CN112279284A - 一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，属于冶金技术和环保领域，将高硫铝土矿、拜耳法赤泥混合，混合物加入添加剂均匀混合后再进行密封处理焙烧，自然冷却，研磨破碎；将物料加入稀碱溶液搅拌溶出，过滤后得到溶出液和溶出渣；热水反复洗涤溶出渣，干燥研磨后进行磁选，回收铁精矿；溶出液和溶出渣的洗涤液采用常规方法回收氧化铝后液体返回作为稀碱使用；本发明可以同时处理难处理高硫铝土矿和固废拜耳法赤泥，解决目前赤泥大量堆存、土地污染等问题，使赤泥得到减量化、无害化及资源化利用，提高了高硫铝土矿高效回收利用率，实现有害材料的高附加值利用率。
Description
技术领域
本发明涉及一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，涉及高硫铝土矿脱硫及资源回收领域和赤泥的有效资源化利用，属于冶金技术和环保领域。
背景技术
目前，面对铝土矿资源储存量日益枯竭的情况下，对高硫铝土矿资源的开发利用在铝工业的发展有重要意义。氧化铝的生产主要是以拜耳法溶出工艺，其中铝土矿中的硫含量在拜耳法溶出生产氧化铝的过程中形成各种硫酸盐，影响氧化铝的回收和产品质量，同时给生产设备和操作安全带来许多危险，铝土矿中硫含量在低于0.3%时可以进入拜耳法生产氧化铝的流程。
拜耳法赤泥是铝土矿通过拜耳法生产氧化铝过程中的固体废渣，每生产1t氧化铝将产生1.0~1.8t赤泥，截至2017年，全球累计排放赤泥40亿吨左右，并以1.2亿吨的年排放量增加，中国赤泥堆存已超过4.0亿吨，因赤泥成分复杂和物质碱度高等性质，导致我国赤泥综合利用率仅为4%，目前赤泥主要以堆存为主，其余的赤泥用于有价金属回收、建筑材料、催化剂等方面综合利用。
目前，利用高硫铝土矿中硫脱除的技术很多，例如生物脱硫、焙烧脱硫、浮选脱硫、种分脱硫、湿法氧化脱硫、电解脱硫及添加剂脱硫等，这些脱硫方法各有优缺点，直到现在也没有找到一种有利于工业化应用的方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法。本发明通过以下技术方案实现。
一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，体步骤如下：
（1）将高硫铝土矿、拜耳法赤泥混合，混合物加入添加剂均匀混合后再进行密封处理，在温度500-1200℃下焙烧0.5-3h，自然冷却，研磨破碎；
（2）将步骤（1）的破碎物料加入稀碱溶液中，在70-90℃搅拌溶出20-30min，过滤后得到溶出液和溶出渣；
（3）热水反复洗涤溶出渣，干燥研磨后进行磁选，回收铁精矿；溶出液和溶出渣的洗涤液采用常规方法回收氧化铝后液体返回步骤（2）作为稀碱使用。
步骤（1）高硫铝土矿中的硫的质量百分比含量高于0.3%，拜耳法赤泥中的铁的质量百分比含量高于2.0%。
步骤（1）高硫铝土矿中的硫与赤泥中的铁的摩尔比为1:1-20。
步骤（1）添加剂为碳酸钠和氢氧化钙，碳酸钠与原料混合物中氧化铝摩尔比为1-2:1，氢氧化钙是混合物中二氧化硅和硫的物质的量的2-4倍。
步骤（2）稀碱溶液中NaOH的浓度为10-30g/L、Na2CO3的浓度为4-8g/L，即为NaOH和Na2CO3的混合溶液。
步骤（2）搅拌转速为10-30r/min。
步骤（3）热水反复洗涤的热水温度为70℃-95℃，洗涤的次数为5-8次，每次加入的热水量与溶出渣的液固比mL:g为20-50：10。
步骤（3）磁选浆液按照液固比mL:g为100:10的比例加水配置，磁选强度为80KA/m。
步骤（3）磁选回收铁精矿之后的磁选渣作为建筑材料回收。
