CN108502907B - 一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，属于废弃物综合利用领域。方法如下：将高铁赤泥配制成浆液，表面更新后，再将铝灰加入，水热条件下反应，表面磁化赤泥中赤铁矿；再通过物理分选的方法，回收其中含铁矿相，并使赤泥中铝和碱组分转化为铝酸钠溶液。固液分离后，铝酸钠溶液用于生产氧化铝，从而高值化利用了铝组分。该方法可同步处理铝灰和赤泥，同步回收铁、铝和碱组分，避免生成有害气体，且工艺简单、经济性好、环境友好，是一种“以废治废”的方法。

Description

一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法
技术领域
本发明属于废弃物综合利用领域，具体涉及一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法。
背景技术
赤泥是氧化铝生产中排放的一种固废。由于碱含量高、物相多，有价组份(铁、铝、钠、钙等)价值低，因而经济处理赤泥一直是铝冶金中的难点。而我国氧化铝年产量达7000万吨，相应地赤泥年产量超过1亿吨。导致赤泥堆存在成本高、环境风险大等问题，亟待经济、安全处理。其中我国高铁赤泥产量约占50％，赤泥中Fe2O3含量在15％以上，Al2O3、Na2O含量分别介于15～30％、5～10％间。相对于低铁赤泥(Fe2O3＜15％)，从高铁赤泥中可同时回收其中的有价元素铁、铝、钠，并显著减少赤泥量，因而最具有经济处理的前景。
铝灰是在铝电解、铝铸造和铝加工过程中产生的危废。铝灰中的物相多，相互包裹，与水接触可产生成H2、NH3、CH4等危险或有毒气体，且铝灰中氯、氟等在堆存中会渗出，严重污染土壤。目前主要从铝灰中回收铝或转化为氧化铝，对安全处理铝灰中有害元素关注不够。
针对高铁赤泥和铝灰，研究者已分别提出了许多的处理方法。如：以高铁赤泥为原料，通过物理分选方法回收其中的铁，但铁回收率低、铁精矿品位较低，不回收其中铝、钠；或采用还原烧结、水热法、脱碱等方法回收其中的铝、钠或铁，这种化学分离方法可高效回收其中某一组分，但流程长、成本高、二次污染严重。以铝灰为原料，采用烧结法、碱液浸出或水溶可回收全部或部分的氧化铝，但有害气体难处理，氟、氯元素没有安全处置。
目前，综合铝灰和赤泥协同处理的方法较少研究。专利申请CN200810236666.1中李远兵等利用赤泥和铝灰(加含钙化合物)在1400～1800℃烧结1～4h制备硅铁合金和铝酸钙材料，但该方法需要高温，成本高，产业化较难。
专利申请CN201710582083.3中尹小林提出用肼或肼和醇醚类、氨类物质、亚铁盐等还原赤泥中氧化铁成为四氧化三铁；并加入石灰，回收赤泥中的碱。这种方法主要缺陷在于：(1)肼类化合物极毒、难保存、价格高，在回收低价值磁铁矿中工业实施难；(2)当加入亚铁盐时，其在加入了石灰的碱性溶液中会生产沉淀，会导致固相颗粒间还原效率极低；(3)赤泥中的氧化铁会被硅渣完全包裹，还原剂很难与氧化铁发生氧化还原反应，在实际还原过程中氧化铁的还原效率极低或没有还原效果，导致铁的回收率极低；(4)通过该专利所述方法将氧化铁全部还原成四氧化三铁，还原剂用量大，不经济；(5)赤泥中的铝组分主要生成铝硅酸钙，铝组分难以进行高值化利用。
发明内容
本发明要解决的问题是克服现有技术的不足，提供一种经济处理铝灰和高铁赤泥的方法，该方法从两种固废中回收铝、铁、钠等有价组分，实现“以废治废”，不仅可显著减少固废量，有利于固废的全量化利用，而且可显著提高经济效益，是一种经济、安全的短流程处理方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，包括以下步骤：
(1)将赤泥和铝酸钠溶液按比例配制成高铁赤泥浆液，
(2)将一定量的铝灰加入到步骤(1)配制的高铁赤泥浆液中进行反应，
(3)将步骤(2)反应后浆液用洗液稀释后，经物理分选步骤回收反应后浆液中的铁，得铁精矿，
(4)步骤(3)回收铁后的浆液，经固液分离，得铝酸钠溶液，
