CN107555777B - 利用赤泥生产无机纤维的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明为利用赤泥为主料生产无机纤维的工艺方法，属于赤泥综合利用领域，赤泥中加入固化剂、酸度系数调节剂，与焦炭进行高温熔融，充分利用赤泥、固化剂、酸度系数调节剂中的Si、Ca、Fe、Al、Na、Mg元素资源，以赤泥为主料生产无机纤维，赤泥配比用量可达70％以上，有效治理赤泥污染，生产的无机纤维达到岩棉级别，经济效益、社会环保效益显著。工艺简单，生产成本低，可实现赤泥综合利用的规模化生产。

Description

利用赤泥生产无机纤维的工艺方法

本发明是申请日为2015.10.13，申请号为2015106684305，发明名称为“利用赤泥生产无机纤维的工艺方法”的分案申请。

技术领域：

本发明属于赤泥综合利用领域，特别是一种利用赤泥生产无机纤维的工艺方法。

背景技术

赤泥是铝土矿经“拜耳法”或“烧结法”提出氧化铝后产生的残渣。赤泥的产生量与生产方法及矿石品位有关，一般每生产1吨氧化铝就会产生1-1.7吨的矿渣，这些矿渣因富含氧化铁而呈红褐色，被称之为赤泥，属于有害固体废物，原料品位越低，赤泥产生量越大。中国作为世界4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数千万吨。大量的赤泥不能充分有效的利用，目前，氧化铝厂的赤泥处理依然采用建赤泥库坝进行堆放，随着排放量的不断增加，不仅占用了大量的农田，而且对环境产生较大的影响。目前对赤泥的利用一般以提铁处理为主，但从实际运营看，赤泥提铁成本较高，提铁后的粉灰又造成二次污染。提铁后的赤泥作为墙体材料、作路基材料使用，质量需长期进一步检验；作为塑料型材、微晶玻璃板材、赤泥陶粒、普通水泥使用，只能是添加剂，消耗量很少；以前有利用赤泥为辅料和粉煤灰氧化钙含量较高的生石灰、工业固体废物电石渣、磷渣、镁渣为原料生产无机纤维，也只能是辅料，赤泥的消耗量相对较少、生产出的无机纤维的酸度系数达不到国标要求。

赤泥的物理检测结果表明：赤泥熔点为1200～1250℃，赤泥的渗出液碱度PH值10～12，粒度为0.08～0.25μm，相对密度2.7～2.9，表观相对密度0.8～1.0。其化学成分随不同的生产工艺有所不同而轻微不同，主要的矿物组成为钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)、石英(SiO2)、钙铁榴石(Ca3Fe2+3(SiO4)3)和钙钛榴石(Ca3TiFeSi3O12)，主要有用元素成分为Si、Al、Fe和Ca。

如，中国专利200910048598.0，其方法是在赤泥中加入反应剂进行中和，再加入调配剂、助流剂等进行高温熔化，熔体经高速离心机甩成无机纤维。其技术需要对赤泥加酸进行中和，工艺复杂，生产成本高，用酸作中和剂，在高温熔融过程中会产生有害的气体，对环境有一定的影响。同时生产出的无机纤维只能勉强达到“矿棉”技术指标，而不能达到国家级“岩棉”技术标准，特别是“酸度系数”指标。

发明内容

本发明的目的在于提供利用赤泥生产无机纤维的工艺方法，赤泥用量在70％以上。

本发明是这样实现的：

赤泥中加入固化剂、酸度系数调节剂，与焦炭进行高温熔融，形成熔融液；熔融液上部为无机纤维熔液，可制作无机纤维；熔融液下部为铁熔液，可提铁处理。本发明采用二种方案：

一种利用赤泥生产无机纤维的工艺方法，其工艺步骤为：(1)以赤泥为主料加入水泥，加水搅拌混合均匀,强力压制成球块状，自然晾干，固化形成球块状物料；(2)所述球块状物料再与玄武岩矿石块、焦碳进行配料，混合均匀，形成半成品物料；(3)所述半成品物料在熔化炉中进行高温熔融，形成熔融液；(4)熔融液上部为无机纤维熔液，无机纤维熔液经离心机甩丝，固化后，形成无机纤维；熔融液下部为铁熔液，进行提铁处理。

