CN116987904A - 一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺 - Google Patents
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Abstract
一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，包括赤泥铝灰短流程炼铁获得铁和炼铁废渣，所述赤泥铝灰短流程炼铁的工艺为：S1、赤泥与脱氧剂混合制得团块；所述赤泥是工业炼铝中拜耳法用铝土矿提取氧化铝时排出的工业固体废弃物；所述脱氧剂为工业炼铝过程产生的电解铝除尘灰和/或铝灰粉，所述团块的等效粒径为0.5～10cm；S2、干燥团块；利用炼铁炉余热对所述团块进行干燥，除去团块中的水分；S3、将团块炼铁，获得铁和Al2O3含量大于51％的炼铁废渣；炼铁在直流等离子熔分炉中进行，炼铁温度为1550～2200℃；获得的所述炼铁废渣可作为再生铝土矿，再次用拜耳法提取氧化铝。
Description
技术领域
本发明涉及赤泥安全处置及资源化利用技术领域，具体涉及一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺。
背景技术
赤泥是工业炼铝中拜耳法用铝土矿提取氧化铝时排出的工业固体废弃物，因含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，故被称为赤泥。因矿石品位、生产方法和技术水平的不同，大约每生产1吨氧化铝要排放1.0～2.0吨赤泥。由于赤泥内含有大量的碱性物质，随着雨水的冲淋，赤泥中的碱会被溶出，污染地表水和地下水，大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染；而且，赤泥随着氧化铝的生产每天都在不断的增长。
中铝矿业曾对国内某厂区的赤泥进行XRF定量化学成分进行分析，其成分重量含量为Al2O318.64％,SiO210.66％,Fe2O350.18％,TiO24.84％,K2O0.38％,Na2O3.03％,CaO0.66,MgO0.046％,P2O50.24％,ZrO2 0.17％,Cl0.20％,灼减9.81％，可见赤泥中铁元素的含量为第一位，且品位高，铝元素的含量为第二位，都是值得再提取利用的。一般来说，赤泥中超过95％的颗粒直径在0.001～0.05毫米之间，极少数颗粒直径较大，但也小于0.25mm。
铝灰，是铝工业生产过程产生的废渣，鉴于铝灰环境风险较高，2016年版《国家危险废物名录》已将其纳入。如何无害化和资源化处理铝灰成为铝行业必须面对和正视的问题。
赤泥的处理，比如公开号为CN114269956A的中国专利于2022年公开了一种用于处理赤泥的系统，该系统包含：第一加热部段，其控制成将赤泥加热到第一温度；第二加热部段，其控制成将赤泥加热到低于第一温度的第二温度；粉碎器，其配置成将赤泥碾碎到预定粒径；以及一个或多个分离器，用于从赤泥中至少物理地提取铁和铝，就提供了一种方法来从赤泥中提取铁和铝，减少赤泥的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明主要解决的技术问题是提供一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，用短流程将赤泥中的铁提炼出来后，炼铁废渣作为再生铝土矿，可用拜耳法重新提取氧化铝。
根据第一方面，一种实施例中提供一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，包括用赤泥铝灰短流程炼铁获得铁和炼铁废渣：
所述用赤泥铝灰短流程炼铁的工艺为：
S1、赤泥与脱氧剂混合制得团块；
所述赤泥是工业炼铝中拜耳法用铝土矿提取氧化铝时排出的工业固体废弃物；
所述脱氧剂为工业炼铝过程产生的电解铝除尘灰和/或铝灰粉；
所述团块的等效粒径为1～6cm；
S2、干燥团块；
利用炼铁炉余热对所述团块进行干燥，除去团块中的水分；
S3、将团块炼铁，获得铁和Al2O3含量大于51％的炼铁废渣；
炼铁在炼铁炉中进行，炼铁炉为直流等离子熔分炉，炼铁温度为1550～2200℃；
获得的所述炼铁废渣可作为铝土矿，再次用拜耳法提取氧化铝。
在一些实施例中，所述赤泥中按重量百分比，A l 2O3的含量为10～50％，Fe2O3的含量为30～60％。
在一些实施例中，所述赤泥与脱氧剂的重量百分比为70～90％：30～10％。
在一些实施例中，所述脱氧剂的粒度小于40目。