(5)将步骤(4)中的铝酸钠溶液用于生产氢氧化铝或氧化铝。
上述处理方法，优选的，步骤(1)中高铁赤泥和铝酸钠溶液的比例为液/固质量比：0.5～2。
上述处理方法，优选的，在步骤(2)的高铁浆液和铝灰反应体系中，浆液中高铁赤泥量为100～1000g/L，铝灰的加入量是5～100g/L。
上述处理方法，优选的，步骤(1)中铝酸钠溶液的组成包括如下组分：Na2O浓度a为0＜a≤250g/L，Al2O3浓度b为0＜b≤200g/L，Na2Oc浓度c为0≤c≤20g/L。优选地，Na2O浓度a为30≤a≤200g/L，Al2O3浓度b为0＜b≤150g/L，Na2Oc浓度c为0≤c≤10g/L。
上述处理方法，优选的，步骤(2)反应条件包括：反应温度为60-280℃，反应时间为0.5-10h；优选的，反应温度为90-200℃，反应1-5h。补加一定量的石灰，从而使浆液CaO/SiO2分子比为0.5～2，和/或补加一定量的氧化镁，从而使浆液(MgO+CaO)/SiO2分子比为0.5～2。
上述处理方法，优选的，所述物理分选步骤为磁选或磁选和重选。
上述处理方法，优选的，在步骤(1)后加入通过物理方法对高铁赤泥进行表面更新的步骤，表面更新后，赤泥颗粒的中位径小于25μm，使赤泥中氧化铁从硅渣中裸露出来。
上述处理方法，优选的，所述物理方法可以是球磨、搅拌磨或棒磨。
上述处理方法，优选的，步骤(5)包括：将步骤(4)中的铝酸钠溶液返回至氧化铝生产系统中，采用晶种分解或碳酸化分解，用于生产砂状氧化铝、特种氧化铝、特种氢氧化铝。
上述处理方法，优选的，所述特种氧化铝为超细氧化铝；所述特种氢氧化铝为超细氢氧化铝，优选为高白超细氢氧化铝。
通过上述处理方法，铝灰中的铝、硅和等氮化铝还原性物质将高铁赤泥中的氧化铁通过原位反应，表面被还原成四氧化三铁Fe3O4，通过磁选或磁选和重选，回收浆液中铁，含铁精矿洗涤，得铁精矿；同时赤泥和铝灰中的铝组分以及赤泥中的钠组分被浸出，生成铝酸钠溶液，回收赤泥中铝、碱，赤泥中部分硅转化为水合硅酸钙；铝灰中的氯元素嵌入钠硅渣中；铝灰中的氟和赤泥中的钙转化为氟化钙CaF2。该方法从而既回收了铝灰和赤泥中的铁、铝和碱，又避免了铝灰中铝、硅和氮化铝与水反应产生有害危险气体，还安全固化了氟、氯等组分。通过上述处理，铝灰和赤泥中氧化铝回收率大于60％、碱回收率大于80％，赤泥中氧化铁回收率大于60％，铁精矿中总铁TFe大于56％。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的经济处理铝灰和高铁赤泥的方法，具有以下优点：
(1)“以废治废”。铝灰是危废，赤泥是一种大宗固废。分别处理铝灰和赤泥时流程长、消耗多、潜在的二次污染严重。在反应浆液中以铝灰中的还原性物质原位表面还原高铁赤泥中氧化铁，实现高效回收赤泥中铁的目标。同时使铝、钠组分生成铝酸钠，回收了铝灰的铝和赤泥中的铝和钠。达到了“以废治废”的目标。
(2)高效、短流程同时回收多种有价组分。通过赤泥颗粒表面更新和赤铁矿表面磁化，还原效率高，因而铝灰用量少。同时，在碱性溶出体系中硅渣发生溶解，既有利于裸露更多氧化铁表面，又有利于生成水合硅酸钙，回收铝灰中铝组分、以及赤泥中铝和钠(碱)组分。相对于还原烧结法回收赤泥中的铁、铝和碱，水热法回收赤泥中铝、碱组分，或湿法回收铝灰的铝组分等工艺而言，本技术路线流程短、高效。
(3)环境友好。采用湿法同时处理两种固废，避免反应浆液中产生有害气体；利用赤泥中钙固化了铝灰中的氟，硅渣固化铝灰中的氯。从而，工艺属绿色，环境风险少。
(4)经济性好、应用前景广阔。传统方法是用烧结法分别处理铝灰、赤泥，能耗高、投资大、成本高。而用湿法分别回收铝灰、赤泥中有价组分时，流程长、成本高。本发明在碱性体系中，物料可循环，因而消耗少、投资少、运行费用低，经济性更明显。同时，我国有大量的高铁赤泥，铝电解和氧化铝企业距离较近，综合利用铝灰和赤泥时实施方便，因而应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例一中的一个具体示例流程示意图；
