CN109439894A - 一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，属于赤泥废渣资源化利用技术领域。本发明通过将赤泥、还原剂和含有氟化钙污泥的复合添加剂混合造球再进行直接还原熔分，而后经渣铁分离后得到珠铁和熔分渣，然后将熔分渣进行碱液浸出得到溶出液和滤渣，最后使用溶出液生产氧化铝。本发明利用氟化钙污泥等工业废物制得复合添加剂，促进赤泥中铁、铝的回收，从而实现以废治废，并且减缓工业废物对环境的污染，有效提高工业废物的资源化利用。

Description

一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法

技术领域

本发明涉及赤泥废渣资源化利用技术领域，更具体地说，涉及一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法。

背景技术

赤泥是一种氧化铝生产工艺中产生的一种固体不溶残渣，其含有一定量的氧化铝、烧碱、铁钛氧化物和少量稀有金属；而随着氧化铝产量的逐年增长和铝土矿品位的逐渐降低，赤泥的年产量也在不断增加，所累积的赤泥不仅占用大量土地，而且其中的碱性物质还造成环境污染，尤其对赤泥堆场及其周边的大气和地表水会造成严重的污染。

而与此同时，由于赤泥中含有相对较多的的Fe和Al，是一种重要的二次资源，但是目前工业化实现赤泥中Fe和Al的回收还较为困难。中国专利申请号：201310237115.8，申请日：2013年10月23日，发明创造名称为：一种赤泥综合回收利用铁和铝的方法，该申请案公开了一种赤泥综合回收利用铁和铝的方法，首先，将赤泥进行高压辊磨预处理后，添加复合添加剂，然后进行造球，生球在链箅机上干燥预热后进行煤基回转窑直接还原后冷却，得到还原产品；然后，将还原产品破碎、磨矿后，磁选，得到直接还原铁粉及磁选尾矿；磁选得到含铁量大于90％的直接还原铁粉，铁回收率大于等于85％；最后，将磁选尾矿置于碱溶液中，溶出铝，铝的溶出率为70～80％，过滤，滤液直接生产氧化铝。但是该申请案需要使用专门的熔剂以制备复合添加剂，并且直接还原后的渣铁需要通过磁选从而才能分离出铁，而磁选需要将渣铁进行破碎、磨矿，此过程不仅需要消耗大量的工业物料和能量，处理成本较高并且工艺工程繁琐，不利于工业化推广。

另外，在目前的氟化工生产工业中，氟化钙污泥已经成为一种主要污染物，氟化钙具有毒性，如果直接填埋对土壤有害，进而对作物生长和人类健康会构成威胁。而且氟化钙微溶于水，处置不当会引起当地的地表水中氟化物浓度增加，造成地下水含氟量超标，因此，对于氟化钙污泥的处理处置也至关重要。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于针对现有技术中赤泥中的铁和铝回收成本高、工艺繁琐以及回收效率低的技术问题，提供了一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法；通过对赤泥采用直接还原熔分处理并结合氟化钙污泥等工业废物的使用促进赤泥中的铁和铝的回收，进而实现对赤泥中铁和铝的高效回收，并且实现了以废治废，使得工业废物得到有效的资源化利用。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其步骤为：将赤泥、还原剂和复合添加剂混合造球再进行直接还原熔分，其中复合添加剂包括氟化钙污泥，而后经渣铁分离后得到珠铁和熔分渣，再采用碱液对熔分渣进行浸出得到溶出液和滤渣，并利用上述的溶出液生产氧化铝。

