CN108751139A - 一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，包括如下步骤：1）将磷石膏、赤泥、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，控制生料中磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的重量比为1:0.3‑0.6:0.4‑1，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的12‑24%；将生料送入窑内焙烧，制得熟料；2）将步骤1）制得的熟料研磨后溶出，并进行固液分离即可。本发明开拓了磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的新应用，具有处理工艺简单，成本低，附加值高，且有价物质回收率高，回收的铝成分纯度高的特点。

Description

一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺
技术领域
本发明涉及一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，属于冶金化工领域。
背景技术
磷石膏是指在磷酸生产中用硫酸处理磷矿时产生的固体废渣，其主要成分为硫酸钙(CaSO4)，其含量一般可达到70～90％左右。此外，磷石膏还含有多种杂质：未分解的磷矿，未洗涤干净的磷酸、氟化钙、铁、铝化合物、酸不溶物、有机质等。
赤泥是铝土矿制铝过程中产生的废渣，拜耳法生产铝过程中产生的赤泥叫做拜耳赤泥。尽管普通赤泥中的铁含量较少，通常低于7％左右，但是，其中含有大量的硅铝元素。
高硫铝土矿是指含硫量大于0.7％的铝土矿，其中的硫主要以黄铁矿和其异构体白铁矿和胶黄铁矿形式存在。由于在氧化铝生成中，当硫含量达到一定程度之后，将会给生产到来极大的危害，甚至使生产无法进行，因此，如果将高硫铝土矿用作氧化铝生产，则必须进行脱硫处理，但是，不管是预焙烧脱硫、浮选脱硫、添加剂脱硫、分解母液冷冻结晶脱硫，还是蒸发-时效-分离脱硫等其他脱硫工艺，均存在脱硫效率不高、成本昂贵、脱硫工艺复杂的缺陷。现目前，我国高硫铝土矿中高品位矿占57,2％，对于高品味铝土矿日渐枯竭的今天，如何有效利用高硫铝土矿对于发展氧化铝工业具有重要有意义。
尽管磷石膏、赤泥和高硫铝土矿中含有大量的有价物质，如硫、铁、铝、硅等；但是，我国每年排放磷石膏约2000万吨，累计排量近亿吨。而每生产1吨氧化铝，大约产生赤泥1.0-2.0吨。我国赤泥的年产生量为数千万吨，累计堆存量高达数亿吨。而大量的高硫铝土矿得不到应用。
由于磷石膏、赤泥产量巨大，同时，现目前针对磷石膏、赤泥的应用较少，主要用于生产建筑水泥和直接铺路等，高硫铝土矿又得不到应用，而通过磷石膏、赤泥和高硫铝土矿提取回收有价物质的工艺复杂，成本高。导致了现目前磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的消耗量少，磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的应用附加值低的缺陷。而将磷石膏、赤泥和高硫铝土矿进行综合利用，提取回收有价物质的研究未见报道。
发明目的
本发明的目的在于，提供一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺。本发明开拓了磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的新应用，具有处理工艺简单，成本低，附加值高，且有价物质回收率高，回收的铝成分纯度高的特点。
本发明的技术方案
一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，包括如下步骤：
1)将磷石膏、赤泥、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，控制生料中磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的重量比为1:0.3-0.6:0.4-1，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的12-24％；将生料送入窑内焙烧，制得熟料；
2)将步骤1)制得的熟料研磨后溶出，并进行固液分离即可。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤1)中，所述的赤泥为拜耳法赤泥，其中Fe2O3的含量低于7％；所述高硫铝土矿中硫含量高于0.7％；所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤1)中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤1)中，所述生料是在温度1120-1320℃下焙烧时间2-4小时。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤2)中，所述研磨为水磨，溶出时用水溶出。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤2)中，所述溶出时的液固体积比为6-8:1。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤2)中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化铁，将硫化铁焙烧后的烟气用于制酸，残渣为氧化铁。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，所述硫化铁是置于40-50％的富氧环境下，在800-1000℃下焙烧1.5-3.5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，向步骤2)中分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝焙烧，得氧化铝。