图2为本发明实施例二中的一个具体示例流程示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面将结合实施例和对比例对本发明的优选实施方案作进一步详细的描述，但是本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
(1)高铁赤泥和铝灰的反应：取50g高铁赤泥(Fe2O338.72％，Al2O317.95％，Na2O4.18％，SiO210.02％，CaO 13.27％，TiO26.28％)和50ml铝酸钠溶液调配成浆液；取出浆液，再和50mL铝酸钠溶液(Na2O 162.10g/L，Al2O399.31g/L)一起加入反应釜中；升温、搅拌，配制成赤泥溶出原浆液；再加入3g铝灰(Al 43.27％，F 2.39％，Cl 6.07％，Na 7.92％，Ca0.86％，Mg 1.36％)密封；升温至130℃，反应2h，冷却，取出反应后的浆液；
(2)物理分选回收铁：用洗液稀释浆液，用磁选回收其中铁组分，共得7.61g铁精矿，铁精矿品位为TFe 56.43％，氧化铁回收率为60.93％。
(3)氢氧化铝/氧化铝的生产：将铁回收后的浆液过滤、洗涤，得铝酸钠溶液(Na2O164.10g/L，Al2O3104.95g/L)和残渣；其中赤泥中铝灰和赤泥中氧化铝回收率60.78％，赤泥中碱回收率为80.01％；残渣用于堆存，而铝酸钠溶液在50℃下用于晶种分解，可得氢氧化铝(中位径d50 2.01μm)，焙烧氢氧化铝得超细氧化铝。
实施例2
(1)高铁赤泥和铝灰的反应：取10g高铁赤泥(Fe2O338.72％，Al2O317.95％，Na2O4.18％，SiO210.02％，CaO 13.27％，TiO26.28％)和10ml铝酸钠溶液调配成浆液，在棒磨机表面更新60min，赤泥颗粒中位径d50 24.23μm，取出浆液，和90mL铝酸钠溶液(Na2O30.10g/L，Al2O30.01g/L)一起加入反应釜中；升温、搅拌，配制成赤泥溶出原浆液；再加入0.5g铝灰(Al 43.27％，F 2.39％，Cl 6.07％，Na 7.92％，Ca 0.86％，Mg 1.36％)密封；升温至150℃，反应4h，冷却，取出反应后的浆液；
(2)物理分选回收铁：用水或洗液稀释浆液，用磁选回收其中铁组分，共得10.43g铁精矿，铁精矿品位为TFe 57.02％，氧化铁回收率为71.86％。
(3)氢氧化铝/氧化铝的生产：将铁回收后的浆液过滤、洗涤，得铝酸钠溶液(Na2O32.40g/L，Al2O312.17g/L)和残渣；其中赤泥中铝灰和赤泥中氧化铝回收率60.91％，赤泥中碱回收率为87.32％；残渣用于堆存，而铝酸钠溶液在50℃下用于碳酸化分解，可得氢氧化铝(中位径d50 1.52μm)，焙烧氢氧化铝得超细氧化铝。
实施例3
(1)高铁赤泥和铝灰的反应：取30g高铁赤泥(Fe2O338.72％，Al2O3 17.95％，Na2O4.18％，SiO210.02％，CaO 13.27％，TiO26.28％)和60ml铝酸钠溶液调配成浆液，在振动磨中表面更新20min，赤泥颗粒中位径d50 10.46μm，取出浆液；与3g MgO和40mL铝酸钠溶液(Na2O 162.10g/L，Al2O392.31g/L，Na2Oc 10g/L)一起加入反应釜中；升温、搅拌，配制成赤泥溶出原浆液；再加入3g铝灰(Al 43.27％，F 2.39％，Cl 6.07％，Na 7.92％，Ca 0.86％，Mg 1.36％)密封；升温至250℃，反应1h，冷却，取出反应后的浆液；
(2)物理分选回收铁：用水或洗液稀释浆液，用磁选机回收其中铁组分，共得11.87g铁精矿，铁精矿品位为TFe 60.75％，氧化铁回收率为88.68％。
(3)氢氧化铝/氧化铝的生产：将铁回收后的浆液过滤、洗涤，得铝酸钠溶液(Na2O164.10g/L，Al2O3147.95g/L，Na2Oc 9g/L)和残渣；其中赤泥中铝灰和赤泥中氧化铝回收率78.01％，赤泥中碱回收率为87.21％；残渣用于堆存，而铝酸钠溶液进入氧化铝生产中，采用晶种分解或碳酸化分解生产砂状氧化铝。