另一种利用赤泥生产无机纤维的工艺方法，其工艺步骤为：(1)以赤泥为主料加入水泥、硅石粉，加水搅拌混合均匀，强力压制成球块状，自然晾干，固化形成球块状物料；(2)球块状物料再与焦碳进行配料，混合均匀，形成半成品物料；(3)所述半成品物料在熔化炉中进行高温熔融，形成熔融液；(4)熔融液上部为无机纤维熔液，无机纤维熔液经离心机甩丝，固化后，形成无机纤维；熔融液下部为铁熔液，进行提铁处理。

本发明采用上述方案后，充分利用了赤泥、固化剂、酸度系数调节剂中的Si、Ca、Fe、Al、Na、Mg元素资源，以赤泥为主料生产无机纤维，赤泥配比用量可达70％以上，有效治理赤泥污染，生产的无机纤维达到岩棉级别，经济效益、社会环保效益显著。工艺简单，生产成本低，实现赤泥综合利用的规模化生产。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，检测结果表明：赤泥熔点为1200～1250℃，赤泥的渗出液碱度PH值10～12，粒度为0.08～0.25μm，相对密度2.7～2.9，表观相对密度0.8～1.0。其化学成分随不同的生产工艺不同而轻微不同，主要的矿物组成为钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)、石英(SiO2)、钙铁榴石(Ca3Fe2+3(SiO4)3)和钙钛榴石(Ca3TiFeSi3O12)，主要有用元素成分为Si、Al、Fe和Ca。赤泥主要元素化学成分如下表：

赤泥主要元素化学成分如下表

组成	SiO2	Fe2O3	Al2O3	CaO	Na2O	MgO	K2O	TiO2
									含量	20-32	10-17	5-7	42-46	2-2.3	1-1.5	0.2-0.4	2-2.2

由此可知，赤泥可作为生产无机纤维的原料，而且赤泥中的Na、Mg、K元素具有一定的助燃作用，可降低熔炼过程中焦炭的用量。

实施例1

赤泥作为主料，配料前其含水量控制在10～14％，按1：0.1～0.15的重量比加入水泥，加水搅拌混合均匀，混合后的总含水量控制在8～12％；所述水泥采用325或425硅酸盐水泥，作为固化剂使用。

混合料强力压制成球块状，4×6×8㎝左右，自然晾干，固化形成球块状物料。再将球块状物料、玄武岩矿石块、焦碳按3.5：0.1～0.2：1的重量比进行配料混合均匀，形成半成品物料；玄武岩矿石块大小8×10×12㎝左右，SiO2含量45％、Al2O3含量14％以上作为酸度系数调节剂使用；焦炭粒度6-10cm，热值>7000kca/k。

半成品物料在熔化炉中进行高温熔融，高温熔融时的温度为1400～1550℃，形成熔融液。

熔融液上部为无机纤维熔液，无机纤维熔液流至离心机，由离心机甩丝处理，对甩出丝状纤维喷射高压雾状固化液，形成无机纤维，无机纤维的直径3～7um，长度10～20cm，无机纤维可制作形成系列产品。无机纤维的酸度系数在1.4～1.6之间，可达到“岩棉”级技术指标。熔融液下部为铁熔液，进行提铁处理，得到铁作为副产品。

水泥作为固化剂，一方面，可进一步补充赤泥中硅、铝含量的不足起到添加剂的作用；另一方面可起到固化赤泥的作用。使用赤泥用量可达到70～80％。

实施例2

赤泥作为主料，配料前其含水量控制在10～14％，按1：0.15：0.1～0.2的重量比加入水泥、硅石粉，加水搅拌混合均匀，混合后的总含水量控制在8～12％；所述水泥采用325或425硅酸盐水泥，作为固化剂使用；硅石粉在325～500目，SiO2含量95％以上，作为酸度系数调节剂使用。

