CN110510646A - 高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法 - Google Patents

高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法 Download PDF

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Abstract

一种高铁铝土矿悬浮态预还原‑电炉熔炼分离回收铁铝的方法，按以下步骤进行：(1)将高铁铝土矿破碎磨矿；(2)铝土矿矿粉置于悬浮焙烧炉中，通入高温还原气体，在悬浮状态进行预还原焙烧；尾气收集；(3)还原物料放出与石灰混合，直接进入电弧熔炼炉；(4)通过电弧熔炼炉熔炼，生成的铁水和炉渣分别排出；(5)炉渣空冷后与碳酸钠溶液混合浸出，过滤分离出铝酸钠溶液；(6)将尾气通入铝酸钠溶液中进行碳分反应，反应结束后过滤获得Al(OH)3。本发明的方法能使高铁铝土矿中的铁和铝得到有效分离与回收。

Description

高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法
技术领域
本发明属于矿物加工、冶金技术领域，特别涉及一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法。
背景技术
我国是世界第一大钢铁生产和消费国，同时也是世界最大铝生产和消费国，随着经济快速发展，我国对金属铁和金属铝的需求越来越大，导致我国铁矿石和铝土矿对外依存度高。随着世界范围内可供开采的富矿资源逐渐减少，加大对国内复杂含铁铝复合矿石的开发和利用对解决铁资源和铝资源瓶颈问题意义重大。
我国高铁铝土矿储量丰富，其远景储量超过15亿吨。目前，高铁铝土矿的利用主要以传统拜耳法工艺为主，由于矿石中铝矿物和铁矿物相互包裹、镶嵌，铝、铁类质同晶现象明显，溶出过程中铁、铝难以有效分离，氧化铝溶出率低及回收效果差；另外，铝土矿溶出过程中铁含量过高会降低赤泥的沉降性能，从而导致碱耗增加、降低设备的单机生产能力。因此，研发创新性技术以实现高铁铝土矿的综合利用意义重大。
发明内容
本发明的目的是提供一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，通过悬浮态还原焙烧，在加入石灰熔炼，分离出铁水，然后炉渣用碳酸钠浸出，生成氢氧化铝析出；使铝和铁都能获得有效回收。
本发明的方法按以下步骤进行：
(1)将高铁铝土矿破碎后磨矿，至粒径≤0.074mm的部分占总质量≥45％，制成铝土矿矿粉；
(2)获得的铝土矿矿粉置于悬浮焙烧炉中，从悬浮焙烧炉底部通入高温还原气体，使铝土矿矿粉处于悬浮状态，并被加热至600～850℃进行预还原焙烧；所述的高温还原气体为CO或CO+H2混合气体，混合气体中CO的体积浓度≥30％；预还原焙烧过程中，产生的尾气从悬浮焙烧炉的排气口通入气体收集装置；
(3)预还原焙烧完成后，停止通入还原性气体，将生成的还原物料从悬浮焙烧炉中放出，直接与石灰混合形成混合物料，混合物料直接进入电弧熔炼炉；石灰的用量按混合物料中CaO与Al2O3的摩尔比为1.7～2.0；预还原焙烧过程中，还原气体的总体积与悬浮焙烧炉中铝土矿矿粉的质量比为0.1～0.5m3/kg；
(4)通过电弧熔炼炉对混合物料升温熔炼，熔炼温度1350～1500℃，时间30～45min；熔炼生成的铁水和炉渣分层，铁水从铁水出口排出，炉渣从排渣口排出；
(5)炉渣空冷至常温后，与碳酸钠溶液按液固比6～10L/kg混合，在40～80℃条件下浸出80～100min；浸出后的物料过滤，分离出滤液铝酸钠溶液和滤渣；所述的碳酸钠溶液的浓度80～120g/L；
(6)通过引风机将气体收集装置中的尾气通入铝酸钠溶液中，在温度45～65℃和搅拌条件下使碳酸钠溶液进行碳分反应，尾气中的CO2使铝酸钠分解为Al(OH)3析出；碳分反应结束后的物料过滤，获得的固相中固体成分为Al(OH)3。
上述的步骤(2)中，铝土矿矿粉在悬浮焙烧炉内的预还原焙烧时间20～40min。
上述的步骤(6)中，通入铝酸钠溶液中的尾气的CO2的体积百分比≥40％。
上述方法中，铁水的纯度≥92％。
上述方法中，铁的回收率≥95％。
上述的步骤(6)中，搅拌速度200～250r/min。
上述的步骤(5)中，炉渣中氧化铝的浸出率≥80％。
上述的步骤(5)中，炉渣空冷是在冷却罐中空冷，空冷过程中，炉渣逐渐形成疏松的粉末。
上述的步骤(6)中，碳分反应采用的反应器的出气口排出碳分反应后气体，当尾气的CO2体积百分比与碳分反应后气体的CO2体积百分比相同时，碳分反应结束。
上述的步骤(2)中，预还原焙烧后铁元素的金属化率≥90％。
本发明的原理是：先对高铁铝土矿破碎磨矿，粉料进行悬浮态直接还原焙烧，将矿石中的铁氧化物还原为金属铁(达到金属化率≥90％)；完成预还原的高温物料配入石灰，在1350～1500℃下完成造渣、熔化并实现渣铁分层分离；通过控制石灰石的用量，以保证炉渣的主要矿相成分为12CaO·7Al2O3(C12A7)和2CaO·SiO2(C2S)；炉渣中的C2S在冷却过程中因晶型转变而自粉，炉渣在冷却过程中自粉为疏松的粉末，用碳酸钠溶液浸出后得到铝酸钠溶液；铝酸钠溶液再通入悬浮态直接还原产生的CO2，使铝酸钠分解为Al(OH)3析出；该工艺能使高铁铝土矿中的铁、铝得到有效分离与回收。
