CN110066921A - 一种赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,工艺步骤为:(1)将脱水干燥的高铁高钛赤泥与固态碳质还原剂和造渣剂混和,不经烧结直接喷吹到涡流搅拌熔融还原高温炉漩涡中心,并在1460‑1650℃温度下涡流搅拌熔融还原10‑60min;(2)得到含钛水和熔融渣分别溢流分离;(3)含钛铁水加入铬铁、锰铁直接冶炼成含钛铸铁型耐磨合金;(4)钠在还原过程进入烟气回收;(5)熔融渣在涡流搅拌高温炉中调整组成使其符合水泥要求;(6)熔融渣冷却、破碎、研磨直接成为水泥熟料。本发明赤泥的利用率为100%,钠、铁和钛的提取率分别为95%以上,90%以上和60%以上。

Description

一种赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法
技术领域:
本发明属于环境保护技术领域,具体涉及一种赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法。
背景技术:
赤泥是以铝土矿为原料制取氧化铝或氢氧化铝后所产生的强碱性固体废物。目前,全球赤泥储量估测已经超过30亿吨,并且每年大约以1.2亿吨的速度增长,世界赤泥平均利用率为15%。中国赤泥累计堆存量已增长至6亿吨,并且每年大约以1亿吨的速度增长,中国赤泥利用率仅为4%。大部分赤泥仍然采取陆地堆存的方法处置。赤泥堆存不仅浪费了二次资源、占用大量土地,而且破坏了赤泥堆场的周边环境,带来了严重的环境问题,致使铝工业的环保压力剧增。赤泥堆存的环境风险早已引起了各氧化铝生产国政府及企业的重视,解决赤泥问题的关键是研发赤泥综合利用技术。
为实现赤泥的高效利用以及有价元素提取,我国铝工业进行了大量的研发工作,现有的赤泥利用技术一般可分为两种:一种是作为一般性工业原料整体利用,如赵广明等人发明的“一种利用赤泥生产水泥熟料的方法”(申请号:CN201210031710.1),是向脱碱赤泥中添加脱碱石膏和粉煤灰,将以上三种材料在搅拌罐中混合均匀,同时加水将其浓度调整至30%。使用板框式高压压滤机压滤至固体混合物含水量低于25%,然后送入转窑内煅烧成水泥熟料;王文举等人发明的“一种铝工业工艺废渣全部转型为生态建筑材料的工艺与方法”(申请号:CN200710105971),利用铝工业在生产过程中所产出的固体废物赤泥(烧结法、拜耳法)、锅炉炉渣、选矿尾矿、化灰渣、煤气发生炉渣、污泥六种废渣自身的物质属性,通过干燥、粉碎、合理配比、加工成型(碾压、挤压)固结或烧结工艺,转化为新型的路用材料和建筑墙体材料。
也有从赤泥中提取有Na、Al、Fe、稀有金属等有价金属元素的技术;娄东民等发明的“一种拜耳法赤泥的脱碱方法”(申请号:CN201810572642.7)先对赤泥进行磨制,使赤泥的表面更新,然后再对经过表面更新处理的赤泥与石灰乳混合后进行脱碱反应,经过脱碱反应后的赤泥浆液进行洗涤、液固分离,可以获得含碱的溶液,返回氧化铝生产流程,分离后低碱含量的赤泥送赤泥大坝堆存;
陈环月等发明的“一种从赤泥中分选提铁除钠的方法,申请号CN108686828A”将赤泥通过粉碎或球磨制成以微细颗粒为主的微细赤泥料,对微细赤泥料进行分级,将微细赤泥料中粒径小于5微米的微细颗粒中的10~98%分离出来,分离出来的粒径小于5微米的微细颗粒产品为以钠硅渣和钙硅渣为主的产品,其中氧化钠含量大于10%,分级后剩余的赤泥料为铁矿产品,其中氧化铁含量大于30%。
赤泥作为一般性工业原料整体利用时存在赤泥碱性制约、产品价格低、收益差等问题;分别提取有价元素的方法又大多存在提取率低、元素富集产品纯度低无法直接利用等问题。因此尽管氧化铝工业关于赤泥利用的研究众多,目前赤泥的堆存问题仍然未能得到妥善解决。
发明内容:
本发明的目的是为了更好的实现赤泥的综合利用,提供一种赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,即以高铁高钛赤泥为原料,将脱水干燥的高铁高钛赤泥与固态碳质还原剂和造渣剂在涡流搅拌熔融高温炉中还原生产铁钛合金,钠在还原过程进入烟气回收,熔融渣在高温下调整组成,经冷却、破碎、研磨直接成为水泥熟料。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,包括以下步骤:
