CN115058587A - 一种赤泥资源化利用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种赤泥资源化利用的方法。本发明要解决的技术问题是为赤泥的资源化利用提供了一种新选择。本发明的技术方案是一种赤泥资源化利用的方法，包括如下步骤：步骤a、微波焙烧：将稻壳和赤泥烘干，磨碎，混合，压片，微波反应装置中焙烧；所述混合比例为赤泥与稻壳的重量比例为6:1~2:1；微波焙烧温度为500℃~1000℃、微波焙烧时间为10min~30min，微波功率为1kw~1.4kw；步骤b、分选：将步骤a得到的烧结块冷却至室温，球磨，制浆，磁选，得到铁精矿和磁选渣；球磨5min~40min，制浆液固比200~500ml/g，磁选电流为1A~5A。本发明方法不仅能回收赤泥中的铁，还能改善磁选渣无机组分的活性，使磁选渣可直接大量用作赤泥基地聚物原料、建筑砖等。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种赤泥资源化利用的方法。
背景技术
赤泥是氧化铝生产过程中排放的强碱性固体废物。近年来，随着氧化铝市场的逐渐扩大，赤泥的排放量也逐渐增大。目前我国赤泥年产量超过1亿吨，是世界上赤泥产量最大的国家。而且当前我国赤泥的处理绝大多数仍以堆场形式进行堆存为主，仅有少量赤泥能被回收利用。赤泥的大量堆存不仅会消耗大量的人力财力，占用大量土地资源，还会造成水污染、地表扬尘等众多环境污染问题，严重制约了我国氧化铝工业的可持续发展。
开发一种赤泥综合利用的新技术，提升赤泥的综合资源化利用水平，对于推动我国氧化铝行业的健康发展和我国的环境保护事业都具有重要的现实价值与指导意义。
当前，有关赤泥资源化利用方面的研究主要集中在以下两个方面：
(1) 提炼赤泥中的铁、铝等有价金属。氧化铝工业中产生的赤泥中含量最多的是氧化铁，约占30%~40%，而赤泥中的赤铁矿的磁性较弱，直接磁选难以将铁氧化物进行分离，因此必须采用还原磁化的方法将弱磁性的赤铁矿还原为强磁性的Fe3O4、FeO、Fe等，才能将赤泥中的铁氧化物进行磁选回收利用。
(2) 作为结构材料，用于混凝土原料、保温材料及填料等。赤泥中碱的存在以及无机组分活性低等特点制约了该类应用。Na2O是衡量拜耳法赤泥碱性强弱的重要指标，其含量一般在2%~10%之间，如果不进行降碱处理，会导致建材的强度和耐久度下降、返霜等问题。因此，未降碱和活化处理的赤泥无法大量用于建材、填料等领域。
随着我国钢铁行业飞速发展，对铁矿资源的需求日益增大，但我国的铁矿资源比较贫乏且品位低下，铁矿资源对外依存度很大。因此回收赤泥中的铁等有价金属意义重大。回收赤泥中的铁主要通过磁化焙烧的方式进行。传统磁化焙烧通常以兰炭、无烟煤等煤炭作为还原剂，这不仅会消耗大量不可再生能源原料，且这种化石燃料在还原焙烧过程还原焙烧温度高，焙烧时间长，长时间的高温焙烧极易使还原的亚铁与铝、硅发生反应，影响回收的铁品位。同时，由于煤炭的含硫组分较高，还原焙烧过程会产生含硫化物，造成环境污染严重。此外，碳基还原剂焙烧尾渣的无机组分活性低，不利于大量应用于建材等领域。基于这些原因，本发明采用可再生、来源广泛且含硫量低的生物质稻壳作为还原剂进行微波焙烧，不仅减少了污染的产生，微波焙烧过程中还会将赤泥中的结构碱转变为游离碱，在磁选浆料中分离出来，实现脱碱。同时，由于稻壳中富含二氧化硅，可以改善磁选渣的无机组分活性，为磁选渣用作建材、地聚物等奠定基础。因此，通过稻壳还原焙烧-磁选回收赤泥中的铁，实现赤泥的资源化利用，不仅有利于我国钢铁事业的发展，还对我国大宗固废和农业废物的消纳与回收利用提供了新出路。
现有的赤泥资源化利用方法较多，如专利CN111842411A发明了一中赤泥全资源化利用的方法，该方法可以回收氧化铁、氧化铝及各种稀有金属，但该方法涉及的工艺流程复杂，药剂种类繁多，条件苛刻，难以实现工业化。专利CN110205430A公开了一种采用赤泥预分离的富铁底渣与阴极碳混合焙烧，磁选分离得到海绵铁的方法，该方法采用碱熔法在500℃~1000℃焙烧，按50倍水量浸取赤泥，进行预处理，这无疑增加了成本与后续处理的技术难度。专利CN106540801A采用木质素对赤泥进行磁化焙烧的方法，该方法在较温和的温度下焙烧就可以还原赤铁矿，但该方法铁品位和铁回收率不高，仅有50%左右，还需要进一步提高还原效率。专利CN111389859A发明了一种赤泥直接还原回收铁粉的方法，该方法将赤泥磁选后的铁精粉进行还原处理，可以得到高品位的铁精矿，但是该方法经过多次磁选，铁回收率不高，不能有效改善我国赤泥基数如此庞大的现状。专利CN112850793A 发明了一种赤泥高值化利用的方法，以赤泥为原料制备铁铝基类滑石，用于去除生活污水中的磷，并将残渣用于生产建筑类材料，但该技术的产物—铁铝基类滑石应用面小，很难实现大批量应用。因此，将大宗工业固废赤泥中的铁组分提炼出来，对缓解我国铁矿资源稀缺和降低对进口铁矿石原料的依赖，具有更加重大的经济与社会意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为赤泥的资源化利用提供了一种新选择。
本发明的技术方案是一种赤泥资源化利用的方法，包括如下步骤：
步骤a、微波焙烧：将稻壳和赤泥烘干，磨碎，混合，压片，微波反应装置中焙烧；所述混合比例为赤泥与稻壳的重量比例为6:1~2:1；微波焙烧温度为500℃~1000℃、微波焙烧时间为10min~30min，微波功率为1kw~1.4kw；
步骤b、分选：将步骤a得到的烧结块冷却至室温，球磨，制浆，磁选，得到铁精矿和磁选渣；球磨5min~40min，磁选电流为1A~5A。
特别的，步骤a中，赤泥为拜耳法赤泥，其中Fe含量为33～36%。
进一步的，步骤a中，赤泥与稻壳的重量比例为4:1~2:1。
