，分离出的大量废渣弃置，其能耗高，二次污染大，回收率偏低，并有大量的废渣需处理。
三是悬浮磁化焙烧，矿料用球磨机粉磨成粉料，用碳或CO或H2或NH3或CH4作还原剂，在一定的温度和还原气氛条件下，将其中的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等磁性很弱的铁矿石还原磁化变成磁铁矿，利用焙烧后铁矿与脉石的巨大磁性差异，磁选分离出铁矿。但这些悬浮直接还原彼此夹杂甚至裹覆的含铁矿物使之磁化的方法，其磁选后得到的铁品位低（大多在50％左右），铁回收率低，分选指标实际上很不理想，能耗高且所需消耗的还原剂量大，造成较严重的二次污染，还有大量的废渣需要另行处理。究其原因，其一是被称之为难选铁矿或废料中的含铁矿物是被硅铝酸盐类脉石矿物彼此夹杂甚至裹覆的，硅铝酸盐类脉石矿物没有被有效分解崩离之前，含铁矿物无自由之身，而这些悬浮磁化焙烧方法，并没有为彼此夹杂裹覆含铁矿物的硅铝酸盐类脉石矿物优先提供有效分解崩离的条件，不能释放出自由的铁氧化物；其二是所选用的还原剂碳或CO或H2或NH3或CH4的还原能力偏弱，不能有效还原晶格中同晶置换的铁，如铝针铁矿、鲕绿泥石中的铁等。
综上所述，迫切需要一种全新的方法及更有效的还原剂，以便大规模经济而高效的资源化分离利用高铁赤泥及铁矿石废料这类产生量巨大的高含铁含湿废料中的各主要组分作为不同企业生产用原料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用高铁赤泥、铁矿石废料类高铁废渣的成分及物理特性，可以大规模高效经济的分离高铁废渣中的各主要组分，直接作为不同企业生产用原料的高铁废渣活化分离利用的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高铁废渣活化分离利用的方法，包括如下步骤：
（1）烘干式粉碎制粉：将高铁废渣和相当于高铁废渣干基质量3～30%的碳/碳氢有机质燃料（如活化处理的电解铝废阴极炭块料、有机质污泥、植物碎屑及煤）送入烘干式粉碎系统，一起混合烘干粉碎至80um筛余<50%的干粉料，得复合粉；
（2）活化分解：将步骤（1）所得复合粉送入活化分解炉内，于温度750℃～1180℃悬浮无焰氧化燃烧、活化分解3～30秒（优选6～9秒），活化分解炉内悬浮的复合粉中燃料无焰氧化燃烧的热能直接供给悬浮的高铁废渣，高铁废渣矿物快速热分解为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等活化粉料，高铁废渣中的K2O、Na2O及ZnO等易挥发性物质挥发进入高温烟气中；
（3）活化粉料与碱尘的分离：在高温风机的作用下，步骤（2）所得的活化粉料和高温烟气被拉入高温粉料分离收集装置，分离后得到温度不低于650℃的高温活化粉料和高温烟气，高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置，高温烟气进入碱尘分离收集装置，混入冷风降温至200～600℃，使高温烟气中富含的碱氧化物、锌氧化物等与烟气微细粉尘一起冷凝成为碱尘，分离得碱尘和200～600℃烟气；
（4）磁化转化：将步骤（3）所得的高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置内，于输送管道或磁化转化装置中雾化喷入还原转化剂肼，还原转化剂肼的用量以摩尔（mol）当量计，与活化粉料中所含铁元素折算的三氧化二铁摩尔数（mol）当量比为的0.1～0.9:1（优选0.1～0.4:1），于温度300～900℃下还原转化10秒～60分钟（优选30秒～10分钟），将活化粉料中的铁氧化合物转化或重结晶转化为磁铁矿，得磁化转化料；
（5）冷却与余热利用：以公知的热交换方法，将步骤（4）所得的磁化转化料冷却至100℃以下，得磁化粉料，回收的余热供应步骤（2）的活化分解炉作为热风热能；
