CN109957657B - 一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，该方法将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过筛得到赤泥粉末，赤泥粉末与水按固液质量比1:(30~50)在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；FeSO4和/或Fe2(SO4)3与赤泥浆按照固液质量比1:(20~30)进行混合，通入空气进行曝气，使其充分反应；对反应后的矿浆进行固液分离，固相底渣部分外售处理或当作土壤基质处理，液相部分与CaO反应，CaO与液相按照固液质量比1:(10~15)混合后进行反应，反应后所得产物进行固液分离，所得固相底渣与置换过程中产生的底渣一起处理，液相部分回收利用，主要回用于氧化铝生产工艺。本发明可有效实现赤泥中铁、钠、铝的资源化利用和大规模工厂综合利用。

Description

一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法
技术领域
本发明属于尾矿资源综合利用技术领域，具体涉及一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法。
背景技术
赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废渣，我国每年氧化铝产量超过100万t，一般平均每生产1t氧化铝就会附带产生1.0~2.0t赤泥。目前对赤泥主要采用堆存覆土的处置方式，赤泥的堆存不仅需要维护，而且占用土地，污染环境，且存在安全隐患。
赤泥中金属氧化物含量丰富特别是铁元素含量较高，本身还带有颗粒分散性好、比表面积大等多孔材料的特征，而且在溶液中稳定性好，这些特点使其在建材、冶金、环保等领域颇多建树。目前国内外对赤泥综合利用主要为：通过调配赤泥的组分，利用赤泥制备各种建材、陶瓷或陶粒等；回收赤泥中的碱、铁、稀土；生产净水剂等。赤泥中铁含量比较丰富，但由于其中钠等碱金属及氧化铝含量超标，不能直接用于钢铁冶炼。随着品味高、易分选的铁矿资源日益减少，铁矿石价格持续上涨，迫切需要技术进步来开发如赤泥等复杂难冶的贫化资源。
目前常用回收赤泥中铁的方法有直接磁选法、焙烧-还原磁选法、酸浸回收法等，回收赤泥中铝的方法主要是烧结法，回收钠的方法是在通过向赤泥中添加CaO进行水热反应，让氧化钠进入液相，从而达到回收氧化钠的目的。
现有技术中，申请号CN 104818381 A的中国专利申请公开了一种从拜耳法赤泥中回收铁的方法，该法将赤泥粉末与碳粉混合后进行焙烧，将焙烧物依次进行水淬、自然沉降和离心处理，得到沉淀，将所得沉淀物与去离子水混合均匀，得到矿浆，用磁选机进行磁选，得到磁选物，将磁选后的矿浆依次进行过滤、干燥处理，得到铁精矿，但经此方法处理后仅是对赤泥中的铁进行了资源化利用；申请号CN 102851425 B的中国专利申请公开了一种高铁赤泥铁、铝、钠高效分离综合利用的方法，该法以高铁赤泥为原料，加入铁精矿和焦粉后压制成赤泥球团，干燥、预热后使用转底炉直接还原铁、钠等金属氧化物，还原后的金属化球团送入铁浴式氧煤熔融还原高温融化分离，但该方法需消耗铁精矿等，成本较高，且需进行高温融化分离，耗能较高且对设备质量要求较高。
针对以上问题，有必要发明一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明的目的在于提供一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法。
本发明的目的是这样实现的，包括以下步骤：
S1、将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过200~300目筛得到赤泥粉末，将赤泥粉末与水在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；
S2、将Fe2(SO4)3和/或FeSO4与步骤（1）中得到的赤泥浆进行混合，得到混合浆液；
S3、对步骤（2）所得的混合浆液在赤泥预浸槽中通入空气进行曝气，并进行反应，得到矿浆体系，具体反应如下：
A、当加入药剂为FeSO4时，发生氧化反应：FeSO4+O2→Fe2(SO4)3；
B、根据土壤阳离子交换顺序：Fe3+>Al3+>Ca2+>Na+
置换反应：Fe2(SO4)3+[Na+，Al3+，Ca2+]·RM→Na2SO4+Al2(SO4)3+[Fe3+]·RM↓+CaSO4↓；
S4、将步骤（3）反应得到的矿浆体系经固液分离，得液相和底渣；
S5、步骤（4）所得液相与CaO充分混合反应，反应后所得产物进行固液分离，得液相和底渣，在这个过程中，液相中的酸被CaO中和，pH升至8~9之间，具体反应如下：
碱液回收：Na2SO4+Fe2(SO4)3+Al2(SO4)3+CaO+H2O→NaOH+MAlO2+CaSO4↓+[Fe3+]·RM↓。