(1)将赤泥与固态碳质还原剂和造渣剂混合形成混合料后,直接喷吹到涡流搅拌熔融高温炉漩涡中心,进行熔融还原反应,获得含钛铁水和熔融渣,其中,所述的还原温度为1460~1650℃,还原时间为10~60min;固态碳质还原剂按混合料中Fe摩尔量的1.2~1.5倍添加,造渣剂为CaO和CaF2的混合物,CaO按混合料碱度为1.0~1.4添加,CaF2质量按CaO质量的10~30%添加,其中,所述的赤泥为高铁高钛赤泥;
(2)得到的含钛铁水和熔融渣分层,并进行连续溢流分离,获得含钛铁水和熔融渣;
(3)含钛铁水加入铬铁、锰铁直接冶炼成含钛铸铁型耐磨合金;
(4)熔融渣在涡流搅拌高温炉中调整组成使其符合水泥要求后,冷却至室温、并经破碎、研磨形成水泥熟料。
所述的步骤(1)中,高铁高钛赤泥按质量百分比包括组分TFe 20~40%,TiO2 3~10%,Na2O 2~15%,Al2O3 10~25%,SiO2 10~25%,CaO 5~25%,H2O 5~20%。
所述的步骤(1)中,高铁高钛赤泥预先经过干燥脱水处理,形成干燥赤泥后,再与固态碳质还原剂和造渣剂混合,其中,干燥温度为150~200℃,干燥赤泥含水率为1%以下。
所述的步骤(1)中,固态碳质还原剂为焦煤。
所述的步骤(1)中,碱度按下式(1)方法计算:
式(1)中,mCaO为混合料中氧化钙的质量,mAl2O3为混合料中氧化铝的质量,mSiO2为混合料中氧化硅的质量,mTiO2为混合料中二氧化钛的质量。
所述的步骤(1)中,还原过程中铁涉及的主反应如下:
FexOy+yC=yCO+xFe (2)
FexOy+yCO=yCO2+xFe (3)
FexOy+y/2C=y/2CO2+xFe (4)
所述的步骤(1)中,还原过程中钛涉及的主反应如下:
TiO2+2C=2CO+Ti (5)
TiO2+2CO=2CO2+Ti (6)
TiO2+C=CO2+Ti (7)
所述的步骤(1)中,钠在还原过程进入烟气收尘回收。
所述的步骤(2)中,熔融渣Na2O含量小于0.5%。
所述的方法中,钠回收率达95%以上,铁回收率达到90%以上,钛的回收率达到90%以上,赤泥利用率达100%。
与现有技术相比,本发明的特点和有益效果是:
(1)本发明的方法中,高铁高钛赤泥在高温涡流还原过程,钠进入烟气回收,得到含钛铁水加入铬铁、锰铁直接冶炼成含钛铸铁型耐磨合金,可同时实现赤泥中钠碱、铁和钛的提取。
(2)采用本发明的方法脱碱后的熔融渣Na2O含量小于0.5%,更能符合水泥熟料对含碱量的成分要求,可增加赤泥烧制水泥熟料的添配量。
(3)本发明采用涡流搅拌熔融还原,原料不用烧结,可直接入炉还原,还原动力学条件充分。
(4)得到的含钛铁水既可以作为含钛钢的原料,也可以加入铬铁、锰铁直接冶炼成耐磨铸铁。
(5)还原炼铁后的熔融渣在高温涡流搅拌下可直接加入调控粉料,经冷却、破碎、研磨可直接成为水泥熟料,尾渣完全用于生产水泥熟料,赤泥利用率达100%。
(6)一步法实现钠碱、铁、钛的提取和无渣化,且钠、铁、钛提取率较高,分别在95%以上,90%以上,90%以上。
附图说明:
图1为本发明的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法工艺流程示意图。
具体实施方式:
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
以下实施例的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法工艺流程示意图如图1所示;
以下实施例中经还原与溢流分离后获得的熔融渣和含钛铁水中的Na2O质量百分比小于0.5%。
以下实施例中的耐磨铸铁产品为牌号HBW555Cr13(ISO 21988/JN/HB)的耐磨铸铁。
以下实施例中高铁高钛赤泥干燥时的温度为150~200℃。
以下实施例中的涡流搅拌还原是指发明“一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法(CN106435080A)”公开的方法,所涉及的涡流搅拌熔融高温炉为该方法使用的设备,形成的涡流搅拌熔融高温炉漩涡高径比为0.5-2.5;
