CN110093471B - 一种高效低耗赤泥综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高效低耗赤泥综合利用方法。该方法是将赤泥与水搅拌调浆后压滤,得到预除碱赤泥;将预除碱赤泥与还原剂及含钙添加剂混合压制球团,球团料经过预热及高温熔融,熔融产物经过破碎、磁选分离,得到还原铁和可作为复合肥原料的炉渣。该方法可以实现赤泥的综合利用获得附加值较高的还原铁和复合肥原料,且赤泥处理工艺简单,原料易得,可操作性强,能源利用率高,成本低廉,可以产生较好的经济效益和社会效益。

Description

一种高效低耗赤泥综合利用方法
技术领域
本发明涉及一种赤泥的处理方法,特别涉及一种利用赤泥同时获得还原铁和复合肥原料的高效低耗赤泥综合利用方法,属于冶金与环保领域。
背景技术
赤泥是一种从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。据统计,一般平均每生产1t Al2O3,便附带产生1~2t赤泥。赤泥可分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥,不同工艺产生的赤泥的化学成分不同。以拜耳法赤泥为例,其中一般含有3~20%的SiO2、2~8%的CaO、10~20%的Al2O3、30~60%的Fe2O3和微量~10%的TiO2等。我国作为世界上最大的氧化铝生产国,每年赤泥量排放量达数千万吨。赤泥含有大量的可利用元素,循环利用价值高。当前,受各种因素制约,赤泥一直难以充分利用,最终只能大面积堆场堆放或筑坝湿法堆存。这种保存方式不仅占用大量土地,造成严重土壤和水源污染,而且极大地造成资源浪费,不符合人类社会可持续发展的要求。
为使赤泥物尽其用,本领域专业技术人员做了大量地尝试。例如,中国专利(CN201711248184.3)公开一种处理赤泥的方法,该方法包括物料混合、物料成型、物料干燥、熔融处理和离心处理等步骤,最终可得到铁水和岩棉纤维,该方法可以有效利用赤泥,开辟赤泥利用新途径,具有显著的经济效益和环境效益;中国专利(CN 201711248906.5)公开另一种处理赤泥的方法,该方法以赤泥、煤粉、白云石和硅石等为原料生产铁水和岩棉纤维,也可有效地利用冶金废料赤泥。上述两个专利(CN 201711248184.3和CN 201711248906.5)工艺简单,可大量处理赤泥,可极大缓解赤泥大量堆积带来生态和环保压力。中国专利(CN201510471394.3)公开一种综合利用硫酸渣和赤泥的方法,该方法将硫酸渣、赤泥、还原剂混合、焙烧和分离得到铁粉,但生产尾渣未被充分利用,存在资料浪费;中国专利(CN201710291417.1)涉及一种氧化铝赤泥的综合利用方法,该方法采用真空热还原法处理赤泥,以碳或铝为还原剂,在真空条件下使赤泥中的氧化铁还原为铁,使氧化钠还原为金属钠,达到除碱和回收碱目的,同时使其它有价物质被还原为金属态并与铝形成合金,实现赤泥无害化处理和有价元素综合回收利用,但该方法工艺流程较长,且真空还原工艺对生产设备要求较高,投入大,成本较高;中国专利(201710126298.4)公开一种赤泥的综合利用方法,即先将赤泥与钙质脱碱剂混合,加水搅拌,制成赤泥-钙质脱碱剂混合浆,赤泥-钙质脱碱剂混合浆与含硫烟气在塔内逆流接触吸收二氧化硫,脱硫烟气塔顶排出,赤泥混合浆由塔底排出,赤泥混合浆继续处理制得普通硅酸盐水泥,该方法可同时实现利用工业废渣、烟气高效脱硫、赤泥高效脱碱并再生利用等多项效益,但其不适用于无含硫烟气的工厂,不能大面积推广适用,具有一定局限性;中国专利(CN 201811246887.7)公开一种包含检测分析并配料、搅拌烘干、焙烧还原、磁选分离等步骤的赤泥磁化焙烧综合利用系统及工艺,其通过优化改进磁化焙烧设备提高赤泥综合利用率,最终产品为铁矿粉和建筑材料,从而实现赤泥的大批量处理。