本发明的有益效果：
由于本发明是密闭还原的焙烧实验条件，实验不需要通入惰性气体达到还原条件，降低设备使用要求，可以选用任意的炉子进行还原焙烧实验，降低经济成本，提高生产效率。
本发明采用进行还原-碱法焙烧能够同时处理高硫铝土矿和拜耳法赤泥两种难处理的资源，有效的利用硫的还原性在低温条件下还原赤泥里面的铁，找到一种铝土矿脱硫和赤泥里面的有价元素的综合回收利用的方法。
本发明溶出液回收氧化铝后可以循环利用，磁选渣可作为建筑材料或者陶瓷材料使用。
本发明可以同时处理难处理高硫铝土矿和固废拜耳法赤泥，解决目前赤泥大量堆存、土地污染等问题，使赤泥得到减量化、无害化及资源化利用，提高了高硫铝土矿高效回收利用率，实现有害资源的高附加值利用率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，具体步骤如下：
（1）采用高硫铝土矿与拜耳法赤泥进行还原-碱法焙烧，还原-碱法焙烧的具体方法：在常压下，将高硫铝土矿、拜耳法赤泥混合，高硫铝土矿中硫的质量百分比含量高于0.3%，拜耳法赤泥中铁的质量百分比含量高于2.0%，混合物加入添加剂均匀混合后再进行密封处理，密闭处理是将原料放在带盖的小坩埚内，密封后放入带盖的大坩埚中，坩埚之间的缝隙用活性炭填充，然后密封大坩埚，其中高硫铝土矿中的硫含量与赤泥中的铁含量的摩尔比为1:4，添加剂为碳酸钠和氢氧化钙，碳酸钠与混合物中氧化铝摩尔比为1:1，氢氧化钙是混合物中二氧化硅和硫的物质的量的2倍，然后大坩埚在焙烧温度900℃下焙烧反应2小时，自然冷却，球磨机研磨5min破碎处理；
（2）将步骤（1）的烧结熟料加入稀碱溶液中，稀碱溶液中NaOH的浓度为30g/L、Na2CO3的浓度为6g/L，在90℃搅拌溶出20min，搅拌转速为15r/min，在真空抽滤机中分离溶出液和溶出渣；
（3）热水反复洗涤溶出渣，热水温度为70℃，洗涤的次数为7次，每次加入的热水量与溶出渣的液固比mL:g为20:10，干燥研磨后进行磁选，磁选浆液按照液固比mL:g为100:10的比例加水配置，磁选强度为80KA/m，回收铁精矿，磁选回收铁精矿之后的磁选渣作为建筑材料回收；溶出液和溶出渣的热水洗涤液中含有大量的铝酸钠，采用常规方法在0.5MPa气压、温度160℃下连续或者间断压煮脱硅，过滤分离硅渣，溶液里面通入CO2气体进行碳酸化分解，使铝酸钠溶液变成氢氧化铝沉淀和母液，其中母液进行蒸发再返回氧化铝溶出过程步骤（2）作为稀碱使用，氢氧化铝沉淀经过950-1200℃煅烧形成氧化铝。
本实施例在氧化铝的回收率为74.24%，铁的回收率为86.10%。
实施例2
一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，具体步骤如下：
（1）采用高硫铝土矿与拜耳法赤泥进行还原-碱法焙烧，还原-碱法焙烧的具体方法：在常压下，将高硫铝土矿、拜耳法赤泥混合，高硫铝土矿中硫的质量百分比含量高于0.3%，拜耳法赤泥中铁的质量百分比含量高于2.0%，混合物加入添加剂均匀混合后再进行密封处理，密闭处理是将原料放在带盖的小坩埚内，密封后放入带盖的大坩埚中，坩埚之间的缝隙用活性炭填充，然后密封大坩埚，其中高硫铝土矿中的硫含量与赤泥中的铁含量的摩尔比为1:1，添加剂为碳酸钠和氢氧化钙，碳酸钠与混合物中氧化铝摩尔比为2:1，氢氧化钙是混合物中二氧化硅和硫的物质的量的4倍，然后大坩埚在焙烧温度500℃下焙烧反应时间3小时，自然冷却，球磨机研磨5min破碎处理；
（2）将步骤（1）的烧结熟料加入稀碱溶液中，稀碱溶液中NaOH的浓度为10g/L、Na2CO3的浓度为7g/L，在70℃搅拌溶出30min，搅拌转速为20r/min，在真空抽滤机中分离溶出液和溶出渣；