前述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，所述焙烧是在温度800-1000℃下焙烧时间0.5-1.5小时。
本发明通过将磷石膏和赤泥反应、重组，使之成为有用物质。原理的总反应式为：
CaSO4(磷石膏)+Na2O·SiO2·Al2O3(赤泥+高硫铝土矿)→Na2O·Al2O3+CaO·SiO2↓+[硫]
从该反应式可知，用磷石膏中的CaO与赤泥和高硫铝土矿中的SiO2生成原硅酸钙(2CaO·SiO2↓)后，得到可溶性极好的铝酸钠(Na2O·Al2O3)。反应式中的[硫]，是指通过生料加改性剂工艺，生成的金属硫化物，其主要成分为FeS；浸出熟料中的铝酸钠后，将得到的沉淀物浮选即可得到FeS。
有益效果
1、本发明通过以磷石膏、赤泥和高硫铝土矿作为主要原料，通过加以添加剂和改性剂焙烧后研磨溶出，即可得到主要含铝酸钠的溶液，用于回收铝，而沉淀残渣经浮选后即可用于生产硫酸和回收铁，从而将主要有价物质硫、硅和铝进行了有效的回收提取，开辟了磷石膏、赤泥和高硫铝土矿综合利用的新方向。
2、本发明只需要将磷石膏、赤泥和高硫铝土矿混合后加入改性剂和添加剂焙烧，然后溶出进行固液分离即可，固体部分和液体部分通过常规的提取工艺即可将有价物质成分进行分离提取，工艺简单，且主要反应物料都是废渣，大大降低了综合应用的成本，并且提高了磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的附加值。
3、本发明通过焙烧使物质重组，形成主要的硅酸盐、金属硫化物和铝酸钠成分，而铝酸钠可以直接溶于水中，其他成分在固体残渣中，经过浮选后即可将主要的硫化铁分离，焙烧后制酸提铁即可，因为成分分明，易分离，大大提高了各成分的回收率，同时，由于易溶于水的成分主要为铝酸钠，其他成分很少，几乎没有，大大提高了回收的铝的纯度。
经试验证明，本发明工艺处理后，回收得到的氧化铝的纯度可以达到99％以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
本发明的实施例
实施例1：
本实施例赤泥的主要成分分析表
组成 Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 TiO2 Na2O MgO 灼减
含量 24.0％ 6.7％ 16.8％ 19.8％ 5.6％ 6.0％ 0.7％ 11.8％
本实施例高硫铝土矿的主要成分分析表
组成 Al2O3 Fe2O3 S SiO2 其他
含量 63.2％ 5.4％ 4.1％ 16.2％ 11.1％
一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤如下：
1)将磷石膏、赤泥、高硫铝土矿、碳酸钠和无烟煤混合并研磨制成生料，控制生料中磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的重量比为1:0.3:0.4，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的12％；将生料送入工业回转窑内在温度1120℃下焙烧时间4小时，制得熟料；
2)将步骤1)制得的熟料水磨，溶出时用水溶出，溶出时的液固体积比为6:1，并进行固液分离即可。
实施例2：
本实施例赤泥的主要成分分析表
组成 Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 TiO2 Na2O MgO 灼减
含量 25.5％ 6.1％ 17.8％ 20.8％ 6.0％ 5.1％ 0.6％ 11.1％
本实施例高硫铝土矿的主要成分分析表
组成 Al2O3 Fe2O3 S SiO2 其他
含量 61.5％ 7.1％ 2.2％ 16.9％ 12.3％
一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤如下：
1)将磷石膏、赤泥、高硫铝土矿、硫酸钠和碳混合并研磨制成生料，控制生料中磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的重量比为1:0.5:0.7，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的18％；将生料送入工业隧道窑内在温度1220℃下焙烧时间3小时，制得熟料；
2)将步骤1)制得的熟料水磨，溶出时用水溶出，溶出时的液固体积比为7:1，并进行固液分离即可。
实施例3：
本实施例赤泥的主要成分分析表
组成 Al2O3 Fe2O3 CaO SiO2 TiO2 Na2O MgO 灼减
含量 25.1％ 6.9％ 18.7％ 21.5％ 5.5％ 6.1％ 0.6％ 11.1％
本实施例高硫铝土矿的主要成分分析表
组成 Al2O3 Fe2O3 S SiO2 其他
含量 64.6％ 4.4％ 0.7％ 16.8％ 13.5％
一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，步骤如下：
1)将磷石膏、赤泥、高硫铝土矿、烧碱和煤矸石混合并研磨制成生料，控制生料中磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的重量比为1:0.6:1，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的24％；将生料送入工业立窑内在温度1320℃下焙烧时间2小时，制得熟料；