随着世界范围内铝加工工业的不断发展和铝土矿品味的逐年降低,赤泥排放量将越来越大,由此产生的赤泥处理压力也将越来越大。为进一步提高赤泥利用率,丰富赤泥综合利用和处理途径,缓解赤泥处理压力,本发明提供一种高效低耗处理赤泥的综合利用方法。
发明内容
针对现有技术中赤泥处理工艺存在的缺陷,本发明的目的旨在提供一种将赤泥通过脱碱、高温熔融、磁选分离等处理工艺以回收还原铁和复合肥原料可出售产品,真正实现了赤泥综合资源化利用的方法,该工艺主要以赤泥为廉价原料,且工艺简单,赤泥处理效率高,比较适合在工业生产中大面积推广。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种高效低耗赤泥综合利用方法,该方法包括以下步骤:
1)将赤泥与水搅拌调浆后压滤,得到预除碱赤泥;
2)将预除碱赤泥与还原剂及含钙添加剂混合压制球团,得到球团料;
3)将球团料经过预热及高温熔融,得到熔融产物;
4)将熔融产物破碎、磁选分离,得到还原铁和炉渣,炉渣作为复合肥原料。
优选的方案,所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥中的至少一种。
优选的方案,所述赤泥包括的主要组分及各主要组分的质量百分比含量:CaO 1~3%、SiO2 10~20%、Al2O3 15~35%、MgO 2~3%、TiO2 1~2%、TFe20~25%、碱金属氧化物(主要为氧化钾、氧化钠等)5~6%。
优选的方案,所述预除碱赤泥的含水量为10~20%。
优选的方案,所述还原剂为煤粉、碳粉、锯屑、秸秆粉末中至少一种。
优选的方案,所述含钙添加剂包括生石灰、石灰石、电石渣中至少一种。
优选的方案,所述预除碱赤泥、还原剂和含钙添加剂的质量比为10:(3~5):(6~9)。
优选的方案,所述高温熔融反应的温度为1400~1550℃,时间为30~60min。
优选的方案,所述磁选的磁场场强为150~180kA/m。
优选的方案,预热及高温熔融过程采用多级反应器和电炉串联系统。将多级反应器的物料出口和电炉的物料入口相连。球团料在通过多级反应器加入电炉参与高温熔融反应前已由电炉废气预热。
优选的方案,炉渣包含大量的活性硅及钙等,经过常规的成分微调后,可以作为复合肥。
本发明的高效低耗赤泥综合利用方法,包括以下具体步骤:
(1)预除碱处理:向赤泥中加入适量水并搅拌得到赤泥浆,随后将所述赤泥浆压滤得到预除碱赤泥;预除碱赤泥的含水量保持在10~20%。
(2)混料处理:将所述预除碱赤泥、还原剂和含钙添加剂按质量比10:(3~5):(6~9)混合、充分搅拌得到混合料。
(3)造粒处理:将所述混合料成型造粒成型压力为10~15MPa,随后在50~60℃干燥20~40min,得到直径为5~15mm的球团料。
(4)熔融处理:将通过多级反应器预热的球团料加入电炉中在1400~1550℃进行高温熔融反应30~60min,得到熔融产物。
(5)后处理:将所述熔融产物破碎,经过150~180kA/m磁选场分离得到还原铁和炉渣,所述还原铁可作为炼钢原料,所述炉渣经成分微调后可直接作为复合肥。
另外,在本发明所述技术方案中,凡未做特别说明的,均可采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。
