CN113088607A - 一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法 - Google Patents

一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法 Download PDF

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Abstract

一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，包括如下步骤：(1)赤泥干燥至含水率≤10％；(2)然后按干基赤泥：石灰：含碳还原剂＝100：0～50：10～70的比例配料，分别或混匀后压球，得到直径为8～35mm的生球；(3)将生球烘干至含水率≤1％；(4)再将干球加入矿热炉中进行直接熔炼，铁渣分离得到含钒生铁和及无害化炉渣；炉气经收尘回收钠后，送至热风炉燃烧作为干燥的热源。赤泥中铁回收率≥94％，钒回收率≥90％，钠回收率≥60％。采用本发明具有工艺流程简单、设备可靠、能够实现大规模生产、成本低、效率高和环保好的显著优点。

Description

一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法
技术领域
本发明涉及火法冶金的技术领域，具体是一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，适用于氧化铝厂赤泥熔融冶炼生产含钒生铁，并将赤泥脱钠得到无害化炉渣。
背景技术
赤泥作为氧化铝生产的固体废弃物，每生产1吨氧化铝产生1～1.5吨赤泥，属于大宗固体废弃物。目前国内企业采用物理磁选铁方法处理，减排量10～20％，剩余赤泥堆存，仍占用大量土地资源，且赤泥中碱的污染仍然存在，并未根本解决赤泥的危害，已经对人类的生产、生活造成诸多方面的直接和间接的影响，至今国内外尚未有工业规模化全部资源化回收利用的实例。所以最大限度的减少赤泥产量和危害，实现多渠道、大规模的资源化利用已迫在眉睫。
赤泥中含有大量的铁、铝、钒、钛等有价元素，有的高铁赤泥中Fe2O3含量高达60wt％以上，有很大的利用价值。但是赤泥粒度较细，铁、铝氧化物嵌布关系复杂，很难得到有效利用。
由于赤泥中含有丰富的铁资源，实现对含铁赤泥资源的综合回收利用，对缓解我国铁矿石资源紧缺现状，具有重要的现实意义。
现阶段，实现赤泥渣铁分离并综合利用所采取的主要处理工艺措施有：
(1)烧结/球团氧化焙烧工艺：如中国专利CN201210294361.2公布了一种高铁赤泥炼铁提铝综合利用的方法，采取赤泥制备小球团复合烧结矿或球团矿，与焦炭在不低于400℃温度下装入高炉中，实现赤泥炼铁并在分离炉渣后浸出氧化铝。
(2)煤基隧道窑直接还原工艺：如中国专利CN201210022603.2公布了一种赤泥制作还原铁的工艺方法，将赤泥和促进剂混合、压坯，并同还原剂一起装入还原罐中，在温度为1100～1300℃的高温隧道窑内焙烧20～50h进行直接还原，产品为Fe含量为73wt％海绵铁。
(3)煤基回转窑直接还原工艺：如中国专利CN201310237115.8公布了一种赤泥综合回收利用铁和铝的方法，将赤泥进行高压辊磨处理后，添加复合添加剂进行造球、并干燥，在温度为1000～1200℃的煤基回转窑内焙烧60～180min进行直接还原，获得海绵铁；经破碎、磨矿后磁选得到直接还原铁粉，铁回收率≥85％；磁选尾矿置于碱溶液中，经浸出、过滤得到氧化铝，滤渣作为水泥生产原料。
(4)煤基转底炉直接还原工艺：如中国专利CN201010561605.X和CN201110005233.7公布了一种赤泥分离铁、铝硅渣和碱金属去除的工艺方法及设备和一种短流程的赤泥综合利用方法及设备，采取赤泥与煤粉、石灰和添加剂混合、造球，经预热后在温度为1300～1500℃的旋转床或转底炉中进行直接还原，经磨矿、磁选后实现渣铁分离；从赤泥中提取的铁用于电炉或转炉、铸钢等，铝硅渣用于制造高标号水泥灰耐火材料原料。
目前对赤泥实现渣铁分离并综合利用的前处理方法，大致可分为基于传统烧结/球团的氧化焙烧工艺和基于隧道窑法、回转窑法和转底炉法的传统煤基直接还原工艺，其优缺点为：
(1)基于传统烧结/球团的氧化焙烧工艺，将高铁赤泥转化氧化性烧结矿或球团矿，可实现赤泥大规模化资源回收利用，但存在赤泥原矿铁品位要求高，烧结/球团焙烧处理赤泥的生产成本高、产品质量不稳定的问题；
所制备的氧化性烧结/球团矿作为高炉冶炼原料，矿中的碱金属和脉石含量高，容易引起高炉碱金属负荷增加，炼渣量增大，造成高炉冶炼操作难度加大，工序能耗增加等问题，而不为钢铁企业所接受，难以实现赤泥资源有效综合利用目标。
(2)基于隧道窑法、回转窑法和转底炉法的传统煤基直接还原工艺可将赤泥铁精粉转化为脉石和碱金属含量低的炼钢原料或结合磁选工艺收得高附加值的还原铁粉，最终实现赤泥的有效综合利用，具有一定的技术优势；