其中，步骤a中，波焙烧温度为700℃~900℃、微波焙烧时间为15min~30min，微波功率为1.2kw~1.3kw。
具体的，步骤a中，磨碎采用球磨机，球磨时间20min。
其中，步骤a中，烘干时间12h。
特别的，步骤a中，压片成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料。
进一步的，步骤b中，球磨时间20～30min。
特别的，步骤b中，制浆液固比为200~500mL/g。
特别的，步骤b中，磁选电流为4A。
具体的，步骤b中，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣。
本发明的有益效果：
（1）与传统焙烧方式相比，本发明采用了微波焙烧的方式，具有均匀快速加热、选择性加热、高穿透能力等优点，赤泥中的钛铁相对微波具有高度敏感性，同时微波对亚铁矿物具有选择性加热的作用。这极大促进了还原焙烧过程的能量转化和赤铁矿的还原，解决了传统焙烧效率低下，“冷中心”等问题。
（2）本发明采用了压块状物料进料，实现了微波加热方式与物料形态、反应过程条件之间的耦合，由于微波加热是从物料中心加热，压块物料内部紧密的接触不仅有利于保留热量，维持反应高温需求，还增大了赤泥与稻壳之间的紧密接触和反应界面，强化了还原焙烧过程。同时，稻壳物料热解后释放的还原性组分，在块状物料紧密的结构中由内向外一层一层进行扩散，可以让更多的组分参与还原反应，增大了铁回收率，提高了铁品位。此外，压片微波还原方式可将赤泥中的结构碱转变为游离碱，在磁选浆料中分离出来，实现脱碱，脱碱率高达83.52%，比未经微波处理赤泥的脱碱率高30%左右。
（3）本发明采用农业废物稻壳作为还原剂，不仅大大降低了煤炭等化石能源的消耗，稻壳热解后的二氧化硅的加入还改善了磁选渣的成分，使其可以直接大量投入到地聚物、建材等的生产中，为赤泥资源化利用创造了有利条件。这种方法不仅能回收赤泥中的铁，还能改善磁选渣无机组分的活性，使磁选渣可直接大量用作赤泥基地聚物原料、建筑砖等。
附图说明
图1是不同进料方式对铁精矿的铁品位和铁回收率的影响。
图2是本发明对赤泥资源化利用、回收铁组分并改善磁选渣无机组分活性的工艺流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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
将Fe含量为34.68%的拜耳法赤泥与稻壳烘干12h后，将两者分别球磨20min，将赤泥与稻壳重量比为3:1的条件下混合压制成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料片，并放置在微波反应装置内，设定微波功率为1200W，反应温度为800℃，反应时间为25min，冷却后在球磨机中球磨20min，并以200mL/g的液固比制备成浆液，在磁选电流为4A的条件下磁选，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣，得到精铁矿的铁品位为53.39%，铁回收率为74.62%。得到的高活性无机组分的磁选渣，可直接用于地聚物和建材的生产。
实施例2
将Fe含量为33.96%的拜耳法赤泥与稻壳烘干12h后，将两者分别球磨20min，按赤泥与稻壳重量比为3:1的条件下混合压制成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料片，并放置在微波反应装置内，设定微波功率为1200W，反应温度为700℃，反应时间为25min，冷却后在球磨机中球磨20min，并以300mL/g的液固比制备成浆液，在磁选电流为4A的条件下磁选，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣，得到的精铁矿的铁品位为49.43%，铁回收率为60.54%，且磁选渣的无机组分活性高，可直接用于地聚物和建材的生产。
实施例3
将Fe含量为33.59%的拜耳法赤泥与稻壳烘干12h后，将两者分别球磨20min，按赤泥与稻壳重量比为2:1的条件下混合压制成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料片，并放置在微波反应装置内，设定微波功率为1200W，反应温度为900℃，反应时间为15min，冷却后在球磨机中球磨30min，并以500mL/g的液固比制备成浆液，在磁选电流为4A的条件下，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣，得到的精铁矿的铁品位为52.64%，铁回收率为70.25%，且磁选渣的无机组分活性高，可直接用于地聚物和建材的生产。
实施例4
将Fe含量为34.23%的拜耳法赤泥与稻壳烘干12h后，将两者分别球磨20min，按赤泥与稻壳重量比为3:1的条件下混合压制成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料片，并放置在微波反应装置内，设定微波功率为1300W，反应温度为800℃，反应时间为30min，冷却后在球磨机中球磨20min，并以400mL/g的液固比制备成浆液，在磁选电流为4A的条件下，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣，得到的精铁矿的铁品位为55.75%，铁回收率为76.33%，且磁选渣的无机组分活性高，可直接用于地聚物和建材的生产。
实施例5