2)将步骤1)制得的熟料水磨，溶出时用水溶出，溶出时的液固体积比为8:1，并进行固液分离即可。
实施例4：一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，将实施例1/2/3固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化铁，将硫化铁置于40％的富氧环境下，在800℃下焙烧3.5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸，残渣为氧化铁。
本实施例中，氧化铁的回收率为97.4％。
实施例5：一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，将实施例1/2/3固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化铁，将硫化铁置于45％的富氧环境下，在900℃下焙烧2.5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸，残渣为氧化铁。
本实施例中，氧化铁的回收率为98.1％。
实施例6：一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，将实施例1/2/3固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化铁，将硫化铁置于50％的富氧环境下，在1000℃下焙烧1.5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸，残渣为氧化铁。
本实施例中，氧化铁的回收率为97.8％。
实施例7：一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，向实施例1/2/3固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在温度800℃下焙烧时间1.5小时，得氧化铝。
本实施例中氧化铝的回收率为94.3％，纯度为99.0％。
实施例8：一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，向实施例1/2/3固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在温度900℃下焙烧时间1小时，得氧化铝。
本实施例中氧化铝的回收率为94.6％，纯度为99.8％。
实施例9：一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，向实施例1/2/3固液分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝在温度1000℃下焙烧时间0.5小时，得氧化铝。
本实施例中氧化铝的回收率为93.7％，纯度为99.7％。

Claims (10)

1.一种磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）将磷石膏、赤泥、高硫铝土矿、添加剂和改性剂混合并研磨制成生料，控制生料中磷石膏、赤泥和高硫铝土矿的重量比为1:0.3-0.6:0.4-1，添加剂添加比例按生料中所含Na2O和A12O3+Fe2O3总和的分子比为1:1添加，改性剂的混合比例为生料总重量的12-24%；将生料送入窑内焙烧，制得熟料；
2）将步骤1）制得的熟料研磨后溶出，并进行固液分离即可。
2.根据权利要求1所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：步骤1）中，所述的赤泥为拜耳法赤泥，其中Fe2O3的含量低于7%；所述高硫铝土矿中硫含量高于0.7%；所述添加剂为碳酸钠、硫酸钠或烧碱；所述改性剂为无烟煤、碳或煤矸石。
3.根据权利要求1所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：步骤1）中，所述窑为工业回转窑、工业隧道窑或工业立窑。
4.根据权利要求1所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：步骤1）中，所述生料是在温度1120-1320℃下焙烧时间2-4小时。
5.根据权利要求1所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：步骤2）中，所述研磨为水磨，溶出时用水溶出。
6.根据权利要求1所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：步骤2）中，所述溶出时的液固体积比为6-8:1。
7.根据权利要求1所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：步骤2）中固液分离得到的沉淀进行浮选，分离出硫化铁，将硫化铁焙烧后的烟气用于制酸，残渣为氧化铁。
8.根据权利要求7所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：所述硫化铁是置于40-50%的富氧环境下，在800-1000℃下焙烧1.5-3.5小时，焙烧产生的烟气经五氧化二钒催化反应后用浓硫酸吸收制得硫酸。
9.根据权利要求1所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：向步骤2）中分离得到的液体中加入CO2至白色沉淀不再产生，然后将白色沉淀滤出后清洗烘干，得氢氧化铝，将所得的氢氧化铝焙烧，得氧化铝。
10.根据权利要求9所述的磷石膏、赤泥与高硫铝土矿的综合利用工艺，其特征在于：所述焙烧是在温度800-1000℃下焙烧时间0.5-1.5小时。
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