（3）热水反复洗涤溶出渣，热水温度为95℃，洗涤的次数为8次，每次加入的热水量与溶出渣的液固比mL:g为50:10，干燥研磨后进行磁选，磁选浆液按照液固比mL:g为100:10的比例加水配置，磁选强度为80KA/m，回收铁精矿，磁选回收铁精矿之后的磁选渣作为建筑材料回收；溶出液和溶出渣的热水洗涤液中含有大量的铝酸钠，采用常规方法在0.5MPa气压、温度160℃下连续或者间断压煮脱硅，过滤分离硅渣，溶液里面通入CO2气体进行碳酸化分解，使铝酸钠溶液变成氢氧化铝沉淀和母液，其中母液进行蒸发再返回氧化铝溶出过程步骤（2）作为稀碱使用，氢氧化铝沉淀经过950-1200℃煅烧形成氧化铝。
本实施例在氧化铝的回收率为20.59%，铁的回收率为24.25%。
实施例3
一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，具体步骤如下：
（1）采用高硫铝土矿与拜耳法赤泥进行还原-碱法焙烧，还原-碱法焙烧的具体方法：在常压下，将高硫铝土矿、拜耳法赤泥混合，高硫铝土矿中硫的质量百分比含量高于0.3%，拜耳法赤泥中铁的质量百分比含量高于2.0%，混合物加入添加剂均匀混合后再进行密封处理，密闭处理是将原料放在带盖的小坩埚内，密封后放入带盖的大坩埚中，坩埚之间的缝隙用活性炭填充，然后密封大坩埚，其中高硫铝土矿中的硫含量与赤泥中的铁含量的摩尔比为1:10，添加剂为碳酸钠和氢氧化钙，碳酸钠与混合物中氧化铝摩尔比为1.5:1，氢氧化钙是混合物中二氧化硅和硫的物质的量的3倍，然后大坩埚在焙烧温度900℃下焙烧反应时间2小时，自然冷却，球磨机研磨5min破碎处理；
（2）将步骤（1）的烧结熟料加入稀碱溶液中，稀碱溶液中NaOH的浓度为20g/L、Na2CO3的浓度为8g/L，在80℃搅拌溶出25min，搅拌转速为10r/min，在真空抽滤机中分离溶出液和溶出渣；
（3）热水反复洗涤溶出渣，热水温度为80℃，洗涤的次数为6次，每次加入的热水量与溶出渣的液固比mL:g为30:10，干燥研磨后进行磁选，磁选浆液按照液固比mL:g为100:10的比例加水配置，磁选强度为80KA/m，回收铁精矿，磁选回收铁精矿之后的磁选渣作为建筑材料回收；溶出液和溶出渣的热水洗涤液中含有大量的铝酸钠，采用常规方法在0.5MPa气压、温度160℃下连续或者间断压煮脱硅，过滤分离硅渣，溶液里面通入CO2气体进行碳酸化分解，使铝酸钠溶液变成氢氧化铝沉淀和母液，其中母液进行蒸发再返回氧化铝溶出过程步骤（2）作为稀碱使用，氢氧化铝沉淀经过950-1200℃煅烧形成氧化铝。
本实施例氧化铝的回收率为78.52%，铁的回收率为83.56%。
实施例4
一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，具体步骤如下：
（1）采用高硫铝土矿与拜耳法赤泥进行还原-碱法焙烧，还原-碱法焙烧的具体方法：在常压下，将高硫铝土矿、拜耳法赤泥混合，高硫铝土矿中硫的质量百分比含量高于0.3%，拜耳法赤泥中铁的质量百分比含量高于2.0%，混合物加入添加剂均匀混合后再进行密封处理，密闭处理是将原料放在带盖的小坩埚内，密封后放入带盖的大坩埚中，坩埚之间的缝隙用活性炭填充，然后密封大坩埚，其中高硫铝土矿中的硫含量与赤泥中的铁含量的摩尔比为1:20，添加剂为碳酸钠和氢氧化钙，碳酸钠与混合物中氧化铝摩尔比为2:1，氢氧化钙是混合物中二氧化硅和硫的物质的量的2倍，然后大坩埚在焙烧温度1200℃下焙烧反应时间0.5小时，自然冷却，球磨机研磨5min破碎处理；
（2）将步骤（1）的烧结熟料加入稀碱溶液中，稀碱溶液中NaOH的浓度为18g/L、Na2CO3的浓度为4g/L，在70℃搅拌溶出25min，搅拌转速为30r/min，在真空抽滤机中分离溶出液和溶出渣；
