CN112159895A

CN112159895A - 一种强化赤泥直接还原的复合添加剂、方法以及复合添加剂的制备方法

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Publication number: CN112159895A
Application number: CN202011016371.0A
Authority: CN
Inventors: 周仙霖; 胡钺; 罗艳红; 陈铁军; 万军营; 刘佳文; 胡梦杰
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Science and Technology WHUST
Priority date: 2020-09-24
Filing date: 2020-09-24
Publication date: 2021-01-01

Abstract

本发明属于赤泥资源化利用技术领域，具体涉及一种强化赤泥直接还原的复合添加剂、方法以及复合添加剂的制备方法。该复合添加剂包括以下重量百分含量的各组分：铁氧矿物15～70％，锰氧矿物20～80％，聚乙烯酰胺5～10％。本发明组分配比合理、可有效提高赤泥直接还原的金属化率、促进铁晶粒的长大、有利于提高下一步磁选指标，促进赤泥的综合利用；同时，添加剂的组分来源广泛、成本低，节约能源，保护环境。

Description

一种强化赤泥直接还原的复合添加剂、方法以及复合添加剂的制备方法

技术领域

本发明属于赤泥资源化利用技术领域，具体涉及一种强化赤泥直接还原的复合添加剂、方法以及复合添加剂的制备方法。

背景技术

赤泥是提取氧化铝产业链中产生的废料。每产出1t氧化铝约产出1～1.6t的赤泥，据统计我国的赤泥堆存量已达到3亿吨。对于赤泥传统的处理方式主要是筑坝堆存，但这种方式价格昂贵，浪费了赤泥中的大量的有价金属元素，且赤泥中包含的碱量还有放射性元素都会对环境造成不良影响。随着我国经济的快速发展，钢铁工业持续高速增长，铁矿石需求量迅猛增加，在铁矿产资源日益减少和趋向枯竭的情况下，把高铁赤泥看作第二资源，研究赤泥的综合利用，是一项具有战略意义和现实意义的工作。

赤泥的组成和性质极其复杂，主要化学成分有Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂、CaO、TiO₂等，这些物质都可以成为工业生产的原材料。其中铁含量相对较高，可以首先进行回收利用，而在回收铁后剩下的尾渣中，钛和钪均能得到一定程度的富集，从而为其进一步回收利用提供方便；

近些年，火法冶金回收铁的研究比较广泛，是一种比较成熟的从赤泥中回收铁的工艺。主要过程是将赤泥与还原剂及其他添加剂混合后进行高温还原焙烧，之后利用磁选将分选出的含铁粉末熔炼后得到生铁，其余粉末可用于提取其他金属。虽然能够回收一部分的铁，但是有铁的金属化率低，回收率低、经济效益低等一系列缺点。还原焙烧的过程往往需要一定量的添加剂，添加剂主要包括有镁盐、钙盐、钠盐和复盐，起到助熔作用，同时提高碳还原效率。但是上述添加剂在使用过程中用量较大，成本较高，而且会造成一定的环境污染。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种强化赤泥直接还原的复合添加剂及其制备方法，以及强化赤泥直接还原的方法。

本发明所提供的技术方案如下：

一种强化赤泥直接还原的复合添加剂，包括以下重量百分含量的各组分：铁氧矿物15～70％，锰氧矿物20～80％，聚乙烯酰胺5～10％。

上述技术方案中：

铁氧化物易还原及铁晶粒易长大、诱导其它微细金属铁晶粒长大，同时提高还原产品金属铁含量，增加直接还原铁的利用价值。

锰氧矿物中的锰氧矿物置换铁尖晶石和铁橄榄石中的氧化亚铁，从而使氧化亚铁进一步参与还原过程；同时锰氧矿物能将赤泥中含有的铝硅固化在锰物相中，降低铝硅氧化物对铁氧化物还原的影响，从而达到强化赤泥直接还原的效果，可有效提高赤泥直接还原的金属化率。