在一些实施例中，所述赤泥与脱氧剂混合制得团块的过程中，需要加入重量比为0.5～8％的水，以利于成团。
在一些实施例中，所述干燥团块的干燥设备为余热隧道干燥机或余热滚筒干燥机，所述干燥设备的热源为炼铁炉余热。
在一些实施例中，所述干燥设备干燥团块的干燥温度为150～400℃。
在一些实施例中，所述直流等离子熔分炉为双电极结构形式直流等离子熔分炉。
在一些实施例中，所述直流等离子熔分炉的直流电路为直流12脉波整流电路、24脉波整流电路、48脉波整流电路和96脉波整流电路中的一种。
据上述实施例的一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，使用短流程对赤泥进行炼铁，由于炼铁废渣中含有超过51％的A l2O3，从而达到了工业级铝土矿的最低要求，具备使用拜耳法工业提炼氧化铝的价值，不仅从赤泥中提取了铁，而且还进一步的提取了铝，为赤泥的利用找到一条新的途径。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图；
图2为本发明的短流程炼铁设备示意图；
图3为本发明的直流等离子熔分炉炼铁示意图。
图中：1、制作团块设备，2、干燥设备，3、炼铁炉。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
工业炼铝过程产生的电解铝除尘灰和/或铝灰粉，分为：
电解铝除尘灰，电解铝车间净化系统产生的除尘灰主要由粉尘和氧化铝组成。在电解铝车间中，通过对氟化物等有害气体进行净化处理，产生大量的含氧化铝颗粒物的废气，这些颗粒物最终会被收集在布袋或电除尘器中形成除尘灰。根据相关研究，电解铝车间净化系统除尘灰的主要成分是氧化铝，占据了除尘灰的大部分比例，其次是硅酸盐、氧化钙、氟化物等，还含有一部分金属铝，金属铝的含量通常，每生产1吨铝约产生10～30kg电解铝除尘灰。
按照铝灰回收铝的生产加工流程，铝灰分为一次铝灰、二次铝灰和废铝灰。随着金属铝一遍遍被熔解回收，铝灰中的金属铝含量逐步降低。一次铝灰中的金属铝含量高，铝含量可达15～75％。二次铝灰中的金属铝含量较低，铝含量为5～20％。
铝灰粉，是铝灰经过球磨后得到的粉末，成为铝灰粉。
在本发明实施例中，由于赤泥经过炼铁后铁元素减少后，位于赤泥中的第二位的铝元素就提高为炼铁废渣中的第一位，并且在铝含量较高的赤泥中，经过炼铁后，炼铁废渣中氧化铝的含量可超过51％，达到工业开采价值的铝土矿品位，具有工业价值，且不用开采，成本更低。
即使铝含量较低的赤泥，经过加入电解铝除尘灰和/或铝灰粉后，对炼铁废渣中的氧化铝含量进行增量，可让炼铁废渣中的氧化铝的含量超过51％，实现工业价值。
实施例：
根据第一方面，一种实施例中提供一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，包括赤泥铝灰短流程炼铁获得铁和炼铁废渣：
短流程炼铁，顾名思义，与现有炼铁流程相比，节省了很多步骤，具有流程短的特点。本实施例的炼铁流程如图1所示，所用设备如图2所示，炼铁炉炼铁过程如图3所示。
所述赤泥铝灰短流程炼铁的工艺为：
S1、赤泥与脱氧剂混合制得团块；
赤泥的成分含量为45.87％的Fe203、10.9％的Al 203、20.21％的S i02、23.73％的CaO、1.04％的MgO、2.95％的T i02。
所述脱氧剂为业炼铝过程产生的电解铝除尘灰和/或铝灰，一个具体的实施例中电解铝除尘灰与铝灰粉的重量百分比为20％：80％，铝灰粉中含有25.7％的金属铝，铝灰粉的粒度小于100目，即铝灰粉的颗粒尺寸小于0.15mm。
赤泥与脱氧剂的重量比例为75％：25％。
赤泥与脱氧剂在混合机你混合均匀，在混合的过程中加入3％的水，然后用制作团块设备1制作团块，比如压球机(干式压球机，或者对辊式压球机，压球机主要用于矿产的尾矿处理，压制难以成型的粉状物料，其特点是成型压力大、主机转数可调、配有螺旋送料装置)压制成直径为2cm的扁球状球体的团块，高压压球机压制成直径3厘米的扁球状球体的团块。
S2、干燥团块；
将团块在干燥设备3中进行干燥，干燥设备比如为余热滚筒干燥机内逆流干燥。余热滚筒干燥机，包括干燥滚筒，干燥滚筒在驱动装置的驱动下绕轴线旋转，干燥滚筒倾斜设置，倾斜角度为10°，干燥滚筒的高端设置有团块进料口和废气排出烟机，低端设置有团块出料口和余热引入管，干燥滚筒内部的筒壁上设置有搅拌叶片，在转动的过程中对团块进行翻动，让团块充分与余热气体接触，进行干燥。
余热滚筒干燥机的余热从炼铁炉3上获得，炼铁炉3比如为直流等离子熔分炉。
