CN117144125A - 一种高铁赤泥制备生物质碱性复合球团及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种高铁赤泥制备生物质碱性复合球团及制备方法，属于有色金属冶炼领域。本发明的方法包括如下步骤：步骤一，采用对辊烘干机对钙化脱碱后的高铁赤泥进行干燥、破碎；步骤二，将干燥后的高铁赤泥按一定比例加入生物质、铁调质剂、黏结剂混匀；步骤三，混匀物料作为造球原料进行造球，得到合格生球；步骤四，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团，产生的热解气用作蒸汽返回干燥工序。本发明可制备碱度为1.2～1.4、TFe含量大于50％、抗压强度大于2000N/个的成品球团，成品球团的碱度、全铁含量、抗压强度及冶金性能均可以满足高炉炼铁需求，实现了高铁赤泥的综合利用，为解决赤泥大量堆存提供有效参考工艺。
Description
技术领域
本发明属于固废资源化利用技术领域，具体涉及一种高铁赤泥制备生物质碱性复合球团及制备方法。
背景技术
赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，大约排放1～1.5吨赤泥。全球每年排放赤泥约6000万吨，我国的赤泥排放量每年450万吨以上，赤泥利用率仅为5％左右，余下的赤泥直接堆存。赤泥的堆存不但耗资耗力，占用大量土地，还会对周边的水体、土壤、大气等造成严重污染，而且赤泥中的许多可利用成分(铁、钛、铝、硅、钙、镁等)并未得到合理利用，阻碍了铝工业的可持续发展。因此，如何大规模、无害化、高值化、全资源化处理赤泥成为亟待解决的全球性问题。
目前，赤泥综合利用技术可分为两种，一种是将赤泥脱碱后，制备陶瓷、水泥等建筑材料，另一种是提取赤泥中的铁、铝等。为了回收赤泥中的铁，冶金行业的科技工作者针对高铁赤泥制备球团的工艺做了大量研究。球团制备的常规工艺通常是将赤泥、添加剂、黏结剂等原料进行造球。
钙化法是处理拜耳法赤泥脱碱的一种有效方法，钙化处理后高铁赤泥中碱含量可降低至1％以下，氧化钙和氧化硅的比为1.5～3，得到的新型高铁赤泥在球团制备过程中无需配入石灰等碱性添加剂，可大幅度降低球团的生产成本。同时，寻找焦炭的替代能源是减少钢铁工业CO2排放的重要方式。生物质能是CO2零排放的可替代能源，来源广、易获取，是继煤炭、天然气、石油后的第四大能源。生物质中的碳在生产消费过程中自成循环，是唯一一种含碳可再生并具有高附加值清洁资源，同时生物质燃烧效率高、杂质含量低，其含有的纤维素还可改善球团强度。
专利(申请号：202210242788.1)公开了一种高铁赤泥烧结球团的制备方法，其将赤泥、黏结剂、燃料和添加剂混匀后冷压成型—高温烧结制备球团。专利(申请号：201310660613.3)公开了一种赤泥球团及其制备方法，将赤泥、煤粉、黏结剂混合均匀后挤压成球并烘干。关于赤泥利用的研究众多，但球团在高炉冶炼过程中会消耗大量焦碳并排放大量CO2，整体利用时存在赤泥碱性制约、产品价格低、收益差等问题，赤泥的堆存问题仍然未能得到妥善解决。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种高铁赤泥制备生物质碱性复合球团及制备方法。本发明通过以下技术方案实现：
一种高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，包括步骤如下：
步骤1，将高铁赤泥进行预处理，然后加入生物质、铁调质剂和黏结剂混合后造球，筛分后得到生球；
步骤2，将生球进行焖烧，得到复合球团和热解气。
步骤1中所述高铁赤泥中氧化钠的质量分数小于1％，氧化铁的质量分数为40％～65％，氧化钙或氧化硅的质量含量为1.5～3％；
步骤1中所述进行预处理具体为：将高铁赤泥进行烘干破碎；所述的烘干设备为对辊式烘干机，烘干温度为200～500℃，烘干时间≥1h，烘干后的脱水率大于98％；所述破碎粒度为0.5～40mm；
步骤1中所述生物质包括秸秆、树木、甘蔗渣、锯末、纤维素、淀粉、稻壳、麦秸秆中的一种；所述的铁调质剂包括赤铁矿、磁铁矿、针铁矿、铁精粉中的一种；所述的黏结剂包括萤石粉、碳化硅粉、膨润土和佩利多中的一种或几种；所述生物质、铁调质剂和黏结剂的粒度为≤0.074mm；
步骤1中所述的高铁赤泥、生物质、铁调质剂、黏结剂的质量份数为：高铁赤泥25～65％，生物质5～20％，铁调质剂30～60％，黏结剂5～10％；
步骤1中所述造球的成球率≥94％；
步骤1中所述生球的粒径为12～16mm；
步骤2中所述焖烧机为隔热式密闭焖烧机，所述的焖烧温度为250～400℃，焖烧时间≥2h；所述的热解气作为加热介质返回步骤1中的预处理，所述的热解气热量回收率为45～75％；