附图说明
图1是本发明一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例中铝高铁土矿的铁品位TFe 22～30％，按质量百分比含Al2O3 35～40％，SiO26～18％。
本发明实施例中采用的CO+H2混合气体为高炉煤气。
本发明实施例中向悬浮焙烧炉通入高温还原气体时，当悬浮焙烧炉内没有铝土矿矿粉，或铝土矿矿粉未被加热至反应温度时，通入的高温还原气体不反应生成CO2，或生成量较少，该部分气体收集到其他装置中；当预还原焙烧开始后，生成的气体收集到气体收集装置中，用于碳分反应。
本发明实施例中铝土矿矿粉经预还原焙烧后，铁的金属化率≥90％。
本发明实施例中的铁水按质量百分比含Fe 92～95％，C 3.5～4.2％，P≤0.06％，S≤0.02％，Si≤0.5％。
本发明实施例中铁水中铁的回收率≥95％，氧化铝的浸出率≥80％。
实施例1
采用某高铁铝土矿按质量百分比含TFe 26.86％，Al2O3 36.28％，SiO2 7.12％；
流程如图1所示；
将高铁铝土矿破碎后磨矿，至粒径≤0.074mm的部分占总质量45％，制成铝土矿矿粉；
获得的铝土矿矿粉置于悬浮焙烧炉中，从悬浮焙烧炉底部通入高温还原气体，使铝土矿矿粉处于悬浮状态，并被加热至600℃进行预还原焙烧，时间40min；高温还原气体为CO+H2混合气体，混合气体中CO的体积浓度35％；预还原焙烧过程中，产生的尾气从悬浮焙烧炉的排气口通入气体收集装置；
预还原焙烧完成后，停止通入还原性气体，将生成的还原物料从悬浮焙烧炉中放出，直接与石灰混合形成混合物料，混合物料直接进入电弧熔炼炉；石灰的用量按混合物料中CaO与Al2O3的摩尔比为1.93；铁元素的金属化率90.3％；
预还原焙烧过程中，通入的还原气体的总体积与悬浮焙烧炉中铝土矿矿粉的质量比为0.3m3/kg
通过电弧熔炼炉对混合物料升温熔炼，熔炼温度1450℃，时间40min；熔炼生成的铁水和炉渣分层，铁水从铁水出口排出，铁水按质量百分比含Fe 93.03％，C 3.70％，P0.05％，S 0.01％，Si 0.42％；Fe的回收率95％；炉渣从排渣口排出；
炉渣空冷至常温后，与碳酸钠溶液按液固比8L/kg混合，在80℃条件下浸出80min；浸出后的物料过滤，分离出滤液铝酸钠溶液和滤渣；炉渣中氧化铝的浸出率87％；碳酸钠溶液的浓度100g/L；炉渣空冷是在冷却罐中空冷，空冷过程中，炉渣逐渐形成疏松的粉末；
采用引风机将气体收集装置中的尾气通入铝酸钠溶液中，尾气的CO2的体积百分比≥40％，在温度50℃和搅拌条件下使碳酸钠溶液进行碳分反应，搅拌速度200～250r/min，CO2使铝酸钠分解为Al(OH)3析出；碳分反应采用的反应器的出气口排出碳分反应后气体，当尾气的CO2体积百分比与碳分反应后气体的CO2体积百分比相同时，碳分反应结束；碳分反应结束后的物料过滤，获得的固相中固体成分为Al(OH)3。
实施例2
采用某高铁铝土矿按质量百分比含TFe 28.57％，Al2O3 35.48％，SiO2 6.06％；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量50％；
(2)预还原焙烧温度700℃，时间30min；高温还原气体为CO；预还原焙烧过程中，还原气体的总体积与铝土矿矿粉的质量比为0.2m3/kg
(3)混合物料中CaO与Al2O3的摩尔比为1.8；铁元素的金属化率91.6％；
(4)熔炼温度1500℃，时间30min；铁水按质量百分比含Fe 94.25％，C 3.52％，P0.04％，S 0.02％，Si 0.33％；Fe的回收率97％；
(5)炉渣空冷后与碳酸钠溶液按液固比6L/kg混合，在40℃条件下浸出100min；炉渣中氧化铝的浸出率88％；碳酸钠溶液的浓度120g/L；
(6)碳分反应温度47℃。
实施例3
采用某高铁铝土矿按质量百分比含TFe 22.32％，Al2O3 38.11％，SiO2 17.03％；
方法同实施例1，不同点在于：
(1)磨矿至粒径≤0.074mm的部分占总质量55％；
(2)预还原焙烧温度850℃，时间20min；高温还原气体为CO+H2混合气体，混合气体中CO的体积浓度70％；预还原焙烧过程中，还原气体的总体积与铝土矿矿粉的质量比为0.5m3/kg
(3)混合物料中CaO与Al2O3的摩尔比为1.72；铁元素的金属化率92.2％；
(4)熔炼温度1350℃，时间45min；铁水按质量百分比含Fe 92.12％，C 3.28％，P0.02％，S 0.03％，Si 0.45％；Fe的回收率97％；
(5)炉渣空冷后与碳酸钠溶液按液固比10L/kg混合，在65℃条件下浸出90min；炉渣中氧化铝的浸出率91％；碳酸钠溶液的浓度80g/L；
(6)碳分反应温度65℃。