聚乙烯酰胺具有良好的粘结效果，能提高球团强度，同时聚乙烯酰胺在高温条件下，能够分解产生气体，增加球团孔隙率，改善还原的动力学条件，而且不会引入其他杂质。

具体而言：

赤泥中的氧化铁在还原阶段生成的氧化亚铁会因为下述等反应而导致还原产率降低：

2FeO+SiO₂＝Fe₂SiO₄

FeO+Al₂O₃＝FeAl₂O₄

上述技术方案中，添加含锰矿物的成分，在还原阶段可发生包括如下的反应：

2MnO+SiO₂＝Mn₂SiO₄

MnO+Al₂O₃＝MnAl₂O₄

2MnO+Fe₂SiO₄＝Mn₂SiO₄+2FeO

MnO+FeAl₂O₄＝MnAl₂O₄+FeO

MnO+FeTiO₃＝MnTiO₃+FeO

2MnO+Fe₂TiO₄＝Mn₂TiO₄+2FeO

因此，一方面，氧化锰可以在还原阶段对赤泥中氧化硅和氧化铝等进行固化，避免其与氧化亚铁结合而导致的铁还原产率降低的问题。另一方面，氧化锰可以在还原阶段从赤泥中的各种铁盐中置换出氧化亚铁，从而增加铁的还原产率。

具体的，所述铁氧矿物为含铁矿物，如磁铁矿、赤铁矿、高锰铁矿。磁铁矿含铁≥60wt％，赤铁矿含铁≥55wt％，高锰铁矿含铁≥40wt％。

具体的，所述铁氧矿物中，四氧化三铁和三氧化二铁的总的含量大于或等于55wt％。

具体的，所述锰氧矿物为高锰铁矿、软锰矿或电解锰阳极泥。软锰矿含锰55～63wt％，高锰铁矿含锰8～20wt％，电解锰阳极泥含锰42～50wt％。

优选的，铁氧矿物为高锰铁矿，锰氧矿物也为高锰铁矿。

具体的，所述锰氧矿物中，氧化锰的含量大于或等于15wt％。

具体的，所述复合添加剂的比表面积大于或等于2000cm²/g。

本发明还提供了强化赤泥直接还原的复合添加剂的制备方法，包括以下步骤：将所述铁氧物质、所述锰氧矿物和聚乙烯酰胺研磨至比表面积大于或等于2000cm²/g后混合，即得。具体的，可采用干式球磨机进行研磨。

本发明还提供了一种强化赤泥直接还原的方法，包括以下步骤：将上述复合添加剂与赤泥混合均匀，压制成团，然后干燥获得干燥团块，以烟煤为还原剂，进行还原焙烧，经直接还原反应，所述团块中的铁元素被还原成金属铁，得到直接还原铁团块。

基于上述技术方案，铁氧化物易还原及铁晶粒易长大、诱导其它微细金属铁晶粒长大、使得金属铁晶粒数量继续增加，且单体颗粒间的距离缩小，有聚集的趋势，有利于促进球团内金属铁的长大，利于后续磨矿中实现单体解离，有利于提高磁选指标，促进赤泥的综合利用；同时提高还原产品金属铁含量；氧化锰可以在还原阶段对赤泥中氧化硅和氧化铝等进行固化，也可以在还原阶段从赤泥中的各种铁盐中置换出氧化亚铁。从而可有效提高赤泥直接还原的金属化率、促进铁晶粒的长大、有利于提高下一步磁选指标。

具体的，所述复合添加剂与待处理赤泥的重量用量比为1:9～6:4。

具体的，还原焙烧温度为1100～1350℃，还原焙烧时间为40～150min。

具体的，干燥温度为30～200℃；干燥时间为1～24h。

本发明所述强化赤泥直接还原的复合添加剂的有益效果在于：

本发明组分配比合理、可有效提高赤泥直接还原的金属化率、促进铁晶粒的长大、有利于提高下一步磁选指标，促进赤泥的综合利用；同时添加剂的组分来源广泛、成本低，节约能源，保护环境。

附图说明

图1是对比例和实施例1得到的DRI团块的光学显微镜的对比图。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

对比例1

对原矿TFe含量49.11％，Al₂O₃含量10.07％，SiO₂含量3.45％的赤泥，不加任何添加剂，压制成团，在150℃下干燥获得干燥团块，以烟煤为还原剂，在1150℃的温度下还原焙烧90min，得到的DRI团块中铁的金属化率为80.91％。

对得到的DRI团块进行测试，如图1中(A)部分所示，铁晶粒的尺寸为40～50μm.。

实施例1

本实施例所述强化赤泥直接还原的复合添加剂，按质量百分比，组分组成为：铁氧矿物：75％，锰氧矿物：10％，聚乙烯酰胺5％；待处理赤泥的TFe含量49.11％，Al₂O₃含量10.07％，SiO₂含量3.45％。将添加剂与赤泥按照添加量为所述复合添加剂的加入量：待处理赤泥量＝2：8的比例混合均匀，压制成团，在具体值150℃下干燥获得干燥团块，以烟煤为还原剂，在1150℃的温度下还原焙烧90min，得到的DRI团块中铁的金属化率可达到90.57％。