但由于传统煤基直接还原工艺(隧道窑法、回转窑法和转底炉法)不同程度的存在生产规模化瓶颈、金属化率低、生产效率不高和环保差、磁选经济价值低等问题，以至于短期内无法实现工业化大规模生产。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提出了一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，能够有效解决赤泥大规模产业化利用难题，将赤泥中的铁、钒、钠综合回收，提取得到应用范围宽泛、质量可靠、满足炼钢厂要求的铁或者铁合金产品。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：提供一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，包括以下步骤：
S1.将赤泥原料送入干燥机进行初步烘干，使水分低于10％；
S2.将步骤S1得到的初步烘干赤泥按干基重量比为赤泥：石灰：含碳还原剂＝100：0～50：10～70称量配料，分别或混匀后压球，得到直径为8～35mm的生球；
S3.将步骤S2得到的生球进行干燥处理，经干燥处理后的生球含水量小于1％；
S4.将步骤S3得到的干燥生球送入熔炼炉进行还原熔炼，熔炼温度1400～1800℃，熔炼时间0.5～2h，反应完全后熔体由于比重的差异分层，炉渣从熔炼炉下部的排渣口排出，用水淬冷却碎化，铁水从出铁口排出，经铸铁机浇铸成含钒生铁产品；
步骤S4的熔炼炉产生的炉气主要成分为一氧化碳，通过熔炼炉上部的气道排出，依次经过由重力沉降室、旋风除尘器、冷却器、布袋收尘器等组成的除尘系统后，得到净煤气，净煤气输送至蓄热式热风炉燃烧，产生的热风供步骤S1及S3干燥物料使用。
步骤S2中含碳还原剂为褐煤、烟煤、无烟煤、焦丁、焦粉、兰炭、木炭和石油焦中的一种或多种。
步骤S4的熔炼炉为直流矿热电炉、交流矿热电炉、等离子炉、侧吹熔池熔炼炉或者顶吹熔池熔炼炉。
步骤S4的直流矿热电炉为密闭式。
步骤S4的除尘系统收集的烟尘富含碱金属，重力沉降室及旋风除尘器产出的烟尘返回配料，布袋除尘器产出的烟尘碱金属含量高，作为回收碱金属的原料。
除另有说明外，本发明所述的百分比均为质量百分比，各组分含量百分数之和为100％。
本发明的突出优点在于：
1、具有工艺简单、流程短、设备大型化、自动化程度高、炉气回收余能充分利用、金属铁回收率高达94％以上、且能回收赤泥中的钒、钠，实现赤泥100％综合利用、减排达100％、无废水排放等特点，具有实现大规模化生产的能力。
2、结合市场需要和金属回收率高的特点，不仅可以生产炼钢生铁、含钒生铁，还可以生产硅、锰、钒钛等合金，产品用途广；
3、炉渣已无害化且用途广泛：可直接用于生产岩棉保温材料；炉渣粉磨后具有水泥特性和自硬性，可作为水泥料或者混凝土掺合料；炉渣含铝高，可作为聚合氯化铝等净水剂的原料；炉渣经过适当处理后回收其中的氧化铝、氧化钛、氧化钪，实现对赤泥的二次资源综合利用。
4、本发明工艺适用性强：不仅适用于氧化铝厂产生的高铁赤泥，也适用于铁铝共生矿。
附图说明
图1为本发明所述的赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。所描述的实施例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做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
实施例1为本发明所述的赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法的一个实例，包括如下步骤：
一、原料成分
赤泥成分为：Fe2O3 38.81wt％，Al2O3 15.55wt％，SiO2 9.81wt％，CaO 16.73wt％，TiO2 7.34wt％,Na2O 4.55wt％，V2O5 0.088wt％；
焦丁含C 65.02wt％；
石灰含CaO 88.62wt％。
二、具体操作步骤
S1.将赤泥原料送入干燥机进行初步烘干，使赤泥水分含量至10％；
S2.将步骤S1得到的初步烘干赤泥按干基计算称取赤泥15kg、石灰4.6kg和焦丁2.2kg，混合均匀，在压球机中压制成型，得到直径为8～35mm的生球；
S3.将步骤S2得到的生球进行干燥处理，经干燥处理后的生球含水量小于1％；
S4.将步骤S3得到的干燥生球装入直流矿热炉，引弧加热至熔融，控制温度1500℃，熔炼0.5h后，反应完全后熔体由于比重的差异分层，炉渣从熔炼炉下部的排渣口排出，用水淬冷却碎化，铁水从出铁口排出，浇铸成型，得到含钒生铁4.02kg，炉渣15.2kg。
三、指标及产物成分
铁回收率95.48％，钒回收率91.36％，钠回收率65％。
含钒生铁成分：Fe 96.59wt％、C 2.07wt％、Si 0.59wt％、P 0.03wt％、S0.46wt％、Mn 0.096wt％、V 0.168wt％。