（6）分离制原料：以公知的磁选分离方法，将步骤（5）所得的磁化粉料分离为磁铁矿精矿粉和活化硅铝酸盐矿物为主的活化粉料；所得的精矿粉作为冶金炼铁的原料；所得的活化粉料作为水泥生产或商品混凝土搅拌站用掺合料，或直接作为生产砂浆、新型墙材的原料。
进一步，步骤（1）中，所述的烘干式粉碎系统包括配料装置、烘干式粉碎机、收尘器、风机，所述配料装置与烘干式粉碎机相连，所述烘干式粉碎机与收尘器相连，所述收尘器与风机相连，高铁废渣和燃料经配料装置配料送入烘干式粉碎机，同时送入烘干式粉碎机内的200～600℃热风将粉碎过程中的含湿物料悬浮干燥，粉碎干燥的粉料被风力悬浮拉入收尘器内收集并分离出达标的废气排放，收尘器收集的复合粉送入活化分解炉；所述的烘干式粉碎系统以活化分解炉产生的高温废气余热为热能。
进一步，步骤（2）中，所述的活化分解炉包括悬浮流化床分解炉和燃烧器、热风装置，燃烧器用于喷燃煤/油点火和调整控制悬浮流化床分解炉内的温度，热风装置回收高温物料的余热供应活化分解炉。
进一步，步骤（3）中，所述的高温粉料分离收集装置包括一级或两级或三级带锁风装置的旋风收尘器；所述的碱尘分离收集装置包括一级或两级带锁风装置和管道调风阀的旋风收尘器，管道调风阀用于调整掺入的冷风量以调整碱尘分离收集装置内的温度。
进一步，步骤（3）中，所得的碱尘回收利用于提碱、锌等，提碱、锌等后的残渣返回利用于步骤（1）作为废渣原料配入。
进一步，步骤（4）中，所述的磁化转化装置内还原转化过程中产生的所有气态物收集送入步骤（2）的活化分解炉内于900～1180℃分解燃尽。
进一步，步骤（4）中，所述的还原转化剂肼为具有高效强还原性的肼和/或水合肼和/或甲基肼和/或偏二甲肼；还可加入质量为上述还原转化剂肼用量30%以上的其它肼衍生物（如肼胺、苄基肼等）、醇醚类化合物（如乙二醇、甘油等）、氨类化合物（如氨、甲胺等）及烃类等中的一种至几种作为辅助还原转化剂；过量的还原转化剂以气态物收集送入步骤（2）的活化分解炉内燃尽。
进一步，步骤（1）中，可加入相当于高铁废渣干基质量1～80%的钙质原料（如废石灰、电石渣、石灰石等）及1～80%的硫酸盐矿物（如废石膏、钛白粉厂的硫酸亚铁废料等），以获得不同性能和用途的高活性粉料。
进一步，当高铁废渣中碱及锌等挥发性金属元素含量没有或很低时，步骤（3）中设置活化粉料分离：采用一级、或二级或三级旋风收尘器式高温粉料分离收集装置、高温风机实施活化粉料分离，以高温风机的拉风将步骤（2）活化分解炉内悬浮活化分解的粉料拉入高温粉料分离收集装置，分离得高温活化粉料和高温烟气；高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置；分离的高温烟气于烟气管道中混入冷风降温至200～600℃；200～600℃烟气经高温风机直接送入步骤（1）的烘干式粉碎机内作为烘干式粉碎机的热风能源。
本发明针对高铁废渣尤其是高铁赤泥保水性好、难以干燥的特点，采用烘干式粉碎系统制粉，效率高、处理量大，能耗低。
针对高铁废渣的主要矿物成分是含铁矿物和硅铝酸盐类矿物，高铁赤泥的主要成分是含铁矿物、硅铝酸盐类矿物和碱，而设置碱自然富集分离、磁铁矿、活化硅铝酸盐类矿物粉料三类可用原料的分离工艺。
针对高铁废渣因所含铁矿物为硅铝酸盐类矿物彼此夹杂裹覆、甚至大量的同晶置换，本为难选铁矿废料的具体情况，结合对硅铝酸盐类矿物活化利用的目标，将高铁废料和燃料共同制成混合粉，于活化分解炉内高效快速分解崩离为自由的活性氧化物，在将硅铝酸盐矿物等转化为活化粉料的同时，释放出自由的铁氧矿物，为含铁矿物的高效磁化转化创造出条件。
针对硅铝酸盐矿物热分解崩离为各种氧化物时，于650℃以上尤其是700℃以上时，其中的碱氧化物及可能的锌等易挥发元素会挥发主要进入高温烟气中，而实施活化粉料与富集碱尘等的分离。
采用高效的还原转化剂肼，强化磁铁矿的形成和重结晶晶形重整，且使之易于磁选分离，获得高品位铁精矿和高回收率。