将Fe含量为35.07%的拜耳法赤泥与稻壳烘干12h后，将两者分别球磨20min，按赤泥与稻壳重量比为4:1的条件下混合压制成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料片，并放置在微波反应装置内，设定微波功率为1200W，反应温度为900℃，反应时间为20min，冷却后在球磨机中球磨20min，并以300mL/g的液固比制备成浆液，在磁选电流为4A的条件下，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣，得到的精铁矿的铁品位为48.62%，铁回收率为58.17%，且磁选渣的无机组分活性高，可直接用于地聚物和建材的生产。
实施例6
将Fe含量为34.57%的拜耳法赤泥与稻壳烘干12h后，将两者分别球磨20min，按赤泥与稻壳重量比为6:1的条件下混合压制成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料片，并放置在微波反应装置内，设定微波功率为1200W，反应温度为1000℃，反应时间为25min，冷却后在球磨机中球磨20min，并以400mL/g的液固比制备成浆液，在磁选电流为4A的条件下，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣，得到的精铁矿的铁品位为42.36%，铁回收率为34.88%，且磁选渣的无机组分活性高，可直接用于地聚物和建材的生产。
对比例1
将Fe含量为35.26%的拜耳法赤泥与稻壳烘干12h后，将两者分别球磨20min，按赤泥与稻壳重量比为3:1的条件混合置于微波反应釜内，粉料焙烧，设定微波功率为1200W，反应温度为900℃，反应时间为15min，冷却后在球磨机中球磨20min，并以400ml/g的液固比制备成浆液，在磁选电流为4A的条件下，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣，得到的精铁矿的铁品位为44.36%，铁回收率为46.55%。
对比例2
将Fe含量为34.82%的拜耳法赤泥与稻壳烘干12h后，将两者分别球磨20min，按赤泥与稻壳重量比为3:1的条件混合压制成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料片，并放置在马弗炉中，设定焙烧温度为700℃，焙烧时间为20min，冷却后在球磨机中球磨20min，并以300ml/g的液固比制备成浆液，在磁选电流为4A的条件下，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣，得到的精铁矿的铁品位为30.58%，铁回收率为38.47%。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (11)
1.一种赤泥资源化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、微波焙烧：将稻壳和赤泥烘干，磨碎，混合，压片，微波反应装置中焙烧；所述混合比例为赤泥与稻壳的重量比例为6:1~2:1；微波焙烧温度为500℃~1000℃、微波焙烧时间为10min~30min，微波功率为1kw~1.4kw；
步骤b、分选：将步骤a得到的烧结块冷却至室温，球磨，制浆，磁选，得到铁精矿和磁选渣；球磨5min~40min，制浆液固比200~500ml/g，磁选电流为1A~5A。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤a中，赤泥为拜耳法赤泥，其中Fe含量为33～36%。
3.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤a中，赤泥与稻壳的重量比例为4:1~2:1。
4.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤a中，波焙烧温度为700℃~900℃、微波焙烧时间为15min~30min，微波功率为1.2kw~1.3kw。
5.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤a中，磨碎采用球磨机，球磨时间20min。
6.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤a中，烘干时间12h。
7.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤a中，压片成高50 mm、直径10 mm圆柱形块状物料。
8.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤b中，球磨时间20～30min。
9.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤b中，制浆液固比为200~500mL/g。
10.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤b中，磁选电流为4A。
11.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤b中，磁选后得到铁精矿和浆料；浆料经固液分离，分离液可再次进行磁选，分离得到的固体即为磁选渣。
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| CN115784713A (zh) * | 2022-11-11 | 2023-03-14 | 李扬 | 一种由选铁尾渣制备青砖或青瓦的方法 |
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