CN112410559A - 一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，该方法是将高铁赤泥与钠盐或者高铁赤泥与钠盐及钙盐混匀后，进行焙烧，得到焙烧熟料，焙烧熟料采用水浸出，得到含铝浸出液和含铁富集渣。该方法通过高温碱性焙烧改变赤泥中铝的矿相，使铝由晶格稳定的水铝石和铝针铁矿转变成易溶解的铝酸钠，再直接采用水浸出将铝酸钠溶解进入液相，而铁富集在渣中，从而实现赤泥中铝铁的高效分离和回收。

Description

一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法
技术领域
本发明涉及一种赤泥处理方法，特别是一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，属于有色金属工业固体废物资源化处理技术领域。
背景技术
赤泥是铝土矿提取氧化铝过程中产生的强碱性废渣，一般每生产1吨氧化铝会产出1～2吨赤泥，2018年我国赤泥产出量超过8000万吨，累计堆存量则超过6亿吨。由于赤泥产量大，处理困难，工业上尚无成熟的处置技术，目前，赤泥主要以就地堆存的方式存放在铝厂周边，不仅占用大量土地，而且会给周边环境造成严重威胁。因此，赤泥的妥善处置越来越成为制约氧化铝厂经营发展的关键问题。赤泥中最主要的成分为铁，其含量为10～50％，此外，根据铝土矿组成及生产工艺的差异，赤泥中还会含有5～20％的铝。对部分铁含量超过30％的赤泥，将其中高含量的铁用作炼铁原料是赤泥资源化处置的重要方向。但由于赤泥中杂质含量较高，其总铁含量无法达到铁精矿的要求，尤其是高含量的铝引入高炉会提高炉渣的粘度导致炉渣流动性变差，使炉内结瘤，减少高炉的有效使用容量。因此，将赤泥用作炼铁原料必须实现赤泥中铁和铝的分离。赤泥中铝的存在形态除部分以三水铝石、软水铝石等存在外，还有相当部分的铝以晶格置换的方式存在于针铁矿中形成的铝针铁矿，其结构非常稳定，导致铝铁分离难度较大。
中国专利(公开号CN110863114A)公开了一种利用高铁赤泥回收铁及提取铝的方法，该法先在1050～1200℃下对赤泥进行还原焙烧，对熟料进行细磨后通过强磁选得到铁精矿，再将磁选尾矿与硫酸铵混合在400～600℃下进行焙烧，所得二段熟料经浸出得到含铝浸出液和浸出渣，其铁、铝的回收率分别可达70％和80％。该法虽然可以实现赤泥中铁和铝的回收，但流程包括两段焙烧和强磁选，能耗较高，且铁收率仅为70％。中国专利(公开号CN 110436493 A)公开了一种赤泥除碱的同时提取铝铁的联产方法，该法将赤泥与硫酸铵按1:3混合后在300～550℃下焙烧，焙烧后用水对熟料进行浸出，铁和铝进入溶液中，分别以黄铁矾法和结晶法对溶液中的铁和铝进行回收。该法中添加剂硫酸铵的加入量为赤泥质量的3倍，试剂消耗巨大，且从溶液中分离回收铁和铝存在分离不彻底，分离渣杂质含量高、难过滤等问题。中国专利(公开号CN111137907A)公开了一种拜耳赤泥综合利用的方法，该法通过硫酸化焙烧-水浸-碱浸的方式可以回收赤泥中的铝，但该法并未涉及赤泥中铁的回收。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是在于提供一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，该方法通过高温碱性焙烧改变赤泥中铝的矿相，使铝由晶格稳定的水铝石和铝针铁矿转变成易溶解的铝酸钠，再通过水浸出将铝酸钠溶解进入液相，而铁富集在渣中，从而实现赤泥中铝铁的高效分离和回收。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，该方法是将高铁赤泥与钠盐或者高铁赤泥与钠盐及钙盐混匀后，进行焙烧，得到焙烧熟料，焙烧熟料进行浸出，得到含铝浸出液和含铁富集渣。
作为一个优选的方案，所述高铁赤泥中铁含量以元素铁质量百分比含量为30～60％计量，铝含量以元素铝质量百分比含量为1～15％计量。
作为一个优选的方案，所述钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中至少一种。
作为一个优选的方案，所述钙盐为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙中至少一种。
作为一个优选的方案，所述钠盐的质量为高铁赤泥质量的5～40％。
作为一个优选的方案，所述钙盐的质量为高铁赤泥质量的0～20％。在适当范围内添加钙盐可有效降低钠盐的消耗，但钙盐的添加量不宜过高，否则会导致渣中钙含量偏高，使总铁含量降低。
作为一个优选的方案，所述焙烧的条件：温度为800～1200℃，时间为0.5～3h。如果焙烧温度过低，则导致水铝石、铝针铁矿等矿物转化不完全。
作为一个优选的方案，所述浸出的条件：浸出液固比为2～10mL:1g，浸出时间为0.5～5h，浸出温度为25～95℃。
本发明提供的一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，具体包括以下两个步骤：
(1)将高铁赤泥与添加剂充分混合，对混合物料在温度为800～1200℃条件下，焙烧0.5～3h，得焙烧熟料；添加剂为钠盐或者是钠盐和钙盐的组合物，钠盐添加剂的添加量为赤泥质量的5～40％，钙盐添加剂的添加量为赤泥质量的20％以内；
(2)待熟料冷却后无需研磨，直接采用水进行浸出，浸出液固比为2～10:1，浸出时间为0.5～5h，浸出温度为25～95℃，在浸出过程中可对物料进行搅拌，进一步提高反应速率，使铝溶解进入浸出液中，铁富集在浸出渣中，对浸出渣进行脱水细磨后即可得铁精矿。
本发明的技术方案关键在于，充分利用铝的两性，通过加入钠盐与含铝矿物在高温条件下进行焙烧，使水铝石、铝针铁矿等含铝矿物中的铝转型成可溶解的铝酸钠，而铁转型成赤铁矿，通过水浸使铝溶解进入溶液中，铁在渣中进一步富集。在高温煅烧过程中，可以通过加入钙盐添加剂与赤泥中的硅、钛等组分结合，进一步促进铝与碱的反应，并降低钠盐的损失。
相对于现有技术，本发明的技术方案具有以下优势：
1.本发明通过焙烧-水浸过程，可使赤泥中70～80％的铝溶解至液相中，铁不损失，渣中总铁品位可富集至50～60％；
2.本发明水浸得到的铝酸钠中的铝和碱可返回至拜耳法流程，进一步回收赤泥中的铝及焙烧过程消耗的碱；
3.本发明避免了传统赤泥中铁回收工艺还原剂的消耗及磁选设备的能耗，且铁的回收率接近100％；
4.本发明工艺过程简单，且反应过程不产生其他废弃物，分离效果好，成本低，且无二次污染。
具体实施方式
以下结合实施例旨在进一步说明本发明内容，而非限制本发明权利要求保护范围。
实施例1
取含铁39.87％，含铝6.74％的赤泥20g，添加氢氧化钠6g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在800℃下焙烧3h，待熟料冷却后按液固比为5:1加入水，在75℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为76.92％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为54.79％。