以下实施例中熔融渣调整组分是加入钙质原料、硅质原料和/或铁质原料。钙质原料选用石灰石、电石渣中的至少一种;硅质原料选用高岭土、黏土、粉煤灰、尾矿渣中的至少一种;铁质原料选用高铁赤泥、铁渣、钢渣中的至少一种。
实施例1
一种赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,包括以下步骤:
本实施例中原料高铁高钛赤泥TFe含量在30%,TiO2含量为3%,Na2O含量为5%,Al2O3含量在16%,SiO2含量在14%,CaO含量在8%,H2O含量10%,余量18%;
(1)将高铁高钛赤泥脱水干燥至含水率1%以下,获得干燥后的赤泥,将干燥后赤泥与焦煤和造渣剂混合,形成混合料,将混合料不经烧结直接喷吹并卷入到涡流搅拌熔融高温炉漩涡中心,在1650℃下进行涡流搅拌熔融还原10min,获得还原铁水和熔融渣;其中,焦煤按混合料中Fe的摩尔量的1.2倍添加,造渣剂为CaO和CaF2的混合物,CaO按混合料碱度为1.0添加,CaF2质量按CaO质量的20%添加;
(2)还原铁水和熔融渣分层并进行连续溢流分离,钛还原进入铁水,得到含钛铁水,加入铬铁、锰铁直接冶炼成含钛铸铁型耐磨合金,含钛铸铁型耐磨合金中Cr含量为11%,Mn含量为0.8%;铁的回收率为95%,钛的回收率为95%;
(3)钠碱在还原过程进入烟气回收,铁水和熔融渣中Na含量均小于0.5%,烟气中钠碱回收率为96%;
(4)熔融渣在熔炼炉中调整组成使其符合水泥要求后,空冷至室温、破碎、研磨,制成水泥熟料,水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量分别为62%、21%、6%、3%,满足水泥熟料的成分要求。
实施例2
原料高铁高钛赤泥TFe含量在20%,TiO2含量为10%,Na2O含量为5%,Al2O3含量在12%,SiO2含量在10%,CaO含量在13%,H2O含量10%,余量20%;
(1)将高铁高钛赤泥脱水干燥至含水率1%以下,获得干燥后的赤泥,将干燥后赤泥与焦煤和造渣剂混合,形成混合料,将混合料不经烧结直接喷吹并卷入到涡流搅拌熔融高温炉漩涡中心,在1460℃下进行涡流搅拌熔融还原60min,获得还原铁水和熔融渣;其中,焦煤按原料中Fe的摩尔量的1.5倍添加,造渣剂为CaO和CaF2的混合物,CaO按混合料碱度为1.2添加,CaF2质量按CaO质量的30%添加;
(2)还原铁水和熔融渣分层并进行连续溢流分离,钛还原进入铁水,得到含钛铁水加入铬铁、锰铁直接冶炼成含钛铸铁型耐磨合金,含钛铸铁型耐磨合金中Cr含量为14%,Mn含量为1.5%;铁的回收率为95%,钛的回收率为90%;
(3)钠在还原过程进入烟气回收,铁水和熔融渣中Na含量均小于0.5%,烟气中钠的回收率为95%;
(4)熔融渣在熔炼炉中调整组成使其符合水泥要求后,空冷至室温、破碎、研磨,制成水泥熟料,水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量分别为64%、20%、4%、2.5%,满足水泥熟料的成分要求。
实施例3
原料高铁高钛赤泥TFe含量在26%,TiO2含量为5%,Na2O含量为8%。Al2O3含量在15%,SiO2含量在11%,CaO含量在5%,H2O含量10%,余量20%;
(1)将高铁高钛赤泥脱水干燥至含水率1%以下,获得干燥后的赤泥,将干燥后赤泥与焦煤和造渣剂混合,形成混合料,将混合料不经烧结直接喷吹并卷入到涡流搅拌熔融高温炉漩涡中心,在1600℃下进行涡流搅拌熔融还原30min,获得还原铁水和熔融渣;其中,焦煤按原料中Fe的摩尔量的1.2倍添加,造渣剂为CaO和CaF2的混合物,CaO按混合料碱度为1.4添加,CaF2质量按CaO质量的10%添加;
(2)还原铁水和熔融渣分层并进行连续溢流分离,得到含钛铁水,加入铬铁、锰铁直接冶炼成含钛铸铁型耐磨合金,含钛铸铁型耐磨合金中Cr含量为12%,Mn含量为0.9%;铁的回收率为95%,钛的回收率为94%;
(3)钠碱在还原过程进入烟气回收,铁水和熔融渣中Na含量均小于0.5%,烟气中钠碱回收率为96%;
(4)熔融渣在熔炼炉中调整组成使其符合水泥要求后,空冷至室温、破碎、研磨,制成水泥熟料,水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量分别为62%、22%、5%、3%,满足水泥熟料的成分要求。
实施例4