（3）热水反复洗涤溶出渣，热水温度为90℃，洗涤的次数为5次，每次加入的热水量与溶出渣的液固比mL:g为40:10，干燥研磨后进行磁选，磁选浆液按照液固比mL:g为100:10的比例加水配置，磁选强度为80KA/m，回收铁精矿，磁选回收铁精矿之后的磁选渣作为建筑材料回收；溶出液和溶出渣的热水洗涤液中含有大量的铝酸钠，采用常规方法在0.5MPa气压、温度160℃下连续或者间断压煮脱硅，过滤分离硅渣，溶液里面通入CO2气体进行碳酸化分解，使铝酸钠溶液变成氢氧化铝沉淀和母液，其中母液进行蒸发再返回氧化铝溶出过程步骤（2）作为稀碱使用，氢氧化铝沉淀经过950-1200℃煅烧形成氧化铝。
本实施例氧化铝的回收率为92.16%，铁的回收率为79.56%。
以上是对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.一种高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将高硫铝土矿、拜耳法赤泥混合，混合物加入添加剂混匀后进行密封处理，在500-1200℃焙烧0.5-3h，自然冷却，研磨破碎；
（2）将步骤（1）的破碎物料加入稀碱溶液中，在70-90℃搅拌溶出20-30min，过滤后得到溶出液和溶出渣；
（3）热水反复洗涤溶出渣，干燥研磨后进行磁选，回收铁精矿；溶出液和溶出渣的洗涤液采用常规方法回收氧化铝后液体返回步骤（2）作为稀碱使用。
2.根据权利要求1所述高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，步骤（1）高硫铝土矿中硫的质量百分比含量高于0.3%，拜耳法赤泥中铁的质量百分比含量高于2.0%。
3.根据权利要求1所述高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，步骤（1）高硫铝土矿中的硫与赤泥中的铁的摩尔比为1:1-20。
4.根据权利要求1所述高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，步骤（1）添加剂为碳酸钠和氢氧化钙，碳酸钠与混合物中氧化铝摩尔比为1-2:1，氢氧化钙是混合物中二氧化硅和硫的总的物质的量的2-4倍。
5.根据权利要求1所述高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，步骤（2）稀碱溶液中NaOH的浓度为10-30g/L、Na2CO3的浓度为4-8g/L。
6.根据权利要求1所述高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，步骤（2）搅拌转速为10-30r/min。
7.根据权利要求1所述高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，步骤（3）热水反复洗涤的热水温度为70-95℃，洗涤的次数为5-8次，每次加入的热水量与溶出渣的液固比mL:g为20-50:10。
8.根据权利要求1所述高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，步骤（3）磁选浆液按照液固比mL:g为100:10的比例加水配置，磁选强度为80KA/m。
9.根据权利要求1所述高硫铝土矿和拜耳法赤泥综合利用的方法，其特征在于，步骤（3）磁选回收铁精矿之后的磁选渣作为建筑材料回收。
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