本发明以活化分解炉的高温废气余热解决烘干式粉碎系统所需的热风热能，以活化分解炉产生的活化粉料的高温余热解决磁化转化所需的温度和热能，以碱尘及活化粉料冷却过程中的余热回收解决活化分解炉内燃烧所需的热风热能，且强还原磁化转化过程产生的全部废气送入活化分解炉内高温氧化燃尽，既实现了全工艺系统热能的循环利用，热效率高，实际热耗低，又确保了安全无污染。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
选用某铝厂新鲜的拜耳法赤泥，其干基化学成分为Fe2O3 32.93%、Al2O3 17.04%、SiO27.26%、CaO 18.79%、TiO2 6.35%、K2O0.09%、Na2O 5.18%、MgO 0.33%、Loss 10.95%；还原转化剂选用市售的肼（含量98%）；燃料选用经改性处理的电解铝废阴极炭块料，热值5137Kcal/kg；按如下方法实施高铁赤泥的活化分离利用：
（1）烘干式粉碎制粉：将高铁污泥和相当于高铁污泥干基质量9.8%的改性电解铝废阴极炭块料，送入烘干式粉碎系统，一起混合烘干粉碎至80um筛余27%的干粉料，得复合粉；
以活化分解炉喷煤粉混油点火升温产生的高温废气余热作为烘干式粉碎系统的初始热能，系统正常运行时以活化分解炉产生的高温废气余热作为热风热能；
（2）活化分解：将所得复合粉送入活化分解炉内，于温度1100～1180℃悬浮无焰氧化燃烧、活化分解6.7秒，活化分解炉内悬浮的复合粉中废阴极碳燃料无焰氧化燃烧的热能直接供给悬浮的高铁污泥，高铁污泥快速热分解崩离为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等活性氧化物粉料，高铁污泥中的K2O、Na2O等碱挥发进入高温烟气中；
上述的活化分解炉包括悬浮流化床分解炉和燃烧器、热风装置，燃烧器用于喷燃煤/油点火和调整控制悬浮流化床分解炉内的温度，热风装置回收高温物料的余热供应活化分解炉；
（3）活化粉料与碱尘的分离：采用两级（旋风收尘器）高温粉料分离收集装置、一级（旋风收尘器）碱尘分离收集装置、高温风机实现活化粉料与碱尘的分离，以高温风机的拉风将活化分解炉内的活化粉料拉入第一级旋风收尘器，分离出大量高温（温度880℃）活化粉料，分离的废气中夹带部分粉尘进入第二级旋风收尘器，经第二级旋风收尘器分离出绝大部份粉料后的废气为富含碱氧化物的（温度880℃）高温烟气；两级分离所得的高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置；分离的温度880℃的高温烟气进入旋风收尘器碱尘分离收集装置，混入冷风降温至420℃，使高温烟气中富含的碱氧化物与烟气微细粉尘一起冷凝成为碱尘，分离得碱尘和420℃烟气；420℃烟气经高温风机直接送入烘干式粉碎机内作为烘干式粉碎机的热风能源；
碱尘以换热器（回收余热热能供活化分解炉）冷却至60℃后回收用于提碱；
检测：赤泥中碱回收率77.31%；
提碱后的残渣返回利用作为赤泥原料配入；
（4）磁化转化：将高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置内，于输送管道中雾化喷入还原转化剂肼，还原转化剂肼的用量以摩尔（mol）当量计，与活化粉料中所含铁元素折算的三氧化二铁摩尔数（mol）当量比的0.2:1，于温度800～880℃还原转化10秒钟，将活化粉料中的铁氧化合物快速转化为磁铁矿，得磁化转化料；
磁化转化装置内还原转化过程中产生的所有气态物收集送入活化分解炉内于1100～1180℃分解燃尽；
（5）冷却与余热利用：以热交换器（回收高温粉料的余热供应活化分解炉作热风热能）将高温磁化转化料冷却至80℃，得磁化粉料；
（6）分离制原料：磁选分离所得的磁化粉料，得铁精矿、活化粉料；
检测：铁精矿含铁量69.14%，赤泥中铁回收率94.38%，回收用作炼铁原料；
活化粉料作为活性掺合料供应水泥厂和商品混凝土搅拌站替代粉煤灰作掺合料。反馈与一级粉煤灰质量效果相当。
实施例2