混合料强力压制成球块状，4×6×8㎝左右，自然晾干，固化形成球块状物料。再将球块状物料与焦碳按3.5：1的重量比配料，混合均匀，形成半成品物料；焦炭粒度6～10cm，热值>7000kca/k。

半成品物料在熔化炉中进行高温熔融，高温熔融时的温度为1550～17000℃，需高压氧助燃，形成熔融液。

熔融液上部为无机纤维熔液，无机纤维熔液流至离心机，由离心机甩丝处理，对甩出丝状纤维喷射高压雾状固化液，形成无机纤维，无机纤维的直径3～7um，长度10～20cm，无机纤维可制作形成系列产品，无机纤维的酸度系数在1.5～1.7之间，达到“岩棉”级技术指标。熔融液下部为铁熔液，进行提铁处理，得到铁作为副产品。

水泥作为固化剂，一方面，可进一步补充赤泥中硅、铝含量的不足起到添加剂的作用；另一方面可起到固化赤泥的作用。

硅石粉可补充赤泥中硅含量的不足起到添加剂的作用，还起到调节无机纤维的酸度系数作用；另一方面硅石粉可降低炉内的熔融温度，减少焦炭用量，降低生产成本。赤泥用量可达到70～80％。

为验证本发明的效果，结合在专利﹙CN102001823A﹚文件公布的几个实施例中在赤泥中加入氧化钙含量较高的工业固体废物，如：粉煤灰、电石渣、磷渣、镁渣等，进行了如下实验：

一、实验主设备通用部分：

铲车、粉碎机、箱式供料机、配料输送机、双轴搅拌混料机、压球机、混料输送机、冲天炉、冷却水系统、风机、四滚离心机、粘结剂制备与施加、集棉、摆动铺毡、固化后处理及包装、除尘、废气焚烧和助燃风换热系统、生产线的电气及自动控制设备、高压氧助燃系统等(高压氧助燃系统在实验一、实验二中不需要，只有在实验三中用到)。通用焦炭(粒度6～10cm，热值>7000kca/k)。以下全部实验是在同一条生产线上进行生产的。

二、各原材料主要元素化学成分％含量：

赤泥、水泥、玄武岩、硅石粉、粉煤灰、电石渣、磷渣、镁渣主要元素化学成分％含量。

表1：成分含量表

三、实验部分

实验一：在赤泥(成本不算)中分别加入氧化钙含量较高的工业固体废物，如：粉煤灰、电石渣、用量、镁渣等(成本不算)，加入高钙成份的生石灰做固化,生产无机纤维。

1、配料压球工段：

用赤泥分别分别加入高钙成份的生石灰、粉煤灰、电石渣、磷渣、镁渣，固化成球块主料。

表2：配料表

2、试生产：

表2“样品号1、2、3”分别配料后，根据赤泥含水量(配料前含水量控制在10～14％)对赤泥进行加水均匀混合,混合后总含水量控制在8～12％，强力加压制成球块状物料，自然晾干固化形成主料(球块状主料规格4×6×8㎝)。用球块状主料、焦炭(粒度6～10cm，热值>7000kca/k)配料，按3.5：1混合，通过输送机送到熔化炉，在熔化炉中进行高温熔融，形成熔融液。熔融液上部为无机纤维溶液，无机纤维溶液流至离心机(离心机采用四滚离心机，其转速为4800～6000转/分)，由离心机甩丝处理，甩出丝状纤维的同时对丝状纤维丝高压雾状喷射固化液(固化液由尿酸树脂胶液与水按一定的重量比配合而成，固化水溶液用量与无机纤维再按一定的重量高压雾状喷射混合)，制得无机纤维(无机纤维的直径3～7um，长度7～20cm)收集。形成系列产品。熔融液下部为铁熔液，进行提铁处理，副产品是铁。熔化炉高温熔融时的温度为1450～1550℃(不需加高压氧助燃)。通过实验生产(在实验生产时，分别选粉煤灰、电石渣、磷渣、镁渣与生石灰配料的表2中“样品号2”球块)，得到的无机纤维、副产品铁。