铁氧矿物为赤铁矿。

锰氧矿物为软锰矿。

复合催化剂比表面积达到2400cm²/g。

对得到的DRI团块进行测试，如图1中(B)部分所示，铁晶粒的尺寸约为60μm.。

实施例2

本实施例所述强化赤泥直接还原的复合添加剂，按质量百分比，组分组成为：铁氧矿物：65％，锰氧矿物：25％，聚乙烯酰胺10％；待处理赤泥的TFe含量49.11％，Al₂O₃含量10.07％，SiO₂含量3.45％。将添加剂与赤泥按照添加量为所述复合添加剂的加入量：待处理赤泥量＝4：6的比例混合均匀，压制成团，在具体值180℃下干燥获得干燥团块，以烟煤为还原剂，在1250℃的温度下还原焙烧90min，得到的DRI团块中铁的金属化率可达到94.17％。

铁氧矿物来源于高锰铁矿。

锰氧矿物来源于高锰铁矿。

复合催化剂比表面积达到2400cm²/g。

实施例3

本实施例所述强化赤泥直接还原的复合添加剂，按质量百分比，组分组成为：铁氧矿物：60％，锰氧矿物：35％，聚乙烯酰胺5％；待处理赤泥的TFe含量49.11％，Al₂O₃含量10.07％，SiO₂含量3.45％。将添加剂与赤泥按照添加量为所述复合添加剂的加入量：待处理赤泥量＝2：8的比例混合均匀，压制成团，在200℃下干燥获得干燥团块，以烟煤为还原剂，在1150℃的温度下还原焙烧120min，得到的DRI团块中铁的金属化率可达到92.84％。

铁氧矿物来源于高锰铁矿。

锰氧矿物来源于锰渣软锰矿。

复合催化剂比表面积达到2400cm²/g。

实施例4

本实施例所述强化赤泥直接还原的复合添加剂，按质量百分比，组分组成为：铁氧矿物：20％，锰氧矿物：75％，聚乙烯酰胺5％；待处理赤泥的TFe含量49.11％，Al₂O₃含量10.07％，SiO₂含量3.45％。将添加剂与赤泥按照添加量为所述复合添加剂的加入量：待处理赤泥量＝1：9的比例混合均匀，压制成团，在具体值180℃下干燥获得干燥团块，以烟煤为还原剂，在1350℃的温度下还原焙烧60min，得到的DRI团块中铁的金属化率可达到94.84％。

铁氧矿物来源于磁铁矿。

锰氧矿物来源于电解锰阳极泥。

复合催化剂比表面积达到2400cm²/g。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种强化赤泥直接还原的复合添加剂，其特征在于，包括以下重量百分含量的各组分：铁氧矿物15～70％，锰氧矿物20～80％，聚乙烯酰胺5～10％。

2.根据权利要求1所述的强化赤泥直接还原的复合添加剂，其特征在于：所述铁氧矿物为磁铁矿、赤铁矿或高锰铁矿。

3.根据权利要求1或2所述的强化赤泥直接还原的复合添加剂，其特征在于：所述铁氧矿物中，四氧化三铁和三氧化二铁的总的含量大于或等于55wt％。

4.根据权利要求1所述的强化赤泥直接还原的复合添加剂，其特征在于：所述锰氧矿物为高锰铁矿、软锰矿或电解锰阳极泥。

5.根据权利要求4所述的强化赤泥直接还原的复合添加剂，其特征在于：所述锰氧矿物中，氧化锰的含量大于或等于15wt％。

6.根据权利要求1至5任一所述的强化赤泥直接还原的复合添加剂，其特征在于：所述复合添加剂的比表面积大于或等于2000cm²/g。

7.一种根据权利要求1至6任一所述的强化赤泥直接还原的复合添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述铁氧矿物、所述锰氧矿物和所述聚乙烯酰胺分别研磨至比表面积大于或等于2000cm²/g后混合，即得。

8.一种强化赤泥直接还原的方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1至6任一所述的复合添加剂与赤泥混合均匀，压制成团，然后干燥获得干燥团块，以烟煤为还原剂，进行还原焙烧，经直接还原反应，所述团块中的铁元素被还原成金属铁，得到直接还原铁团块。

9.根据权利要求8所述的强化赤泥直接还原的方法，其特征在于：所述复合添加剂与待处理赤泥的重量用量比为1:9～6:4。

10.根据权利要求8所述的强化赤泥直接还原的方法，其特征在于：

还原焙烧温度为1100～1350℃，还原焙烧时间为40～150min；

干燥温度为30～200℃；干燥时间为1～24h。