选用某地堆存的拜耳法赤泥，其干基化学成分为Fe2O3 30.47%、Al2O3 17.54%、SiO27.43%、CaO 19.36%、TiO2 5.46%、K2O 0.09%、Na2O 4.89%、MgO 0.33%、Loss 13.58%；还原转化剂选用市售的水合肼（含量80%）；燃料选用市售的半烟煤，热值5643Kcal/kg；钙质原料选用某化工厂的电石渣；按如下方法实施高铁赤泥的活化分离利用：
（1）烘干式粉碎制粉：将高铁污泥和相当于高铁污泥干基质量8.7%的半烟煤、24%的电石渣，送入烘干式粉碎系统，一起混合烘干粉碎至80um筛余21%的干粉料，得复合粉；
以活化分解炉喷煤粉混油点火升温产生的高温废气余热作为烘干式粉碎系统的初始热能，系统正常运行时以活化分解炉产生的高温废气余热作为热风热能；
（2）活化分解：将所得复合粉送入活化分解炉内，于温度900℃～1000℃悬浮无焰氧化燃烧、活化分解7.1秒，活化分解炉内悬浮的复合粉中燃煤无焰氧化燃烧的热能直接供给悬浮的高铁污泥，高铁污泥快速热分解崩离为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等活性氧化物粉料，高铁污泥中的K2O、Na2O等碱挥发进入高温烟气中；
上述的活化分解炉包括悬浮流化床分解炉和燃烧器、热风装置，燃烧器用于喷燃煤/油点火和调整控制悬浮流化床分解炉内的温度，热风装置回收高温物料的余热供应活化分解炉；
（3）活化粉料与碱尘的分离：采用一级（旋风收尘器）高温粉料分离收集装置、一级（旋风收尘器）碱尘分离收集装置、高温风机实现活化粉料与碱尘的分离，以高温风机的拉风将活化分解炉内的活化粉料拉入旋风收尘器高温粉料分离收集装置，分离为（温度860℃）高温活化粉料、富含碱氧化物的（温度860℃）高温烟气；高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置；高温烟气进入旋风收尘器碱尘分离收集装置，混入冷风降温至380℃，使高温烟气中富含的碱氧化物与烟气微细粉尘一起冷凝成为碱尘，分离得碱尘和380℃烟气；380℃烟气经高温风机直接送入烘干式粉碎机内作为烘干式粉碎机的热风能源；
碱尘以换热器（回收余热热能供活化分解炉）冷却至80℃后回收用于提碱；
检测：赤泥中碱回收率79.46%；
提碱后的残渣返回利用作为赤泥原料配入；
（4）磁化转化：将高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置内，于磁化转化装置内雾化喷入还原转化剂水合肼，还原转化剂水合肼的用量以摩尔（mol）当量计，与活化粉料中所含铁元素折算的三氧化二铁摩尔数（mol）当量比的0.3:1，于温度700～860℃还原转化30秒钟，将活化粉料中的铁氧化合物快速转化为磁铁矿，得磁化转化料；
磁化转化装置内还原转化过程中产生的所有气态物收集送入活化分解炉内于900～1000℃分解燃尽；
（5）冷却与余热利用：以热交换器（回收高温粉料的余热供应活化分解炉作热风热能）将高温磁化转化料冷却至80℃，得磁化粉料；
（6）分离制原料：磁选分离所得的磁化转化料，得铁精矿、活化粉料；
检测：铁精矿含铁量68.63%，赤泥中铁回收率91.75%，回收用作炼铁原料；
活化粉料作为活性掺合料供给水泥厂和商品混凝土搅拌站作为替代矿渣粉的掺合料。反馈与矿渣粉总体使用效果相当，但早期（3d）强度提高3.2MPa。
实施例3
选用某地堆存的拜耳法赤泥，其干基化学成分为Fe2O3 28.24%、Al2O3 18.64%、SiO28.33%、CaO 18.45%、TiO2 6.86%、K2O 0.07%、Na2O 4.46%、MgO 0.33%、Loss 13.82%；还原转化剂选用市售的水合肼（含量80%），辅助还原转化剂选用液胺和乙二醇1:1；燃料选用市售的烟煤，热值5836Kcal/kg；钙质原料选用某化工厂的电石渣；硫酸盐原料选用钛白粉厂的硫酸亚铁废渣；按如下工艺实施高铁赤泥的活化分离利用：