优选地，具体步骤如下：

第一步：造球

将赤泥、还原剂和复合添加剂进行混合配料，并制备得到生球，其中复合添加剂包括氟化钙污泥和高岭土；

第二步：还原熔分

干燥处理的生球进行直接还原熔分，经渣铁分离后得到珠铁和熔分渣；

第三步：碱液浸出

将熔分渣置于碱溶液中进行浸出，其中碱溶液为质量百分浓度为10～30％的氢氧化钠溶液，经固液分离得到溶出液和滤渣；

第四步：生产氧化铝

从溶出液中分解析出氢氧化铝，氢氧化铝与母液分离、洗涤后进行焙烧，得到氧化铝。

优选地，所使用的氟化钙污泥为有机氟化工生产过程所产生的氟化钙污泥。

优选地，所述的还原剂为煤粉，且煤粉的添加量为赤泥质量的15～20％。

优选地，复合添加剂的添加量为赤泥质量的8～20％。

优选地，第二步中，生球干燥处理的温度为900～1100℃；还原熔分过程中的还原温度为1350～1450℃，还原时间为35～50min。

优选地，复合添加剂还包括有电石渣和落地碱。

优选地，氟化钙污泥的成分及组成为：氟化钙＞60％，碳酸钙＞31％，有机物＞3％，其余为杂质。

优选地，复合添加剂的具体加入量如下：

(1)Al₂O₃和Fe₂O₃在赤泥中的百分含量之和为a，CaO在赤泥中的的百分含量b，当a＞1.5b时，复合添加剂的加入量为M，M＝k₁×a，k₁取值0.45～0.55。

(2)Al₂O₃和Fe₂O₃在赤泥中的百分含量之和为a，CaO在赤泥中的的百分含量b，SiO₂在赤泥中的的百分含量c，当a＜1.5b时，复合添加剂的加入量为M，M＝k₂×a+k₃×c，k₂取值0.35～0.45，k₃取值为0.010～0.015。

优选地，复合添加剂按照如下质量份组成：氟化钙污泥20～50份，高岭土5～10份，电石渣40～70份，落地碱50～80份。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

本发明的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，通过将赤泥、还原剂和复合添加剂混合造球再进行直接还原熔分，其中复合添加剂包括氟化钙污泥，而后经渣铁分离后得到珠铁和熔分渣，再采用碱液对熔分渣进行浸出得到溶出液和滤渣，并利用上述的溶出液生产氧化铝；赤泥通过直接还原熔分处理可以实现铁的一次性回收，简化了铁的提取流程；而且使用含有氟化钙污泥的复合添加剂进行造球，不仅可以有效提高造球质量，而且利于球团中铁的高效熔分以及利于后续铝的回收；另外复合添加剂中氟化钙污泥等工业废物的使用实现了以废治废，使得工业废物得到了有效的资源化利用。

附图说明

图1为本发明的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法流程图。

具体实施方式

下文对本发明的详细描述和示例实施例可结合附图来更好地理解。

实施例1

结合图1所示，本实施例的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其步骤为：将赤泥、还原剂和复合添加剂混合造球再进行直接还原熔分，其中复合添加剂包括氟化钙污泥，而后经渣铁分离后得到珠铁和熔分渣，再采用碱液对熔分渣进行浸出得到溶出液和滤渣，并利用上述的溶出液生产氧化铝。具体步骤为：

第一步：造球

本实施例中将赤泥进行高压辊磨预处理，高压辊磨预处理工艺参数为：物料水分8～15％，辊压压力5～20N/mm，使得赤泥粒度小于0.074mm占70％以上；而后添加复合添加剂和还原剂，复合添加剂的添加量为按赤泥质量的8～20％，另外本实施例中还原剂的添加量为赤泥质量的15～20％，其中本实施例中还原剂为煤粉，本实施例中复合添加剂的加入量为赤泥质量的15％，煤粉还原剂的加入量为赤泥质量的20％；复合添加剂和还原剂添加后进行造球。值得说明的是，复合添加剂的组分包括有氟化钙污泥，本实施例中，复合添加剂还包括高岭土、电石渣和落地碱，上述组分在复合添加剂中按照如下质量份组成：氟化钙污泥20～50份，高岭土5～10份，电石渣40～70份，落地碱50～80份，在本实施例中，复合添加剂中各组分具体的质量份组成为：氟化钙污泥20份，高岭土8份，电石渣50份，落地碱60份。其中，高岭土中的粒度小于200目的比例大于75％，电石渣中粒度小于200目的比例大于55％

值得说明的是，本实施例中所使用的氟化钙污泥为有机氟化工生产过程所产生的氟化钙污泥，本实施例中氟化钙污泥各组分的质量百分含量为：氟化钙：60～65％，碳酸钙：20～25％％，有机物：3～5％，其余为杂质。