表3：产品表

3、经济效益情况：

用赤泥中加入粉煤灰、电石渣、磷渣、镁渣，以11吨球块主料与3吨焦炭，按表3“样品号2”球块，以同一条生产线连续生产约3小时统计：生产无机纤维试验结果及经济效益(合计成本为：人工、车辆、电费、焦碳、天然气、软化剂、设备折旧等)。

表4：经济效益表

4、小结：

通过在生石灰、粉煤灰、石渣、磷渣、镁渣与赤泥配料试生产无机纤维，最终生产出的系列产品酸度系数最高在1.1，通过试生产出的无机纤维只能勉强达到“矿棉”技术指标、无机纤维渣球含量较高、每吨原材料可获毛利润最多300元，经济效益较差，赤泥最高用量50％，没有使赤泥真正占主料。

实验二：以赤泥为主要原料加入固化剂(用普通水泥)、酸度系数调节剂(玄武岩矿石块)配料生产无机纤维。

1、配料压球工段：

用赤泥为主料加入固化剂(用普通硅酸盐325或425水泥)、酸度系数调节剂(用玄武岩矿石块8×10×12㎝左右,SiO2含量45％、Al2O3含量14％以上)配料生产无机纤维。用赤泥为主料加入水泥，先用赤泥(配料前含水量控制在10～14％)、水泥按1：0.15的比例配料，配料后根据赤泥含水量对赤泥进行加水均匀混合,混合后总含水量控制在8～12％，强力加压制成球块状物料，自然晾干固化形成主料(球块状主料规格4×6×8㎝)。

表5：配料表

2、试生产：

用表5球块主料与酸度系数调节剂玄武岩矿石块配料生产无机纤维。按参考表6“样品号1、2、3”分别与玄武岩矿石块配料，分别通过输送机送到熔化炉，在熔化炉中进行高温熔融，形成熔融液。熔融液上部为无机纤维溶液，无机纤维溶液流至离心机(离心机采用四滚离心机，其转速为4800～6000转/分)，由离心机甩丝处理，甩出丝状纤维的同时对丝状纤维丝高压雾状喷射固化液(固化液由尿酸树脂胶液与水按一定的重量比配合而成，固化水溶液用量与无机纤维再按一定的重量高压雾状喷射混合)，制得无机纤维(无机纤维的直径3～7um，长度10～20cm)收集。形成系列产品。熔融液下部为铁熔液，进行提铁处理，副产品是铁。熔化炉高温熔融时的温度为1450～1550℃(不需加高压氧助燃)。本方法加入固化剂水泥：一方面，水泥可起到固化剂的作用，使球块状主料硬度达到要求；另一方面，水泥中的铝、硅元素对赤泥起到一定的补充作用。本方法加入酸度系数调节剂玄武岩矿石块：一方面，可进一步补充赤泥中硅、铝含量的不足起到添加剂的作用；另一方面，可起到对产品﹙无机纤维﹚的酸度系数调节作用；同时熔融时的温度相对较低，可起到降低生产成本的作用。

用85％赤泥加入15％水泥生成球块主料，分别与酸度系数调节剂(玄武岩矿石块)按表6配料11吨，生产无机纤维试验结果。

表6：产品表

3、经济效益情况：

以85％赤泥加入15％水泥生成球块主料，和玄武岩矿石块按参考表6分别配料11吨，与3吨焦炭生产无机纤维，合计成本(人工、电、焦碳和软化剂、设备折旧)及经济效益。

表7：经济效益表

在赤泥不计成本的情况下，主要有车辆、电费、水泥、玄武岩矿石块、焦碳、天然气、软化剂、人工为生产成本，1200元/吨，无机纤维成品价2800元/吨。球块主料和玄武岩矿石块配料，每吨原料可生产0.75吨以上无机纤维和0.1吨以上面包铁。在副产品面包铁不计利润的情况下，每吨原材料可获毛利润约1000元以上，(在实际生产时，选用参考表6中“样品号2”配料球块和玄武岩矿石块用量)。