实施例4
(1)高铁赤泥和铝灰的反应：取30g高铁赤泥(Fe2O332.78％，Al2O317.15％，SiO228.24.％，Na2O 8.24％，CaO 1.97％，TiO22.28％)和15ml铝酸钠溶液调配成浆液，在搅拌磨中表面更新60min，赤泥颗粒中位径d50 15.34μm；取出浆液，再和11.22g石灰(CaO和SiO2分子比0.5)和100mL铝酸钠溶液(Na2O 162.10g/L，Al2O392.31g/L)一起加入反应釜中；升温、搅拌，配制成赤泥溶出原浆液；再加入3g铝灰(Al 43.27％，F 2.39％，Cl 6.07％，Na7.92％，Ca 0.86％，Mg 1.36％)密封；升温至170℃，反应2h，冷却，取出反应后的浆液；
(2)物理分选回收铁：用水或洗液稀释浆液，先用磁选、后用重选回收其中铁组分，共得9.6g铁精矿，铁精矿品位为TFe 61.72％，氧化铁回收率为86.07％。
(3)氢氧化铝/氧化铝的生产：将铁回收后的浆液过滤、洗涤，得铝酸钠溶液(Na2O164.10g/L，Al2O3140.34g/L)和残渣；其中赤泥中铝灰和赤泥中氧化铝回收率66.78％，赤泥中碱回收率为78.87％；残渣用于堆存，而铝酸钠溶液在60℃下用于晶种分解，可得氢氧化铝(中位径d50 9.21μm)，焙烧氢氧化铝得氧化铝微粉。
实施例5
(1)高铁赤泥和铝灰的反应：取100g高铁赤泥(Fe2O332.78％，Al2O317.15％，Na2O8.24％，SiO228.24.％，CaO 1.97％，TiO22.28％)和50ml铝酸钠溶液调配成浆液，在球磨机表面更新120min，赤泥颗粒中位径d50 19.45μm；取出浆液，和51g石灰和50mL铝酸钠溶液(Na2O 100.10g/L，Al2O32.01g/L)一起加入反应釜中；升温、搅拌，配制成赤泥溶出原浆液；再加入2g铝灰(Al 43.27％，F 2.39％，Cl 6.07％，Na 7.92％，Ca 0.86％，Mg 1.36％)密封；升温至250℃，反应0.5h，冷却，取出反应后的浆液；
(2)物理分选回收铁：用水或洗液稀释浆液，先用磁选，后用重选回收其中铁组分，共得32.95g铁精矿，铁精矿品位为TFe 65.21％，氧化铁回收率为93.28％。
(3)氢氧化铝/氧化铝的生产：将铁回收后的浆液过滤、洗涤，得铝酸钠溶液(Na2O104.10g/L，Al2O3106.66g/L)和残渣；其中赤泥中铝灰和赤泥中氧化铝回收率69.92％，赤泥中碱回收率为94.99％；残渣用于堆存，而铝酸钠溶液在初温65℃、末温50℃下晶种分解，可得氢氧化铝(中位径d50 1.84μm)，焙烧氢氧化铝得超细氧化铝。
实施例6
(1)高铁赤泥和铝灰的反应：取10g高铁赤泥(Fe2O332.78％，Al2O317.15％，Na2O8.24％，SiO228.24.％，CaO 1.97％，TiO22.28％)和10ml铝酸钠溶液调配成浆液，在振动磨中表面更新30min，赤泥颗粒中位径d50 18.23μm；取出浆液，和18g石灰和4g MgO，及100mL铝酸钠溶液(Na2O 100.10g/L，Al2O315.24g/L)一起加入反应釜中；升温、搅拌，配制成赤泥溶出原浆液；再加入0.5g铝灰(Al 43.27％，F 2.39％，Cl 6.07％，Na 7.92％，Ca 0.86％，Mg 1.36％)密封；升温至60℃，反应10h，冷却，取出反应后的浆液；
(2)物理分选回收铁：用水或洗液稀释浆液，用磁选机回收其中铁组分，共得12.41g铁精矿，铁精矿品位为TFe 56.02％，氧化铁回收率为60.10％。
(3)氢氧化铝/氧化铝的生产：将铁回收后的浆液过滤、洗涤，得铝酸钠溶液(Na2O104.10g/L，Al2O361.78g/L)和残渣；其中赤泥中铝灰和赤泥中氧化铝回收率60.02％，赤泥中碱回收率为80.78％；残渣用于堆存，而铝酸钠溶液进入氧化铝厂，通过晶种分解或碳酸化分解生产冶金级砂状氧化铝。