本发明的高效低耗赤泥综合利用方法,先将赤泥与水搅拌调浆后压滤,得到预除碱赤泥,这可一定程度上降低赤泥的碱性,减少后续生产时对设备等腐蚀。此时赤泥的主要成分为Fe2O3、Al2O3、CaO和SiO2等。经过预脱碱处理的赤泥与还原剂(如煤粉、碳粉、锯屑、秸秆粉末)及含钙添加剂(如生石灰、石灰石、电石渣)按照适当配比配料、混合并制成球团料。此时球团料中主要成分是Fe2O3、Al2O3、CaO、SiO2、碳质等。球团料通过多级反应器加入到电炉中,随后在高温熔融下发生一系列还原反应,在高温熔融反应过程中,球团料中包含的Fe2O3转变为还原铁(Fe)(3C+2Fe2O3=3CO2+2Fe),还原铁可通过磁选分离出体系,而球团料中的Al2O3、CaO和SiO2等经高温烧结后转变为CaSiO3和Al2(SiO3)3等(SiO2+CaO=CaSiO3和Al2O3+3SiO2=Al2(SiO3)3),使植物对其中各类有益元素的吸收效果更佳。因此,高温熔融物料经过磁选分离铁后,剩余残渣经过成分微调后用于生产复合肥料。同时高温熔融时产生的烟气经由多级反应器排出,用于球团料的预热,有助于降低电炉的能耗。
与现有赤泥综合利用工艺相比,本发明技术方案具有以下优点:
1)本发明可以采用水对赤泥预除碱,可以降低赤泥碱性,大大减轻后续生产时赤泥对生产设备的腐蚀,延长设备使用寿命;
2)本发明可以采用多级反应器的物料出口和电炉的物料入口相连,球团料在通过多级反应器加入电炉参与高温熔融反应前已由电炉废气预热,可以提高能源利用率,降低能耗和成本。
3)本发明可充分处理赤泥并得到用于炼钢的还原铁和复合肥,将赤泥“吃干榨尽”,得到充分资源化利用。
4)本发明处理赤泥的工艺流程简单,易操作,具有较好的经济效益,适合大面积推广使用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)预除碱处理:向拜耳法赤泥中加入适量水并搅拌得到赤泥浆,随后将赤泥浆压滤得到含水量为10%的预除碱赤泥;其中,赤泥按质量分数组成为3%的CaO、10%的SiO2、35%的Al2O3、2%的MgO、1%的TiO2、25%的TFe%和6%的碱金属氧化物(K2O和Na2O)。
(2)混料处理:将质量比为10:3:6的预除碱赤泥、还原剂(煤粉和锯屑的混合物,两者的质量比为2:1)和电石渣混合、充分搅拌得到混合料。
(3)造粒处理:将混合料在15MPa压力下成型造粒,随后在60℃下干燥30min得到直径为10mm的球团料。
(4)熔融处理:将通过多级反应器预热的球团料加入电炉中,随后在1400℃下高温熔融反应60min得到熔融产物;其中,多级反应器的物料出口和电炉的入口相连。
(5)后处理:将熔融产物破碎、在磁选场强170kA/m下磁选得到还原铁和炉渣,该还原铁可作为炼钢原料,而炉渣包含大量钙及铝的硅酸盐,经成分微调后可直接作为复合肥。
经过成分检测发现,按本实施例处理赤泥后,赤泥中铁的回收率达到75%。
实施例2
(1)预除碱处理:向烧结法赤泥中加入适量水并搅拌得到赤泥浆,随后将赤泥浆压滤得到含水量为20%的预除碱赤泥;其中,赤泥按质量分数组成为1%的CaO、20%的SiO2、15%的Al2O3、3%的MgO、2%的TiO2、20%的TFe%和5%的碱金属氧化物(K2O和Na2O)。
(2)混料处理:将质量比为10:5:9的预除碱赤泥、碳粉和石灰石混合、充分搅拌得到混合料。
(3)造粒处理:将混合料在10MPa压力下成型造粒,随后在50℃下干燥20min得到直径为5mm的球团料。
(4)熔融处理:将通过多级反应器预热的球团料加入电炉中,随后在1550℃下高温熔融反应30min得到熔融产物;其中,多级反应器的物料出口和电炉的入口相连。
(5)后处理:将熔融产物破碎、在磁选场强180kA/m下磁选得到还原铁和炉渣,该还原铁可作为炼钢原料,而炉渣包含大量钙及铝的硅酸盐,经成分微调后可直接作为复合肥。
经过成分检测发现,按本实施例处理赤泥后,赤泥中铁的回收率达到78%。
实施例3
(1)预除碱处理:向联合法赤泥中加入适量水并搅拌得到赤泥浆,随后将赤泥浆压滤得到含水量为15%的预除碱赤泥;其中,赤泥按质量分数组成为2%的CaO、15%的SiO2、25%的Al2O3、3%的MgO、1%的TiO2、22%的TFe%和6%的碱金属氧化物(K2O和Na2O)。