4、小结：

用赤泥为主料加入硅酸盐325或425水泥做固化剂、玄武岩矿石块作为酸度系数调节剂生产无机纤维，以表6“样品号1、2、3”配料11吨，与3吨焦炭生产无机纤维。以同一条生产线连续生产约3小时统计：最终生产出的系列产品可达岩棉级指标(酸度系数在1.4～1.6)、生产无机纤维8吨以上、产出粗面包铁1.1吨、无机纤维渣球含量≤5％、每吨原材料可获毛利润约1000元以上，经济效益可观，赤泥用量可达到70～80％。

实验三：以赤泥为主要原料加入固化剂(水泥)、酸度系数调节剂(硅石粉)生产无机纤维。

1、配料压球工段：

用赤泥为主料加入固化剂(用普通硅酸盐325或425水泥)、酸度系数调节剂(用325～500目硅石粉,SiO2含量95％以上)配料生产无机纤维。赤泥(配料前含水量控制在10～14％)、水泥、硅石粉按1：0.15：0.1～0.2的比例搅拌混合均匀，配料后根据赤泥含水量对赤泥进行加水均匀混合,混合后总含水量控制在8～12％，强力加压制成球块状物料固化自然晾干生成主料。

用赤泥、固化剂(水泥)、酸度系数调节剂(硅石粉)生产无机纤维配料。

表8：配料表

2、试生产：

分别选用表8“样品号1、2、3”配料球块生产无机纤维。按配料表8“样品号1、2、3”各11吨主料，球块状主料分别与焦炭按3.5:1混合，分别通过输送机分别送到熔化炉，在熔化炉中进行高温熔融，形成熔融液。熔融液上部为无机纤维溶液，无机纤维溶液流至离心机(离心机采用四滚离心机，其转速为4800～6000转/分)，由离心机甩丝处理，甩出丝状纤维的同时对丝状纤维丝高压雾状喷射固化液(固化液由尿酸树脂胶液与水按一定的重量比配合而成，固化水溶液用量与无机纤维再按一定的重量高压雾状喷射混合)，制得无机纤维(无机纤维的直径3～7um，长度10～20cm)收集。形成系列产品。熔融液下部为铁熔液，进行提铁处理，副产品是铁。熔化炉高温熔融时的温度为1550～1700℃(需加高压氧助燃)。本方法加入固化剂水泥：一方面，水泥可起到固化剂的作用，使球块状主料硬度达到要求；另一方面，水泥中的铝、硅元素对赤泥起到一定的补充作用。本方法加入酸度系数调节剂硅石粉：一方面，可进一步补充赤泥中硅含量的不足起到添加剂的作用；另一方面，可起到对产品﹙无机纤维﹚的酸度系数调节作用；再一方面用硅石粉而不用硅石快，主要是为了降低炉内的熔融温度，减少焦炭用量，起动降低生产成本。(在实际生产时，选用配料表8中“样品号2”配料球块)。用赤泥为主料加入水泥、硅石粉配料生产无机纤维，赤泥用量可达到70～80％。最终生产出的系列产品酸度系数在1.5～1.7。

用赤泥为主料加入固化剂(水泥)、酸度系数调节剂(硅石粉)配料11吨生产无机纤试验产品结果。

表9：产品表

3、经济效益情况：

用赤泥为主料加入固化剂(水泥)、酸度系数调节剂(硅石粉)配料成球块状主料，球块状主料、焦炭按3.5：1混合，以11吨球块主料与3.2吨焦炭生产无机纤维，在赤泥不计成本的情况下，合计成本：车辆、水泥、硅石粉、人工、电、焦碳、天然气、软化剂、设备折旧)及经济效益。