实施例7
(1)高铁赤泥和铝灰的反应：取50g高铁赤泥(Fe2O332.78％，Al2O317.15％，Na2O8.24％，SiO228.24.％，CaO 1.97％，TiO22.28％)和25ml铝酸钠溶液调配成浆液，在振动磨中表面更新30min，赤泥中位径d50 12.23μm；取出浆液，和18g石灰和4g MgO，及50mL铝酸钠溶液一起加入反应釜中；升温、搅拌，配制成赤泥溶出原浆液；再加入0.5g铝灰(Al43.27％，F 2.39％，Cl 6.07％，Na 7.92％，Ca 0.86％，Mg 1.36％)密封；升温至60℃，反应10h，冷却，取出反应后的浆液；
(2)物理分选回收铁：用水或洗液稀释浆液，用磁选机回收其中铁组分，共得12.41g铁精矿，铁精矿品位为TFe 56.02％，氧化铁回收率为60.10％。
(3)氢氧化铝/氧化铝的生产：将铁回收后的浆液过滤、洗涤，得铝酸钠溶液(Na2O108.10g/L，Al2O355.22g/L)和残渣；其中赤泥中铝灰和赤泥中氧化铝回收率69.02％，赤泥中碱回收率为90.78％；残渣用于堆存，而铝酸钠溶液进入氧化铝厂，通过溶出铝土矿降低溶液苛性比后，再通过晶种分解或碳酸化分解生产冶金级砂状氧化铝。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，包括以下步骤：
(1)将赤泥和铝酸钠溶液按比例配制成高铁赤泥浆液，其中赤泥和铝酸钠溶液的比例为液/固质量比：0.5～2，
(2)将一定量的铝灰加入到步骤(1)配制的高铁赤泥浆液中进行反应，其中铝灰的加入量是5～100g/L；反应条件为：反应温度为60-280℃，反应时间为0.5-10h；补加一定量的石灰，从而使浆液CaO/SiO2分子比为0.5～2，和/或补加一定量的氧化镁，从而使浆液(MgO+CaO)/SiO2分子比为0.5～2，
(3)将步骤(2)反应后浆液用洗液稀释后，经物理分选步骤回收反应后浆液中的铁，得铁精矿，
(4)步骤(3)回收铁后的浆液，经固液分离，得铝酸钠溶液，
(5)将步骤(4)中的铝酸钠溶液用于生产氢氧化铝或氧化铝。
2.如权利要求1所述的一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，其特征在于，在步骤(2)的高铁浆液和铝灰反应体系中，浆液中高铁赤泥量为100～1000g/L。
3.如权利要求1所述的一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，其特征在于，步骤(1)中铝酸钠溶液的组成包括如下组分：Na2O浓度a为0＜a≤250g/L，Al2O3浓度b为0＜b≤200g/L，Na2Oc浓度c为0≤c≤20g/L。
4.如权利要求1所述的一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，其特征在于，所述物理分选步骤为磁选或磁选和重选。
5.如权利要求1所述的一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，其特征在于，在步骤(1)后加入通过物理方法对高铁赤泥进行表面更新的步骤，表面更新后，赤泥颗粒的中位径小于25μm。
6.如权利要求5所述的一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，其特征在于，所述物理方法是球磨、搅拌磨或棒磨。
7.如权利要求1所述的一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，其特征在于，步骤(5)包括：将步骤(4)中的铝酸钠溶液返回至氧化铝生产系统中，采用晶种分解或碳酸化分解，用于生产砂状氧化铝、特种氧化铝、特种氢氧化铝。
8.如权利要求7所述的一种铝灰和高铁赤泥同步处理方法，其特征在于，所述特种氧化铝为超细氧化铝；所述特种氢氧化铝为超细氢氧化铝。
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