进一步的，步骤（1）中所述的赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥中的任一种或多种。
进一步的，所述的赤泥粉末与水的固液质量比为1：30~50。
进一步的，步骤（2）中所述的Fe2(SO4)3和/或FeSO4与赤泥浆的混合固液质量比为1：20~30。
进一步的，步骤（3）中所述的通入空气的流速为40~60mL/min；当步骤（2）中加入药剂为FeSO4时，曝气时长为120~240min，当加入药剂为Fe2(SO4)3时，曝气时长为90~150min，当加入药剂为FeSO4和Fe2(SO4)3的混合药剂时，曝气时间为105~180min。。
进一步的，步骤（4）中所述的底渣中的包括CaSO4沉淀、[Fe3+]·RM沉淀；所述的[Fe3+]·RM沉淀中的铁含量Fe%≥60%，对其进行外售处理，剩余底渣可作为土壤基质回田处理。
进一步的，步骤（5）中所述的CaO与液相按照固液质量比1：10~15进行混合。
进一步的，步骤（5）中所述的混合反应温度为100~250℃，反应时长为15~60min。
进一步的，步骤（5）中所得的底渣包括CaSO4沉淀和[Fe3+]·RM沉淀，将其与步骤（4）产生的底渣一起处理；所得的液相包括NaOH、MAlO2，将其回收用于氧化铝生产工艺。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要包括以下方面：
1、本发明主要根据土壤阳离子交换顺序（Fe3+>Al3+>Ca2+>Na+），可用Fe3+将土壤中的Al3+、Ca2+、Na+置换出来，提高赤泥中铁回收率和精矿品位。
2、本发明可实现大规模工业应用，且同时回收赤泥中铁、钠、铝等，合理利用废弃的赤泥资源。
3、本发明中产生的NaOH及MAlO2回用于氧化铝生产工艺，产生更好的经济效益。
4、本发明的工艺简单，耗能低。
5、充分实现赤泥的资源化利用，必将其对环境的危害降低到最低，钠回收率≥90%，铝回收率≥85%，铁回收率≥80%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥60%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.8%
附图说明：
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
实施例1
将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过300目筛得到赤泥粉末，赤泥粉末与水按照固液质量比1:30在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；FeSO4与赤泥浆按照固液质量比1:20进行混合，通入空气进行曝气，空气流速60mL/min，曝气时长为240min，并使其充分反应；对反应后的矿浆进行固液分离，固相底渣部分外售处理或当作土壤基质处理，液相部分与CaO反应，CaO与液相按照固液质量比1:10进行混合，反应温度250℃，反应时长为60min，对反应后所得产物进行固液分离，所得固相底渣与置换过程中产生的底渣一起处理，液相部分回收利用，主要回用于氧化铝生产工艺。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥90.3%，铝回收率≥86.4%，铁回收率≥83.2%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥64.1%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.67%
实施例2
将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过200目筛得到赤泥粉末，赤泥粉末与水按照固液质量比1:30在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；Fe2(SO4)3与赤泥浆按照固液质量比1:20进行混合，通入空气曝气，空气流速60mL/min，通气时长为150min，使其充分反应；对反应后的矿浆进行固液分离，固相底渣部分外售处理或当作土壤基质处理，液相部分与CaO反应，CaO与液相按照固液质量比1:10进行混合，反应温度为250℃，反应时长为60min，对反应后所得产物进行固液分离，所得固相底渣与置换过程中产生的底渣一起处理，液相部分回收利用，主要回用于氧化铝生产工艺。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥93.4%，铝回收率≥91.5%，铁回收率≥88.1%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥70.1%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.57%