值得说明的是，本实施例中所使用的氟化钙污泥为有机氟化工生产过程所产生的氟化钙污泥，本实施例中氟化钙污泥各组分的质量百分含量为：氟化钙：60～65％，碳酸钙：20～25％％，有机物：3～5％，其余为杂质。复合添加剂采用有机氟化工生产过程所产生的氟化钙污泥，从而提高了复合添加剂对赤泥中铁和铝的提取具有积极的作用，不仅氟化钙污泥与复合添加剂的共同作用，使得复合添加剂在造球过程中展现出较好的粘结性，并且使得制备得到的生球具有较好的强度及热稳定性。

其中复合添加剂的制备过程为：

(1)破碎磨细

将氟化钙污泥进行破碎，对电石渣进行磨细；

(2)预混合

先将电石渣和落地碱称取干燥混合制得复合添加剂A；再将氟化钙污泥和高岭土进行干燥混合制得复合添加剂B；

(3)混合

将复合添加剂A和复合添加剂B进行混匀，制得复合添加剂。

第二步：直接还原熔分

将第一步造球得到的生球在链箅机上进行干燥，干燥温度为900～1100℃，本实施例干燥温度为1000℃，干燥时间为20min；生球经过干燥处理后在转底炉直接还原熔分，其中还原熔分的温度为1350～1450℃，还原时间为35～50min，本实施例中，还原温度为1350℃，还原时间为45min；从而得到珠铁和熔分渣。

此时需要说明的是，在球团直接还原熔分的过程中，通过加入复合添加剂，在复合添加剂中氟化钙污泥配合以高岭土、电石渣和落地碱共同作用可以有效降低直接还原熔分温度，并通过复合添加剂降增大反应过程中的熔分渣和铁珠之间的表面张力；复合添加剂不仅可以促进了球团直接还原熔分过程的进行，而且还可以促进金属铁晶粒长大，加速了反应过程中成渣过程，进而提高铁和氧化铝的回收效率。

第三步：碱液浸出

将第二步所得的熔分渣置于质量百分浓度为10～30％的氢氧化钠碱溶液中进行碱液浸出，经固液分离(如过滤)后得到溶出液和滤渣。

本实施例中所使用的氢氧化钠碱溶液中氢氧化钠浓度为10％，碱液浸出后对反应后的固液进行过滤，分别得到溶出液和滤渣，所得到的滤液用来生产氧化铝，滤渣进行脱碱、过滤处理得到脱碱滤渣和稀碱溶液；将稀碱溶液返回第二步，再次对熔分渣进行碱液浸出。

需要说明的是，在碱液浸出的过程中，复合添加剂中的成分会促进落地碱中所含有碳酸钠在溶出液中和氧化铝结合生成铝酸钠，从而实现促进氧化铝的溶出。另外高岭土除了在造球过程中具有强化造球的作用外，高岭土在相对较低温度下，在前期复合添加剂所生成的其它产物的共同作用下，其易在碱溶液中与溶出液中二氧化硅反应从而起到脱硅作用，进而具有提高赤泥中铝回收率的效果。

检测本实施例的回收得到直接还原铁珠的铁品位、铁回收率和铝溶出率；检测结果如下：铁珠的铁品位为89.88％，铁回收率为95.76％，熔分渣铝溶出率为73.90％。

对比例1

本对比例和实施例1基本相同，不同之处在于：不采用直接还原熔分法对赤泥球团进行还原，当赤泥球团制备好后，将生球干燥预热后进行回转窑直接还原。还原球团冷却后经过破碎、磨矿以及磁选，通过磁选得到还原铁，然后将磁选尾矿进行碱性溶出回收铝。回收得到铁品位82.56％的直接还原铁粉，铁回收率90.37％，磁选尾矿铝溶出率为69.37％。

对比例2

本对比例和实施例1基本相同，不同之处在于：不添加任何复合添加剂，采用直接还原熔分法进行还原，还原温度1500℃，还原时间60min，然后将熔分渣进行碱液溶出。回收得到铁品位75.32％的直接还原铁珠，铁回收率80.63％，熔分渣铝溶出率为45.37％。