原料高铁高钛赤泥TFe含量在23%,TiO2含量为7%,Na2O含量为5%,Al2O3含量在12%,SiO2含量在10%,CaO含量在13%,H2O含量10%,余量20%;
(1)将高铁高钛赤泥脱水干燥至含水率1%以下,获得干燥后的赤泥,将干燥后赤泥与焦煤和造渣剂混合,形成混合料,将混合料不经烧结直接喷吹并卷入到涡流搅拌熔融高温炉漩涡中心,在1500℃下进行涡流搅拌熔融还原40min,获得还原铁水和熔融渣;其中,焦煤按原料中Fe的摩尔量的1.5倍添加,造渣剂为CaO和CaF2的混合物,CaO按混合料碱度为1.2添加,CaF2质量按CaO质量的10%添加;
(2)还原铁水和熔融渣分层并进行连续溢流分离,钛还原进入铁水得到含钛铁水,加入铬铁、锰铁直接冶炼成含钛铸铁型耐磨合金,含钛铸铁型耐磨合金中Cr含量为14%,Mn含量为1.5%;铁的回收率为95%,钛的回收率为90%;
(3)钠在还原过程进入烟气回收,铁水和熔融渣中Na含量均小于0.5%,烟气中钠的回收率为95%;
(4)熔融渣在熔炼炉中调整组成使其符合水泥要求后,空冷至室温、破碎、研磨,制成水泥熟料,水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3的含量分别为64%、21%、4%、3%,满足水泥熟料的成分要求。

Claims (8)

1.一种赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将赤泥与固态碳质还原剂和造渣剂混合形成混合料后,直接喷吹到涡流搅拌熔融高温炉漩涡中心,进行熔融还原反应,获得还含钛水和熔融渣,其中,所述的还原温度为1460~1650℃,还原时间为10~60min;固态碳质还原剂按混合料中Fe摩尔量的1.2~1.5倍添加,造渣剂为CaO和CaF2的混合物,CaO按混合料碱度为1.0~1.4添加,CaF2质量按CaO质量的10~30%添加,其中,所述的赤泥为高铁高钛赤泥;
(2)得到的还含钛水和熔融渣分层,并进行连续溢流分离,获得含钛铁水和熔融渣;
(3)含钛铁水加入铬铁、锰铁直接冶炼成含钛铸铁型耐磨合金;
(4)熔融渣在涡流搅拌高温炉中调整组成使其符合水泥要求后,冷却至室温、并经破碎、研磨形成水泥熟料。
2.根据权利要求1所述的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中,高铁高钛赤泥按质量百分比包括组分TFe 20%~40%,,TiO2 3%~10%,Na2O 2%~15%,Al2O3 10%~25%,SiO2 10%~25%,CaO 5%~25%,H2O 5%~20%。
3.根据权利要求1所述的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中,高铁高钛赤泥预先经过干燥脱水处理,形成干燥赤泥后,再与固态碳质还原剂和造渣剂混合,其中,干燥温度为150~200℃,干燥赤泥含水率为1%以下。
4.根据权利要求1所述的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中,固态碳质还原剂为焦煤。
5.根据权利要求1所述的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中,碱度按下式(1)方法计算:
式(1)中,mCaO为混合料中氧化钙的质量,mAl2O3为混合料中氧化铝的质量,mSiO2为混合料中氧化硅的质量,mTiO2为混合料中二氧化钛的质量。
6.根据权利要求1所述的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,其特征在于,所述的步骤(1)中,钠在还原过程进入烟气收尘回收。
7.根据权利要求1所述的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,其特征在于,所述的步骤(2)中,熔融渣Na2O含量小于0.5%。
8.根据权利要求1所述的赤泥脱碱生产钛铁合金和水泥熟料的方法,其特征在于,所述的方法中,钠回收率达95%以上,铁回收率达到90%以上,钛的回收率达到90%以上,赤泥利用率达100%。
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