实施例3
将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过250目筛得到赤泥粉末，赤泥粉末与水按照固液质量比1:30在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；FeSO4和Fe2(SO4)3与赤泥浆按照固液质量比1:20进行混合，通入空气曝气，通入空气流速60mL/min，通气时长为180min，使其充分反应；对反应后的矿浆进行固液分离，固相底渣部分外售处理或当作土壤基质处理，液相部分与CaO反应，CaO与液相按照固液质量比1:10进行混合，反应温度为250℃，反应时长为60min，对反应后所得产物进行固液分离，所得固相底渣与置换过程中产生的底渣一起处理，液相部分回收利用，主要回用于氧化铝生产工艺。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥91.1%，铝回收率≥88.7%，铁回收率≥85.1%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥66.9%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.73%
对比例1
其他条件与实施例1相同，仅通入空气进行曝气，空气流速40mL/min，曝气时长为120min。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥84.3%，铝回收率≥73.7%，铁回收率≥77.6%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥58.7%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.88%
对比例2
其他条件与实施例1相同，仅CaO与液相按照固液质量比1:15进行混合，反应温度为100℃，反应时长为15min。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥81.2%，铝回收率≥78.6%，铁回收率≥79.1%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥61.3%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.92%
对比例3
其他条件与实施例2相同，仅未通入空气进行曝气处理。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥88.7%，铝回收率≥87.3%，铁回收率≥85.4%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥66.2%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.61%
对比例4
其他条件与实施例2相同，仅CaO与液相按照固液质量比1:15进行混合，反应温度为100℃，反应时长为15min。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥84.7%，铝回收率≥83.3%，铁回收率≥81.4%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥64.6%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.81%
对比例5
其他条件与实施例3相同，仅通入空气进行曝气，空气流速40mL/min，曝气时长为105min。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥87.2%，铝回收率≥83.9%，铁回收率≥80.2%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥62.0%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.78%。
实施例4
一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，包括以下步骤：
S1、将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过200目筛得到赤泥粉末，将赤泥粉末与水在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；所述的赤泥为拜耳法赤泥，所述的赤泥粉末与水的固液质量比为1：30；
S2、将FeSO4与步骤（1）中得到的赤泥浆进行混合，得到混合浆液；所述的FeSO4与赤泥浆的混合固液质量比为1：20；
S3、对步骤（2）所得的混合浆液在赤泥预浸槽中通入空气进行曝气，并进行反应，得到矿浆体系，具体反应如下：