将对比例1、对比例2和实施例1进行对比分析：

将实施例1与对比例1对比发现，相比较于回转窑直接还原，实施例1的技术方案有利于提高回收铁的量以及比例，同时铝回收的量也得以提高。

将实施例1与对比例2对比发现，相比较于未添加复合添加剂，添加复合添加剂后有利于提高回收铁的量以及比例，同时铝回收的量也得以提高。这是由于通过加入复合添加剂，在复合添加剂中氟化钙污泥配合以高岭土、电石渣和落地碱共同作用可以有效降低直接还原熔分温度，并通过复合添加剂降增大反应过程中的熔分渣和铁珠之间的表面张力；复合添加剂不仅可以促进了球团直接还原熔分过程的进行，进而提高铁和氧化铝的回收效率。

实施例2

本实施例基本同实施例1，不同之处在于：本实施例的复合添加剂还包括腐殖酸钠，腐殖酸钠加入的质量份为5～10份，本实施例中腐殖酸钠为8份。添加了复合添加剂的赤泥进行制备生球，将生球进行干燥，而后进行直接还原熔分，还原熔分得到铁珠和熔分渣；熔分渣再进行碱液浸出，再经固液分离得到溶出液和滤渣，从溶出液中析出氢氧化铝。

检测本实施例的回收得到直接还原铁珠的铁品位、铁回收率和铝溶出率；检测结果如下：铁珠的铁品位为90.24％，铁回收率94.63％，熔分渣铝溶出率为73.36％。通过配入一定量的腐殖酸钠可以进一步提高直铁和氧化铝的回收效率。

实施例3

本实施例基本同实施例1，不同之处在于：还原剂的加入量为赤泥质量的20％；复合添加剂的组分为：氟化钙污泥50份，高岭土5份，电石渣65份，落地碱80份；其中电石渣中氧化钙含量≥68％，氟化钙污泥氟化钙含量为61％，落地碱中碳酸钠含量为62％；本实施例干燥温度1000℃，干燥时间20min；干燥后到转底炉直接还原熔分，还原温燃料度1350～1450℃，还原时间35～50min，本实施例的还原温度1400℃，还原时间43min；本实施例的氢氧化钠碱溶液浓度为15％。

检测本实施例的回收得到直接还原铁珠的铁品位、铁回收率和铝溶出率；检测结果如下：铁珠的铁品位为89.72％，铁回收率93.72％，熔分渣铝溶出率为75.21％。

实施例4

本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例中所使用的赤泥的成分组成如表1所示。

表1实施例2赤泥成分组成表

SiO<sub>2</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

CaO

MgO

K<sub>2</sub>O

Na<sub>2</sub>O

其余

11.38％

32.24％

6.98％

20.21％

1.12％

0.47％

3.75％

23.85％

复合添加剂的具体加入量按照如下方式加入：

(1)Al₂O₃和Fe₂O₃在赤泥中的百分含量之和为a，CaO在赤泥中的的百分含量b，当a＞1.5b时，复合添加剂的加入量为M，M＝k₁×a，k₁取值0.45～0.55。

(2)Al₂O₃和Fe₂O₃在赤泥中的百分含量之和为a，CaO在赤泥中的的百分含量b，SiO₂在赤泥中的的百分含量c，当a＜1.5b时，复合添加剂的加入量为M，M＝k₂×a+k₃×c，k₂取值0.35～0.45，k₃取值为0.010～0.015。

本实施例中，Al₂O₃和Fe₂O₃在赤泥中的百分含量之和a＝32.24％+6.98％＝39.22％＞1.5b＝30.315％，所以复合添加剂的加入量M按照方式(1)加入，本实施例中k₁取值0.5，M＝19.61％，所以本实施例中复合添加剂的加入量复合添加剂取23.5％。

而后，检测本实施例的回收得到直接还原铁珠的铁品位、铁回收率和铝溶出率；检测结果如下：铁珠的铁品位为90.51％，铁回收率96.23％，熔分渣铝溶出率为75.53％。通过调节复合添加剂的加入量，从而可以根据赤泥的特性进行调整，进而使得复合添加剂的加入量更能适应于不同赤泥的铁和氧化铝的回收，进而可以提高回收效率。

实施例5

本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例中所使用的赤泥的成分组成如表2所示。

表2实施例3赤泥成分组成表

SiO<sub>2</sub>

Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>

CaO

MgO

K<sub>2</sub>O

Na<sub>2</sub>O

其余

21.01％

10.50％

11.56％

40.62％

0.98％

0.32％

1.62％

13.39％

复合添加剂的具体加入量按照如下方式加入：

(1)Al₂O₃和Fe₂O₃在赤泥中的百分含量之和为a，CaO在赤泥中的的百分含量b，当a＞1.5b时，复合添加剂的加入量为M，M＝k₁×a，k₁取值0.45～0.55。