实施例2
取含铁39.87％，含铝6.74％的赤泥20g，添加氢氧化钠4g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在900℃下焙烧2h，待熟料冷却后按液固比为5:1加入水，在75℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为70.49％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为54.08％。
实施例3
取含铁39.87％，含铝6.74％的赤泥20g，添加碳酸钠8g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在800℃下焙烧3h，待熟料冷却后按液固比为5:1加入水，在75℃下搅拌反应1h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为68.94％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为53.84％。
实施例4
取含铁45.46％，含铝7.87％的赤泥20g，添加碳酸钠4g，碳酸钙4g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在1000℃下焙烧1.5h，待熟料冷却后按液固比为7:1加入水，在45℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为73.37％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为54.31％。
实施例5
取含铁45.46％，含铝7.87％的赤泥20g，添加碳酸氢钠6g，氢氧化钙4g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在1000℃下焙烧1h，待熟料冷却后按液固比为7:1加入水，在45℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为78.46％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为56.47％。
实施例6
取含铁42.41％，含铝7.80％的赤泥20g，添加碳酸钠8g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在1100℃下焙烧0.5h，待熟料冷却后按液固比为5:1加入水，在75℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为70.23％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为54.65％。
实施例7
取含铁42.41％，含铝7.80％的赤泥20g，添加碳酸钠6g，氧化钙3g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在1100℃下焙烧0.5h，待熟料冷却后按液固比为5:1加入水，在75℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为71.54％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为54.87％。
实施例8
取含铁42.41％，含铝7.80％的赤泥20g，添加碳酸钠4.5g，氧化钙3g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在1000℃下焙烧0.5h，待熟料冷却后按液固比为3:1加入水，在75℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为68.83％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为53.45％。
对比实施例1
取含铁42.41％，含铝7.80％的赤泥20g，添加碳酸钙8g，不加入钠盐添加剂，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在1000℃下焙烧1h，待熟料冷却后按液固比为5:1加入水，在75℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为0.26％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为39.41％。
对比实施例2
取含铁42.41％，含铝7.80％的赤泥20g，添加碳酸钠6g，碳酸钙3g，将赤泥与添加剂混合均匀后置于马弗炉中，在700℃下焙烧2h，待熟料冷却后按液固比为5:1加入水，在75℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为10.97％，铁不浸出，浸出渣中总铁含量为44.79％。

Claims (6)

1.一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，其特征在于：将高铁赤泥与钠盐或者高铁赤泥与钠盐及钙盐混匀后，进行焙烧，得到焙烧熟料，焙烧熟料采用水浸出，得到含铝浸出液和含铁富集渣。
2.根据权利要求1所述的一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，其特征在于：所述高铁赤泥中铁含量以元素铁质量百分比含量为30～60％计量，铝含量以元素铝质量百分比含量为1～15％计量。
3.根据权利要求1所述的一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，其特征在于：
所述钠盐为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中至少一种；
所述钙盐为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙中至少一种。
4.根据权利要求1或3所述的一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，其特征在于：
所述钠盐的质量为高铁赤泥质量的5～40％；
所述钙盐的质量为高铁赤泥质量的0～20％。
5.根据权利要求1所述的一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，其特征在于：所述焙烧的条件：温度为800～1200℃，时间为0.5～3h。
6.根据权利要求1所述的一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，其特征在于：所述浸出的条件：浸出液固比为2～10mL:1g，浸出时间为0.5～5h，浸出温度为25～95℃。
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