A、当加入药剂为FeSO4时，发生氧化反应：FeSO4+O2→Fe2(SO4)3；
B、根据土壤阳离子交换顺序：Fe3+>Al3+>Ca2+>Na+
置换反应：Fe2(SO4)3+[Na+，Al3+，Ca2+]·RM→Na2SO4+Al2(SO4)3+[Fe3+]·RM↓+CaSO4↓；
所述的通入空气的流速为40mL/min；步骤（2）中加入药剂为FeSO4，曝气时长为120min。
S4、将步骤（3）反应得到的矿浆体系经固液分离，得液相和底渣；所述的底渣中的包括CaSO4沉淀、[Fe3+]·RM沉淀；所述的[Fe3+]·RM沉淀中的铁含量Fe%≥60%，对其进行外售处理，剩余底渣可作为土壤基质回田处理；
S5、步骤（4）所得液相与CaO充分混合反应，反应后所得产物进行固液分离，得液相和底渣，在这个过程中，液相中的酸被CaO中和，pH升至8~9之间，具体反应如下：
碱液回收：Na2SO4+Fe2(SO4)3+Al2(SO4)3+CaO+H2O→NaOH+MAlO2+CaSO4↓+[Fe3+]·RM↓。
所述的CaO与液相按照固液质量比1：10进行混合；所述的混合反应温度为100℃，反应时长为15min。所得的底渣包括CaSO4沉淀和[Fe3+]·RM沉淀，将其与步骤（4）产生的底渣一起处理；所得的液相包括NaOH、MAlO2，将其回收用于氧化铝生产工艺。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥92.5%，铝回收率≥90.9%，铁回收率≥89.1%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥72.3%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.55%。
实施例5
一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，包括以下步骤：
S1、将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过220目筛得到赤泥粉末，将赤泥粉末与水在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；所述的赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥，所述的赤泥粉末与水的固液质量比为1： 50；
S2、将Fe2(SO4)3与步骤（1）中得到的赤泥浆进行混合，得到混合浆液；所述的Fe2(SO4)3与赤泥浆的混合固液质量比为1：30；
S3、对步骤（2）所得的混合浆液在赤泥预浸槽中通入空气进行曝气，并进行反应，得到矿浆体系，具体反应如下：根据土壤阳离子交换顺序：Fe3+>Al3+>Ca2+>Na+
置换反应：Fe2(SO4)3+[Na+，Al3+，Ca2+]·RM→Na2SO4+Al2(SO4)3+[Fe3+]·RM↓+CaSO4↓；
所述的通入空气的流速为60mL/min；加入药剂为Fe2(SO4)3，曝气时长为90min；
S4、将步骤（3）反应得到的矿浆体系经固液分离，得液相和底渣；所述的底渣中的包括CaSO4沉淀、[Fe3+]·RM沉淀；所述的[Fe3+]·RM沉淀中的铁含量Fe%≥60%，对其进行外售处理，剩余底渣可作为土壤基质回田处理；
S5、步骤（4）所得液相与CaO充分混合反应，反应后所得产物进行固液分离，得液相和底渣，在这个过程中，液相中的酸被CaO中和，pH升至8~9之间，具体反应如下：
碱液回收：Na2SO4+Fe2(SO4)3+Al2(SO4)3+CaO+H2O→NaOH+MAlO2+CaSO4↓+[Fe3+]·RM↓。
所述的CaO与液相按照固液质量比1： 15进行混合；所述的混合反应温度为250℃，反应时长为60min。所得的底渣包括CaSO4沉淀和[Fe3+]·RM沉淀，将其与步骤（4）产生的底渣一起处理；所得的液相包括NaOH、MAlO2，将其回收用于氧化铝生产工艺。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥94.4%，铝回收率≥93.1%，铁回收率≥89.5%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥72.1%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.52%。
实施例6
一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，包括以下步骤：
S1、将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过280目筛得到赤泥粉末，将赤泥粉末与水在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；所述的赤泥为烧结法赤泥，所述的赤泥粉末与水的固液质量比为1：40；