(2)混料处理:将质量比为10:4:7的预除碱赤泥、煤粉和电石渣混合、充分搅拌得到混合料。
(3)造粒处理:将混合料在12MPa压力下成型造粒,随后在55℃下干燥40min得到直径为15mm的球团料。
(4)熔融处理:将通过多级反应器预热的球团料加入电炉中,随后在1500℃下高温熔融反应50min得到熔融产物;其中,多级反应器的物料出口和电炉的入口相连。
(5)后处理:将熔融产物破碎、在磁选场强150kA/m下磁选得到还原铁和炉渣,该还原铁可作为炼钢原料,而炉渣包含大量钙及铝的硅酸盐,成分微调后可直接作为复合肥。
经过成分检测发现,按本实施例处理赤泥后,赤泥中铁的回收率达到77%。
对比实施例1
(1)预除碱处理:向联合法赤泥中加入适量水并搅拌得到赤泥浆,随后将赤泥浆压滤得到含水量为15%的预除碱赤泥;其中,赤泥按质量分数组成为2%的CaO、15%的SiO2、25%的Al2O3、3%的MgO、1%的TiO2、22%的TFe%和6%的碱金属氧化物(K2O和Na2O)。
(2)混料处理:将质量比为10:4:7的预除碱赤泥、煤粉和电石渣混合,充分搅拌得到混合料。
(3)造粒处理:将混合料在12MPa压力下成型造粒,随后在55℃下干燥40min得到直径为15mm的球团料。
(4)熔融处理:将通过多级反应器预热的球团料加入电炉中,随后在900℃下熔融反应20min得到熔融产物;其中,多级反应器的物料出口和电炉的入口相连。
(5)后处理:将熔融产物破碎、在磁选场强150kA/m下磁选得到还原铁和炉渣,该还原铁可作为炼钢原料,而炉渣中包含较少的钙及铝的硅酸盐。
经过成分检测发现,按本实施例处理赤泥后,赤泥中铁的回收率仅为61%。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高效低耗赤泥综合利用方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)将赤泥与水搅拌调浆后压滤,得到预除碱赤泥;所述赤泥包括的主要组分及各主要组分的质量百分比含量:CaO 1~3%、SiO2 10~20%、Al2O3 15~35%、MgO 2~3%、TiO2 1~2%、TFe20~25%、碱金属氧化物5~6%
2)将预除碱赤泥与还原剂及含钙添加剂混合压制球团,得到球团料;所述预除碱赤泥、还原剂和含钙添加剂的质量比为10:(3~5):(6~9);
3)将球团料经过预热及高温熔融,得到熔融产物;所述高温熔融反应的温度为1400~1550℃,时间为30~60min;
4)将熔融产物破碎、磁选分离,得到还原铁和炉渣,炉渣作为复合肥原料。
2.根据权利要求1所述的一种高效低耗赤泥综合利用方法,其特征在于:所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种高效低耗赤泥综合利用方法,其特征在于:所述预除碱赤泥的含水量为10~20%。
4.根据权利要求1所述的一种高效低耗赤泥综合利用方法,其特征在于:所述还原剂为煤粉、碳粉、锯屑、秸秆粉末中至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种高效低耗赤泥综合利用方法,其特征在于:所述含钙添加剂包括生石灰、石灰石、电石渣中至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种高效低耗赤泥综合利用方法,其特征在于:所述磁选的磁场场强为150~180kA/m。
7.根据权利要求1所述的一种高效低耗赤泥综合利用方法,其特征在于:预热及高温熔融过程采用多级反应器和电炉串联系统。
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