Claims (9)

1.一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)将高铁铝土矿破碎后磨矿，至粒径≤0.074mm的部分占总质量≥45％，制成铝土矿矿粉；
(2)获得的铝土矿矿粉置于悬浮焙烧炉中，从悬浮焙烧炉底部通入高温还原气体，使铝土矿矿粉处于悬浮状态，并被加热至600～850℃进行预还原焙烧；所述的高温还原气体为CO或CO+H2混合气体，混合气体中CO的体积浓度≥30％；预还原焙烧过程中，产生的尾气从悬浮焙烧炉的排气口通入气体收集装置；
(3)预还原焙烧完成后，停止通入还原性气体，将生成的还原物料从悬浮焙烧炉中放出，直接与石灰混合形成混合物料，混合物料直接进入电弧熔炼炉；石灰的用量按混合物料中CaO与Al2O3的摩尔比为1.7～2.0；预还原焙烧过程中，还原气体的总体积与悬浮焙烧炉中铝土矿矿粉的质量比为0.1～0.5m3/kg；
(4)通过电弧熔炼炉对混合物料升温熔炼，熔炼温度1350～1500℃，时间30～45min；熔炼生成的铁水和炉渣分层，铁水从铁水出口排出，炉渣从排渣口排出；
(5)炉渣空冷至常温后，与碳酸钠溶液按液固比6～10L/kg混合，在40～80℃条件下浸出80～100min；浸出后的物料过滤，分离出滤液铝酸钠溶液和滤渣；所述的碳酸钠溶液的浓度80～120g/L；
(6)通过引风机将气体收集装置中的尾气通入铝酸钠溶液中，在温度45～65℃和搅拌条件下使碳酸钠溶液进行碳分反应，尾气中的CO2使铝酸钠分解为Al(OH)3析出；碳分反应结束后的物料过滤，获得的固相中固体成分为Al(OH)3。
2.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于步骤(2)中，铝土矿矿粉在悬浮焙烧炉内的预还原焙烧时间20～40min。
3.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于步骤(6)中，通入铝酸钠溶液中的尾气的CO2的体积百分比≥40％。
4.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于所述的铁水的纯度≥92％。
5.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于铁的回收率≥95％。
6.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于步骤(6)中，搅拌速度200～250r/min。
7.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于步骤(5)中，炉渣中氧化铝的浸出率≥80％。
8.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于步骤(5)中，炉渣空冷是在冷却罐中空冷，空冷过程中，炉渣逐渐形成疏松的粉末。
9.根据权利要求1所述的一种高铁铝土矿悬浮态预还原-电炉熔炼分离回收铁铝的方法，其特征在于步骤(2)中，预还原焙烧后铁元素的金属化率≥90％。
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