S2、将Fe2(SO4)3和 FeSO4与步骤（1）中得到的赤泥浆进行混合，得到混合浆液；所述的Fe2(SO4)3和 FeSO4与赤泥浆的混合固液质量比为1：25；
S3、对步骤（2）所得的混合浆液在赤泥预浸槽中通入空气进行曝气，并进行反应，得到矿浆体系，具体反应如下：
A、当加入药剂为FeSO4时，发生氧化反应：FeSO4+O2→Fe2(SO4)3；
B、根据土壤阳离子交换顺序：Fe3+>Al3+>Ca2+>Na+
置换反应：Fe2(SO4)3+[Na+，Al3+，Ca2+]·RM→Na2SO4+Al2(SO4)3+[Fe3+]·RM↓+CaSO4↓；
所述的通入空气的流速为50mL/min；加入药剂为FeSO4和Fe2(SO4)3的混合药剂，曝气时间为105min。
S4、将步骤（3）反应得到的矿浆体系经固液分离，得液相和底渣；所述的底渣中的包括CaSO4沉淀、[Fe3+]·RM沉淀；所述的[Fe3+]·RM沉淀中的铁含量Fe%≥60%，对其进行外售处理，剩余底渣可作为土壤基质回田处理；
S5、步骤（4）所得液相与CaO充分混合反应，反应后所得产物进行固液分离，得液相和底渣，在这个过程中，液相中的酸被CaO中和，pH升至8~9之间，具体反应如下：
碱液回收：Na2SO4+Fe2(SO4)3+Al2(SO4)3+CaO+H2O→NaOH+MAlO2+CaSO4↓+[Fe3+]·RM↓。
所述的CaO与液相按照固液质量比1：12进行混合；所述的混合反应温度为200℃，反应时长为40min。所得的底渣包括CaSO4沉淀和[Fe3+]·RM沉淀，将其与步骤（4）产生的底渣一起处理；所得的液相包括NaOH、MAlO2，将其回收用于氧化铝生产工艺。
采用本方法获得的各技术指标如下：钠回收率≥95.9%，铝回收率≥93.8%，铁回收率≥90.1%，处理后作为铁精矿外售的铁品位≥74.1%，作为土壤基质的赤泥渣的氧化钠含量≤0.51%。

Claims (7)

1.一种从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、将赤泥进行过滤、干燥和研磨处理，研磨后过200~300目筛得到赤泥粉末，将赤泥粉末与水在赤泥预浸槽中混合均匀，得到赤泥浆；
S2、将Fe2(SO4)3和/或FeSO4与步骤（1）中得到的赤泥浆进行混合，得到混合浆液；
S3、对步骤（2）所得的混合浆液在赤泥预浸槽中通入空气进行曝气，并进行反应，得到矿浆体系；
S4、将步骤（3）反应得到的矿浆体系经固液分离，得液相和底渣；
S5、步骤（4）所得液相与CaO充分混合反应，反应后所得产物进行固液分离，得液相和底渣，所得的液相pH升至8~9之间；所述的CaO与液相按照固液质量比1：10~15进行混合；所述的混合反应温度为100~250℃，反应时长为15~60min。
2.根据权利要求1所述的从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，其特征在于步骤（1）中所述的赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、混联法赤泥中的任一种或多种。
3.根据权利要求1所述的从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，其特征在于步骤（1）中所述的赤泥粉末与水的固液质量比为1：30~50。
4.根据权利要求1所述的从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，其特征在于步骤（2）中所述的Fe2(SO4)3和/或FeSO4与赤泥浆的混合固液质量比为1：20~30。
5.根据权利要求1所述的从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，其特征在于步骤（3）中所述的通入空气的流速为40~60mL/min；当步骤（2）中加入药剂为FeSO4时，曝气时长为120~240min，当加入药剂为Fe2(SO4)3时，曝气时长为90~150min，当加入药剂为FeSO4和Fe2(SO4)3的混合药剂时，曝气时间为105~180min。
6.根据权利要求1所述的从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，其特征在于步骤（4）中所述的底渣中包括CaSO4沉淀、[Fe3+]·RM沉淀；所述的[Fe3+]·RM沉淀中的铁品位Fe%≥60%，对其进行外售处理，剩余底渣作为土壤基质回田处理。
7.根据权利要求1所述的从赤泥中同时资源化利用铁、钠、铝的方法，其特征在于步骤（5）中所得的底渣包括CaSO4沉淀和[Fe3+]·RM沉淀，将其与步骤（4）产生的底渣一起处理；所得的液相包括NaOH、MAlO2，将其回收用于氧化铝生产工艺。
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