炉渣的分析结果为:FeO 1.52wt％、Al2O3 19.25wt％、CaO 37.98wt％、SiO212.74wt％、TiO2 9.33wt％、Na2O 1.57wt％。
实施例2
实施例2为本发明所述的赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法的另一个实例，包括如下步骤：
一、原料成分
赤泥成分为：Fe2O3 38.81wt％，Al2O3 15.55wt％，SiO2 9.81wt％，CaO 16.73wt％，TiO2 7.34wt％,Na2O 4.55wt％，V2O5 0.088wt％；
焦粉含C 65.02wt％。
二、具体操作步骤
S1.将赤泥原料送入干燥机进行烘干，使赤泥水分含量至10％；
S2.将步骤S1得到的干赤泥称取20kg，焦粉3.7kg，分别在压球机中压制成型，得到直径为8～35mm的生球；
S3.将步骤S2得到的生球进行干燥处理，经干燥处理后的生球含水量小于1％；
S4.将步骤S3得到的干燥生球装入直流矿热炉，引弧加热至熔融，控制温度1600℃，熔炼1h后，反应完全后熔体由于比重的差异分层，炉渣从熔炼炉下部的排渣口排出，用水淬冷却碎化，铁水从出铁口排出，浇铸成型，得到含钒生铁5.5kg，炉渣13kg。
三、指标及产物成分
铁回收率97.72％，钒回收率94.8％，钠回收率62.4％。
含钒生铁成分：Fe 96.38wt％、C 3.12wt％、Si 0.12wt％、P 0.048wt％、S0.049wt％、Mn 0.11wt％、V 0.17wt％。
炉渣的分析结果为:FeO 1.99wt％、Al2O3 27.1wt％、CaO 27.96wt％、SiO219.41wt％、TiO2 12.27wt％、Na2O 2.63wt％。
实施例3
实施例3为本发明所述的赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法的再一个实例，包括如下步骤：
一、原料成分
赤泥成分：Fe2O3 58.1wt％，Al2O3 18.9wt％，SiO2 12.2wt％，CaO 0.2wt％，TiO26.6wt％,Na2O 2.8wt％，V2O5 0.071wt％。
焦炭含C 81wt％。
石灰含CaO 80wt％。
二、具体操作步骤
S1.将赤泥原料送入干燥机进行烘干，使赤泥水分含量至10％；
S2.将步骤S1得到的初步烘干赤泥按干基计算称取赤泥100kg、石灰10.7kg和焦碳17.8kg，混合均匀，在压球机中压制成型，得到直径为8～35mm的生球；
S3.将步骤S2得到的生球进行干燥处理，经干燥处理后的生球含水量小于1％；
S4.将步骤S3得到的干燥生球装入直流矿热炉，引弧加热至熔融，控制温度1550℃，熔炼1.5h后，反应完全后熔体由于比重的差异分层，炉渣从熔炼炉下部的排渣口排出，用水淬冷却碎化，铁水从出铁口排出，浇铸成型，得到含钒生铁41.74kg，炉渣57.88kg。
三、指标及产物成分
铁回收率97.55％，钒回收率94.48％，钠回收率60.5％。
含钒生铁成分：Fe 95.02wt％、C 4.09wt％、Si 0.36wt％、P 0.21wt％、S0.06wt％、Mn 0.12wt％、V 0.09wt％。
炉渣的分析结果为:FeO 1.52wt％、Al2O3 19.25wt％、CaO 37.98wt％、SiO212.74wt％、TiO2 9.33wt％、Na2O 1.91wt％。
实施例4
实施例4为本发明所述的赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法的又一个实例，包括如下步骤：
一、矿物原料：
铁铝共生矿成分：Fe2O3 45.1wt％，Al2O3 25.88wt％，SiO2 7.53wt％，CaO0.18wt％，TiO2 1.64wt％,K2O 0.51wt％，V2O5 0.19wt％，P 0.17wt％，MnO 0.78wt％。
焦炭含C 80wt％。
石灰石含CaO 53wt％。
二、具体操作步骤
S1.将铁铝共生矿送入干燥机进行烘干，使其水分含量至10％；
S2.将步骤S1得到的铁铝共生矿按干基计算称取铁铝共生矿100kg、石灰石72.4kg和焦碳69kg，混合均匀，在压球机中压制成型，得到直径为8～35mm的生球；
S3.将步骤S2得到的生球进行干燥处理，经干燥处理后的生球含水量小于1％；
S4.将步骤S3得到的干燥生球装入直流矿热炉，引弧加热至熔融，控制温度1700℃，熔炼2h后，反应完全后熔体由于比重的差异分层，炉渣从熔炼炉下部的排渣口排出，用水淬冷却碎化，铁水从出铁口排出，浇铸成型，得到含钒生铁33.2kg，炉渣97.3kg。
三、指标及产物成分
铁回收率96.1％，钒回收率90.5％。
生铁成分：Fe 91.48wt％、C 4.18wt％、Si 1.08wt％、P 0.6wt％、S 0.08wt％、Mn1.7wt％、V 0.29wt％。
炉渣的分析结果为:FeO 0.91wt％、Al2O3 26.7wt％、CaO 52.33wt％、SiO215.46wt％、MnO 0.13wt％。