（1）烘干式粉碎制粉：将高铁污泥和相当于高铁污泥干基质量9.3%的烟煤、41%的电石渣、14.3%的硫酸亚铁，送入烘干式粉碎系统，一起混合烘干粉碎至80um筛余18%的干粉料，得复合粉；
以活化分解炉喷煤粉混油点火升温产生的高温废气余热作为烘干式粉碎系统的初始热能，系统正常运行时以活化分解炉产生的高温废气余热作为热风热能；
（2）活化分解：将所得复合粉送入活化分解炉内，于温度850℃～1000℃悬浮无焰氧化燃烧、活化分解6秒，活化分解炉内悬浮的复合粉中燃煤无焰氧化燃烧的热能直接供给悬浮的高铁污泥，高铁污泥快速热分解崩离为SiO 、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等活性氧化物粉料，高铁污泥中的K2O 、Na2O等碱挥发进入高温烟气中；
上述的活化分解炉包括悬浮流化床分解炉和燃烧器、热风装置，燃烧器用于喷燃煤/油点火和调整控制悬浮流化床分解炉内的温度，热风装置回收高温物料的余热供应活化分解炉；
（3）活化粉料与碱尘的分离：采用一级（旋风收尘器）高温粉料分离收集装置、一级（旋风收尘器）碱尘分离收集装置、高温风机实现活化粉料与碱尘的分离，以高温风机的拉风将活化分解炉内的活化粉料拉入旋风收尘器高温粉料分离收集装置，分离为（温度850℃）高温活化粉料、富含碱氧化物的（温度850℃）高温烟气；高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置；高温烟气进入旋风收尘器碱尘分离收集装置，混入冷风降温至350℃，使高温烟气中富含的碱氧化物与烟气微细粉尘一起冷凝成为碱尘，分离得碱尘和350℃烟气；350℃烟气经高温风机直接送入烘干式粉碎机内作为烘干式粉碎机的热风能源；
碱尘以换热器（回收余热热能供活化分解炉）冷却至80℃后回收用于提碱；
检测：赤泥中碱回收率65.14%；
提碱后的残渣返回利用作为赤泥原料配入；
（4）磁化转化：将高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置内，于磁化转化装置内雾化喷入还原转化剂水合肼及辅助还原转化剂（醇、氨），还原转化剂水合肼的用量以摩尔（mol）当量计，与活化粉料中所含铁元素折算的三氧化二铁摩尔数（mol）当量比的0.15:1，辅剂（醇、氨）合计用量为水合肼质量的200%，于温度500～850℃还原转化3分钟，将活化粉料中的铁氧化合物快速转化为磁铁矿，得磁化转化料；
磁化转化装置内还原转化过程中产生的所有气态物收集送入活化分解炉内于900～1000℃分解燃尽；
（5）冷却与余热利用：以热交换器（回收高温粉料的余热供应活化分解炉作热风热能）将高温磁化转化料冷却至80℃，得磁化粉料；
（6）分离制原料：磁选分离所得的磁化转化料，得铁精矿、活化粉料；
检测：铁精矿含铁量70.03%，赤泥中铁回收率90.31%，回收用作炼铁原料；
活化粉料作为低标号胶凝材料供给某新型材料厂替代水泥和石灰制建筑砂浆。反馈用于等量替代水泥和石灰时，和易性好、粘结性好，不泛霜。
实施例4
选用某矿区废弃的红铁矿石，为共生组分复杂的红铁矿，脉石主要为含铁硅酸盐矿物，含泥，平均TFe31.63%，主要含铁矿物为赤铁矿、菱铁矿、含铁硅酸盐等矿物；还原转化剂选用市售的水合肼（含量80%），辅助还原转化剂选用液胺和废甘油1:1；燃料选用市售的无烟煤，热值5247Kcal/kg；按如下方法实施高铁废渣的活化分离利用：
（1）烘干式粉碎制粉：将高铁废渣和相当于高铁废渣干基质量7.9%的无烟煤，送入烘干式粉碎系统，一起混合烘干粉碎至80um筛余18%的干粉料，得复合粉；
以活化分解炉喷煤粉混油点火升温产生的高温废气余热作为烘干式粉碎系统的初始热能，系统正常运行时以活化分解炉产生的高温废气余热作为热风热能；