表10：经济效益表

4、小结：

用赤泥为主料加入水泥、硅石粉配料生产无机纤维，分别选用表8“样品号1、2、3”配料球块生产无机纤维。以11吨球块主料与3.2吨焦炭生产无机纤维，以同一条生产线连续生产约3小时统计，通过验证本发明的效果，可生产无机纤维8.2吨、产出粗面包铁1吨。无机纤维渣球含量≤5％、最终生产出的系列产品可达岩棉级指标产品(酸度系数在1.6)、每吨原材料可获毛利润约1200元以上，经济效益可观，赤泥用量可达到70～80％。

四、与本发明先进性进行比较：

用生石灰、粉煤灰、石渣、磷渣、镁渣分别与赤泥分别配料和用赤泥为主料加入固化剂(水泥)、酸度系数调节剂(玄武岩、硅石粉)分别配料，分别强力压制成球块状主料试生产无机纤维，以11吨球块(或配料)主料为原料与约3吨焦炭为燃料，以同一条生产线连续生产约3小时，生产的无机纤维统计，合计成本(车辆、人工、电、焦碳、天然气、软化剂、设备折旧等)、产品质量、产量及经济效益比较。

表11：综合经济效益比较表

通过综合经济效益比较表11比较，在专利﹙CN102001823A﹚文件公布的几个实施例，通过进行实验，本发明的实验二、实验三结果比专利﹙CN102001823A﹚文件公布的几个实施例实验一结果，在赤泥用量、纤维渣球含量、出棉率、纤维酸度系数、副产品量、产品外观、产品量、产品质量、产品单价、产品成本、产品利润等方面具有明显的先进性。利用赤泥为主要原料生产无机纤维，通过成本核算,具有较好的经济性。用此实验二、实验三方法生产无机纤维赤泥的消耗量比较大，技术难度比较容易实现，能彻底达到对赤泥治理的目的。

综上所述,用赤泥为主料加入固化剂、酸度系数调节剂生产无机纤维，工艺相对简单，充分利用了赤泥、固化剂、酸度系数调节剂中的Si、Ca、Fe、Al、Na、Mg元素资源，不产生尾渣，生产过程中的边角废料可重复利用，对环境没有二次污染，对赤泥治理彻底，实现了赤泥的综合利用,变废为宝。生产成本低，可实现大规模工业化生产，在彻底治理赤泥污染的同时，可生产高附加值的符合国家标准的无机纤维系列产品，具有十分明显的经济效益、社会环保效益。本项目符合国家产业政策，符合国家环保要求。

Claims (3)

1.利用赤泥生产无机纤维的工艺方法，其工艺步骤为：

(1) 以赤泥为主料，赤泥主要元素化学成分按重量百分数如下：20-32%SiO₂，10-17%Fe₂O₃，5-7%Al₂O₃，42-46%CaO，2-2.3%Na₂O，1-1.5%MgO，0.2-0.4%K₂O，2-2.2%TiO₂；

配料前其含水量控制在10～14％，加入水泥、硅石粉，加水搅拌混合均匀，强力压制成球块状，自然晾干，固化形成球块状物料 ；赤泥与水泥、硅石粉按1：0.15：0.1～0.2的重量比混合，混合后的总含水量控制在8～12％；所述水泥作为固化剂使用，硅石粉作为酸度系数调节剂使用；

(2) 球块状物料再与焦碳按3.5：1的重量比进行配料，混合均匀，形成半成品物料；

(3) 所述半成品物料在熔化炉中进行高温熔融，形成熔融液；

(4) 熔融液上部为无机纤维熔液，无机纤维熔液经离心机甩丝，固化后，形成无机纤维；熔融液下部为铁熔液，进行提铁处理。

2.根据权利要求1所述的利用赤泥生产无机纤维的工艺方法，其特征在于：所述水泥采用325或425普通硅酸盐水泥，硅石粉规格为325～500目。

3.根据权利要求1所述的利用赤泥生产无机纤维的工艺方法，其特征在于：高温熔融时的温度为1550～1700℃。