Claims (6)

1.一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将赤泥原料送入干燥机进行初步烘干，使水分低于10％；
S2.将步骤S1得到的初步烘干赤泥按干基重量比为赤泥：石灰：含碳还原剂＝100：0～50：10～70称量配料，分别或混匀压球，得到直径为8～35mm的生球；
S3.将步骤S2得到的生球进行干燥处理，经干燥处理后的生球含水量小于1％；
S4.将步骤S3得到的干燥生球送入熔炼炉进行还原熔炼，熔炼温度1400～1800℃，熔炼时间0.5～2h，反应完全后熔体由于比重的差异分层，炉渣从熔炼炉下部的排渣口排出，用水淬冷却碎化，铁水从出铁口排出，经铸铁机浇铸成含钒生铁产品。
2.根据权利要求1所述的一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，其特征在于，步骤S4的熔炼炉产生的炉气主要成分为一氧化碳，通过熔炼炉上部的气道排出，依次经过由重力沉降室、旋风除尘器、冷却器、布袋收尘器等组成的除尘系统后，得到净煤气，净煤气输送至蓄热式热风炉燃烧，产生的热风供步骤S1及S3干燥物料使用。
3.根据权利要求1所述的一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，其特征在于，步骤S2中含碳还原剂为褐煤、烟煤、无烟煤、焦丁、焦粉、兰炭、木炭和石油焦中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，其特征在于，步骤S4的熔炼炉为直流矿热电炉、交流矿热电炉、等离子炉、侧吹熔池熔炼炉或者顶吹熔池熔炼炉。
5.根据权利要求1所述的一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法其特征在于，步骤S4的直流矿热电炉为密闭式。
6.根据权利要求1所述的一种赤泥熔融冶炼回收铁钒钠的方法，其特征在于，步骤S4的除尘系统收集的烟尘富含碱金属，重力沉降室及旋风除尘器产出的烟尘返回配料，布袋除尘器产出的烟尘碱金属含量高，作为回收碱金属的原料。
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