（2）活化分解：将所得复合粉送入活化分解炉内，于温度750～880℃悬浮无焰氧化燃烧、活化分解6.7秒，活化分解炉内悬浮的复合粉中燃煤无焰氧化燃烧的热能直接供给悬浮的高铁废渣，高铁废渣快速热分解崩离为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等活性氧化物粉料；
上述的活化分解炉包括悬浮流化床分解炉和燃烧器、热风装置，燃烧器用于喷燃煤/油点火和调整控制悬浮流化床分解炉内的温度，热风装置回收高温物料的余热供应活化分解炉；
（3）活化粉料：采用一级（旋风收尘器）高温粉料分离收集装置、高温风机实现活化粉料的分离，以高温风机的拉风将活化分解炉内的活化粉料拉入旋风收尘器高温粉料分离收集装置，分离为（温度800℃）高温活化粉料；高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置；高温烟气混入冷风降温至350℃，350℃烟气经高温风机直接送入烘干式粉碎机内作为烘干式粉碎机的热风能源；
（4）磁化转化：将高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置内，于磁化转化装置内雾化喷入还原转化剂水合肼及辅助还原转化剂（醇、氨），还原转化剂水合肼的用量以摩尔（mol）当量计，与活化粉料中所含铁元素折算的三氧化二铁摩尔数（mol）当量比的0.25:1，辅剂（醇、氨）合计用量为水合肼质量的80%，于温度300～800℃还原转化5分钟，将活化粉料中的铁氧化合物快速转化为磁铁矿，得磁化转化料；
磁化转化装置内还原转化过程中产生的所有气态物收集送入活化分解炉内于900～1000℃分解燃尽；
（5）冷却与余热利用：以热交换器（回收高温粉料的余热供应活化分解炉作热风热能）将高温磁化转化料冷却至80℃，得磁化粉料；
（6）分离制原料：磁选分离所得的磁化转化料，得铁精矿、活化粉料；
检测：铁精矿含铁量69.88%，高铁废料中铁回收率94.87%，回收用作炼铁原料；
活化粉料作为活性掺合料供给某商品混凝土搅拌站替代粉煤灰作掺合料。反馈与一级粉煤灰质量效果相当。
实施例5
选用某铝厂坝上堆存的拜耳法赤泥，其干基化学成分为Fe2O3 33.14%、Al2O3 17.23%、SiO2 7.08%、CaO 18.31%、TiO2 6.73%、K2O 0.09%、Na2O 5.83%、MgO 0.33%、Loss 10.25%；还原转化剂选用市售的肼（含量98%），辅助还原剂选用市售的液氨和乙二醇按1:1；燃料选用改性的电解铝废阴极炭块（热值4935Kcal/kg）和某地的含水率71%的木薯渣（干基热值4076Kcal/kg）；按如下方法实施高铁赤泥的活化分离利用：
（1）烘干式粉碎制粉：将高铁污泥和相当于高铁污泥干基质量6.5%的改性电解铝废阴极炭块料和22%的木薯渣，送入烘干式粉碎系统，一起混合烘干粉碎至80um筛余25%的干粉料，得复合粉；
以活化分解炉喷煤粉混油点火升温产生的高温废气余热作为烘干式粉碎系统的初始热能，系统正常运行时以活化分解炉产生的高温废气余热作为热风热能；
（2）活化分解：将所得复合粉送入活化分解炉内，于温度850℃～950℃悬浮无焰氧化燃烧、活化分解7.8秒，活化分解炉内悬浮的复合粉中废阴极碳燃料无焰氧化燃烧的热能直接供给悬浮的高铁污泥矿物，高铁污泥矿物快速热分解崩离为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO等活性氧化物粉料，高铁污泥中的K2O、Na2O等碱挥发进入高温烟气中；
上述的活化分解炉包括悬浮流化床分解炉和燃烧器、热风装置，燃烧器用于喷燃煤/油点火和调整控制悬浮流化床分解炉内的温度，热风装置回收高温物料的余热供应活化分解炉；