(2)Al₂O₃和Fe₂O₃在赤泥中的百分含量之和为a，CaO在赤泥中的的百分含量b，SiO₂在赤泥中的的百分含量c，当a＜1.5b时，复合添加剂的加入量为M，M＝k₂×a+k₃×c，k₂取值0.35～0.45，k₃取值为0.010～0.015。

本实施例中，Al₂O₃和Fe₂O₃在赤泥中的百分含量之和a＝10.50％+11.56％＝22.06％＜1.5b＝60.93％，所以复合添加剂的加入量M按照方式(2)加入，本实施例中k₂取值0.4，k₃取值0.013，M＝9.097％。

而后，检测本实施例的回收得到直接还原铁珠的铁品位、铁回收率和铝溶出率；检测结果如下：铁珠的铁品位为90.50％，铁回收率96.18％，熔分渣铝溶出率为75.58％。通过调节复合添加剂的加入量，从而可以根据赤泥的特性进行调整，进而使得复合添加剂的加入量更能适应于不同赤泥的铁和氧化铝的回收，进而可以提高回收效率。

实施例6

本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例的复合添加剂中还包括钢渣，钢渣有利于提高赤泥中铁和铝的回收量。钢渣加入量为复合添加剂总质量的1.3％～3.7％，本实施例钢渣加入量为2.5％。

检测本实施例的回收得到直接还原铁珠的铁品位、铁回收率和铝溶出率；检测结果如下：铁珠的铁品位为89.36％，铁回收率97.78％，熔分渣铝溶出率为76.86％。

实施例7

本实施例和实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例的复合添加剂中还包括转炉风淬渣，转炉风淬渣可以强化球团的制备。转炉风淬渣加入量为复合添加剂总质量的2.7％～4.5％，本实施例钢渣加入量为3.0％。

检测本实施例的回收得到直接还原铁珠的铁品位、铁回收率和铝溶出率；检测结果如下：铁珠的铁品位为90.32％，铁回收率96.53％，熔分渣铝溶出率为77.53％。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

Claims (9)

1.一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，其步骤为：将赤泥、还原剂和复合添加剂混合造球再进行直接还原熔分，其中复合添加剂包括氟化钙污泥，而后经渣铁分离后得到珠铁和熔分渣，再采用碱液对熔分渣进行浸出得到溶出液和滤渣，并利用上述的溶出液生产氧化铝。

2.根据权利要求1所述的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步：造球

将赤泥、还原剂和复合添加剂进行混合配料，并制备得到生球，其中复合添加剂包括氟化钙污泥和高岭土；

第二步：还原熔分

干燥处理的生球进行直接还原熔分，经渣铁分离后得到珠铁和熔分渣；

第三步：碱液浸出

将熔分渣置于碱溶液中进行浸出，其中碱溶液为质量百分浓度为10～30％的氢氧化钠溶液，经固液分离得到溶出液和滤渣；

第四步：生产氧化铝

从溶出液中分解析出氢氧化铝，氢氧化铝与母液分离、洗涤后进行焙烧，得到氧化铝。

3.根据权利要求1所述的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，所使用的氟化钙污泥为有机氟化工生产过程所产生的氟化钙污泥。

4.根据权利要求1所述的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，所述的还原剂为煤粉，且煤粉的添加量为赤泥质量的15～20％。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，复合添加剂的添加量为赤泥质量的8～20％。

6.根据权利要求2所述的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，第二步中，生球干燥处理的温度为900～1100℃；还原熔分过程中的还原温度为1350～1450℃，还原时间为35～50min。

7.根据权利要求2所述的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，复合添加剂还包括有电石渣和落地碱。

8.根据权利要求3所述的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，氟化钙污泥的成分及组成为：氟化钙＞60％，碳酸钙＞31％，有机物＞3％，其余为杂质。

9.根据权利要求7所述的一种利用废物资源回收赤泥中铁、铝的方法，其特征在于，复合添加剂按照如下质量份组成：氟化钙污泥20～50份，高岭土5～10份，电石渣40～70份，落地碱50～80份。