由于直流等离子熔分炉的余热温度很高，可适当引入室温新风进入余热滚筒干燥机中，让余热滚筒干燥机内的温度维持在150～400℃之间。
S3、将团块炼铁；
将干燥后的团块用输送装置从炼铁炉3的进料口进入，炼铁炉3为比如直流等离子熔分炉的进料口送入到直流等离子熔分炉中，直流等离子熔分炉为双电极结构形式，其直流电路使用如专利号为ZL 202021598695.5的一种改进型直流电弧炉等值24脉整流变压器应用电路。
炼铁的温度控制在1600～1650℃。
获得铁和Al 2O3含量为57％的炼铁废渣。
获得的所述炼铁废渣可作为再生铝土矿，再次用拜耳法提取氧化铝。
炼铁废渣由于没有铝土矿的开采过程，仅需要破碎到需要粒度，就可以再次用拜耳法提取氧化铝。
在本实施例中，由于脱氧剂中含有金属铝，在直流等离子熔分炉的高温下，金属铝会与氧化铁反应生成氧化铝和铁，从而实现从赤泥中炼铁的过程。
在超过1500℃的直流等离子熔分炉内，赤泥中的碱性物质与其他成分比如二氧化硅等熔融，从而失去碱性，形成炼铁废渣。
由于炼铁废渣内的氧化铝含量为57％，超过了铝土矿的最低工业开采品位，这种炼铁废渣不需要从矿上开采，因此，无开采成本，破碎后即可直接用拜耳法生产氧化铝，进而生产铝。炼铁废渣与铝土矿相比，具有更低的成本。
赤泥经过炼铁提取铁后，生产的炼铁废渣可认为是再生的铝土矿，再次利用，这样就有效的消耗赤泥，并且实现赤泥的较大价值。
在本实施例中，炼铁流程为短流程，使用的设备少，并且在脱氧剂为金属铝，几乎没有二氧化碳的排放，达到了减少碳排放的目的。
在本实施例中，脱氧剂中的作为含铝脱氧剂的铝灰粉，而铝灰作为危废，常规的处理过程很麻烦，经过本发明的放置，铝灰中的铝元素富集在炼铁废渣中，从而提高了炼铁废渣中氧化铝的含量，不仅有效的处理的铝灰，而且还将炼铁废渣变成再生铝土矿。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (8)
1.一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，其特征在于包括赤泥铝灰短流程炼铁获得铁和炼铁废渣，所述赤泥铝灰短流程炼铁的工艺为：
S1、赤泥与脱氧剂混合制得团块；
所述赤泥赤泥是工业炼铝中拜耳法用铝土矿提取氧化铝时排出的工业固体废弃物；
所述脱氧剂为工业炼铝过程产生的电解铝除尘灰和/或铝灰粉；
所述团块的等效粒径为1～6cm；
S2、干燥团块；
利用炼铁炉余热对所述团块进行干燥，除去团块中的水分；
S3、将团块炼铁，获得铁和Al2O3含量大于51％的炼铁废渣；
炼铁在炼铁炉中进行，炼铁炉为直流等离子熔分炉，炼铁温度为1550～2200℃；
获得的所述炼铁废渣可作为再生铝土矿，再次用拜耳法提取氧化铝。
2.根据权利要求1所述的一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，其特征在于：所述赤泥中按重量百分比，Al 2O3的含量为10～50％，Fe2O3的含量为30～60％。
3.根据权利要求1所述的一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，其特征在于：所述赤泥与脱氧剂的重量百分比为70～90％：30～10％。
4.根据权利要求3所述的一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，其特征在于：所述赤泥与脱氧剂混合制得团块的过程中，需要加入重量比为0.5～8％的水，以利于成团。
5.根据权利要求1所述的一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，其特征在于：所述干燥团块的干燥设备为余热隧道干燥机或余热滚筒干燥机，所述干燥设备的热源为炼铁炉余热。
6.根据权利要求5所述的一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，其特征在于：所述干燥设备干燥团块的干燥温度为150～400℃。
7.根据权利要求1所述的一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，其特征在于：所述直流等离子熔分炉为双电极结构形式直流等离子熔分炉。
8.根据权利要求7所述的一种赤泥铝灰短流程炼铁废渣作为铝土矿再利用工艺，其特征在于：所述直流等离子熔分炉的直流电路为直流12脉波整流电路、24脉波整流电路、48脉波整流电路和96脉波整流电路中的一种。
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