（3）活化粉料与碱尘的分离：采用两级（旋风收尘器）高温粉料分离收集装置、一级（旋风收尘器）碱尘分离收集装置、高温风机实现活化粉料与碱尘的分离，以高温风机的拉风将活化分解炉内的活化粉料拉入第一级旋风收尘器，分离出大量高温（温度800℃）活化粉料，分离的废气中夹带部分粉尘进入第二级旋风收尘器，经第二级旋风收尘器分离出绝大部份粉料后的废气为富含碱氧化物的（温度800℃）高温烟气；两级分离所得的高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置；分离的温度800℃的高温烟气进入旋风收尘器碱尘分离收集装置，混入冷风降温至380℃，使高温烟气中富含的碱氧化物与烟气微细粉尘一起冷凝成为碱尘，分离得碱尘和380℃烟气；380℃烟气经高温风机直接送入烘干式粉碎机内作为烘干式粉碎机的热风能源；
碱尘以换热器（回收余热热能供活化分解炉）冷却至80℃后回收用于提碱；
检测：赤泥中碱回收率76.12%；
提碱后的残渣返回利用作为赤泥原料配入；
（4）磁化转化：将高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置内，于磁化转化装置内雾化喷入还原转化剂肼及辅剂（醇氨），还原转化剂肼的用量以摩尔（mol）当量计，与活化粉料中所含铁元素折算的三氧化二铁摩尔数（mol）当量比的0.28:1，辅剂（醇、氨）合计用量为肼质量的80%，于温度300～800℃还原转化10分钟，将活化粉料中的铁氧化合物转化为磁铁矿，得磁化转化料；
磁化转化装置内还原转化过程中产生的所有气态物收集送入活化分解炉内于1100～1180℃分解燃尽；
（5）冷却与余热利用：以热交换器（回收高温粉料的余热供应活化分解炉作热风热能）将高温磁化转化料冷却至80℃，得磁化粉料；
（6）分离制原料：磁选分离所得的磁化粉料，得铁精矿、活化粉料；
检测：铁精矿含铁量70.06%，赤泥中铁回收率92.31%，回收用作炼铁原料；
活化粉料作为活性掺合料供应水泥厂替代粉煤灰作掺合料。反馈与一级粉煤灰质量效果相当。
Claims (10)
1.一种高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）烘干式粉碎制粉：将高铁废渣和相当于高铁废渣干基质量3～30%的碳/碳氢有机质燃料送入烘干式粉碎系统，一起混合烘干粉碎至80um筛余<50%的干粉料，得复合粉；
（2）活化分解：将步骤（1）所得复合粉送入活化分解炉内，于温度750～1180℃悬浮无焰燃烧、活化分解3～30秒，活化分解炉内悬浮的复合粉中燃料无焰氧化燃烧的热能直接供给悬浮的高铁废渣，高铁废渣矿物快速热分解为SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO活化粉料，高铁废渣中的K2O、Na2O及ZnO易挥发物质挥发进入高温烟气中；
（3）活化粉料与碱尘的分离：在高温风机的作用下，步骤（2）所得的活化粉料和高温烟气被拉入高温粉料分离收集装置，分离后得到温度不低于650℃的高温活化粉料和高温烟气，高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置，高温烟气进入碱尘分离收集装置，混入冷风降温至200～600℃，使高温烟气中富含的碱氧化物、锌氧化物与烟气微细粉尘一起冷凝成为碱尘，分离得碱尘和200～600℃烟气；
（4）磁化转化：将步骤（3）所得的高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置内，于输送管道或磁化转化装置中雾化喷入还原转化剂肼，还原转化剂肼的用量以摩尔当量计，与活化粉料中所含铁元素折算的三氧化二铁摩尔数当量比为的0.1～0.9:1，于温度300～900℃下还原转化10秒～60分钟，将活化粉料中的铁氧化合物转化或重结晶转化为磁铁矿，得磁化转化料；
（5）冷却与余热利用：将步骤（4）所得的磁化转化料冷却至100℃以下，得磁化粉料，回收的余热供应步骤（2）的活化分解炉作为热风热能；
（6）分离制原料：将步骤（5）所得的磁化粉料分离为磁铁矿精矿粉和活化硅铝酸盐矿物为主的活化粉料；所得的精矿粉作为冶金炼铁的原料；所得的活化粉料作为水泥生产或商品混凝土搅拌站用掺合料，或直接作为生产砂浆、新型墙材的原料。
2.根据权利要求1所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的烘干式粉碎系统包括配料装置、烘干式粉碎机、收尘器和风机，所述配料装置与烘干式粉碎机相连，所述烘干式粉碎机与收尘器相连，所述收尘器与风机相连，高铁废渣和燃料经配料装置配料送入烘干式粉碎机，同时送入烘干式粉碎机内的200～600℃热风将粉碎过程中的含湿物料悬浮干燥，粉碎干燥的粉料被风力悬浮拉入收尘器内收集并分离出达标的废气排放，收尘器收集的复合粉送入活化分解炉；所述的烘干式粉碎系统以活化分解炉产生的高温废气余热为热能。
3.根据权利要求1或2所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的活化分解炉包括悬浮流化床分解炉和燃烧器、热风装置，燃烧器用于喷燃煤/油点火和调整控制悬浮流化床分解炉内的温度，热风装置回收高温物料的余热供应活化分解炉。
4.根据权利要求1或2所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述的高温粉料分离收集装置包括一级或两级或三级带锁风装置的旋风收尘器；所述的碱尘分离收集装置包括一级或两级带锁风装置和管道调风阀的旋风收尘器，管道调风阀用于调整掺入的冷风量以调整碱尘分离收集装置内的温度。
5.根据权利要求1或2所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，步骤（3）中，所得的碱尘回收利用于提碱、锌，提碱、锌后的残渣返回利用于步骤（1）作为废渣原料配入。
6.根据权利要求1或2所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，步骤（3）中，所得的200～600℃烟气经高温风机直接送入步骤（1）的烘干式粉碎机内作为烘干式粉碎机的热风能源。
7.根据权利要求1或2所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的磁化转化装置内还原转化过程中产生的所有气态物收集送入步骤（2）的活化分解炉内于900～1180℃分解燃尽。
8.根据权利要求1或2所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，步骤（4）中，所述的还原转化剂肼为具有高效强还原性的肼和/或水合肼和/或甲基肼和/或偏二甲肼。
9.根据权利要求1或2所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，步骤（1）中，加入相当于高铁废渣干基质量1～80%的钙质原料及1～80%的硫酸盐矿物，以获得不同性能和用途的高活性粉料。
10.根据权利要求1或2所述的高铁废渣活化分离利用的方法，其特征在于，当高铁废渣中碱及锌元素含量没有或很低时，步骤（3）中设置活化粉料分离：采用一级、或二级或三级旋风收尘器式高温粉料分离收集装置、高温风机实施活化粉料分离，以高温风机的拉风将步骤（2）活化分解炉内悬浮活化分解的粉料拉入高温粉料分离收集装置，分离得高温活化粉料和高温烟气；高温活化粉料以管道输送至磁化转化装置；分离的高温烟气于烟气管道中混入冷风降温至200～600℃；200～600℃烟气经高温风机直接送入步骤（1）的烘干式粉碎机内作为烘干式粉碎机的热风能源。
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| CN101122442A (zh) * | 2007-09-12 | 2008-02-13 | 刘鹤群 | 铁矿物悬浮磁化焙烧炉系统及焙烧工艺 |
| CN105331799A (zh) * | 2015-10-20 | 2016-02-17 | 山东建筑大学 | 一种拜耳法赤泥脱碱磁化一体化焙烧方法 |
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