步骤2中所述的生物质碱性复合球团碱度为1.2～1.4，TFe质量分数≥50％，抗压强度≥2000N/个。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提出了一种高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的方法，将氧化铝生产的固体废弃物赤泥制备为球团，是赤泥综合利用的第一步，为赤泥作为再生资源提供了条件。
2.本发明优选的赤泥制备球团无需配入碱性添加剂，有效降低球团生产成本。
3、本发明优选的赤泥制备球团的配方，保证了本发明制备出来的球团能够达到合适的抗压强度、并有良好的冶炼性能，能够直接用于高炉冶炼，同时能够降低了炼铁过程二氧化碳的排放量。
4、本发明具有工艺简单、操作易行，实现了赤泥的综合利用，减少了因赤泥堆存而导致的环境污染。
附图说明
图1为本发明的一种高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例中，高铁赤泥的成分为：SiO2：6.99％，Fe2O3：54.67％，Al2O3：12.17，CaO：23.18％，Na2O：0.75％；流程图如图1所示，具体步骤包括：
步骤1，将钙化处理后的高铁赤泥放在300℃的对辊式烘干机中干燥2h，得到的干燥赤泥粒度为0.8～32mm；
步骤2，称取500g干燥赤泥、200g淀粉、500g铁精粉、80g膨润土，使用轮辗混料机将上述物料混合均匀，混匀时间为1h；
步骤3，将混匀物料放入圆盘造球机中，喷入一定量的水进行造球；
子步骤3.1，将干燥球团进行筛分，粒径≤12mm的球团返回圆盘造球机再次进行造球，粒径合格生球用于下一步，球团的成球率为94％；
步骤4，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团和热解气，热解气用作加热介质返回对辊烘干机，热量回收率为52％；
子步骤4.1，焖烧设备为隔热式密闭焖烧机，焖烧温度为300℃，焖烧时间为3h；
子步骤4.2，将利用X射线荧光光谱和化学滴定法测试成品球团的化学成分，得到的成品球团成分为：TFe质量分数为59.42％、SiO2质量分数为9.37％、CaO质量分数为13.12％、Al2O3质量分数为1.25％，P2O5质量分数为0.04％；
子步骤4.3，利用压力机测量球团抗压强度，压力机的最大压力是104N，进行10次平衡重复实验，测得数值后，取平均值，测得球团的抗压强度为2200N/个。
实施例2
本实施例中，高铁赤泥的成分为：SiO2：10.10％，Fe2O3：43.71％，Al2O3：15.01％，CaO：29.35％，Na2O：0.52％；具体步骤包括：
步骤1，将钙化处理后的高铁赤泥放在250℃的对辊式烘干机中干燥2.5h，得到的干燥赤泥粒度为0.6～30mm；
步骤2，称取600g干燥赤泥、300g锯末、400g铁精矿、90g膨润土，使用轮辗混料机将上述物料混合均匀，混匀时间为40min；
步骤3，将混匀物料放入圆盘造球机中，喷入一定量的水进行造球；
子步骤3.1，将干燥球团进行筛分，粒径≤12mm的球团返回圆盘造球机再次进行造球，粒径合格生球用于下一步，球团的成球率为96％；
步骤4，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团和热解气，热解气用作加热介质返回对辊烘干机，热量回收率为63％；
子步骤4.1，焖烧设备为隔热式密闭焖烧机，焖烧温度为400℃，焖烧时间为2.5h；
子步骤4.2，将利用X射线荧光光谱和化学滴定法测试成品球团的化学成分，得到的成品球团成分为：TFe质量分数为56.28％、SiO2质量分数为7.54％、CaO质量分数为12.31、Al2O3质量分数为1.46％，P2O5质量分数为0.05％；
实施例3
本实施例中，高铁赤泥的成分为：SiO2：6.99％，Fe2O3：54.67％，Al2O3：12.17，CaO：23.18％，Na2O：0.75％；具体步骤包括：
步骤1，将钙化处理后的高铁赤泥放在300℃的对辊式烘干机中干燥2h，得到的干燥赤泥粒度为1.2～35mm；
步骤2，称取600g干燥赤泥、250g淀粉、600g铁精粉、140g膨润土，使用轮辗混料机将上述物料混合均匀，混匀时间为1.5h；
步骤3，将混匀物料放入圆盘造球机中，喷入一定量的水进行造球；
子步骤3.1，将干燥球团进行筛分，粒径≤12mm的球团返回圆盘造球机再次进行造球，粒径合格生球用于下一步，球团的成球率为96.2％；
步骤4，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团和热解气，热解气用作加热介质返回对辊烘干机，热量回收率为53％；
子步骤4.1，焖烧设备为隔热式密闭焖烧机，焖烧温度为300℃，焖烧时间为2h；
子步骤4.2，将利用X射线荧光光谱和化学滴定法测试成品球团的化学成分，得到的成品球团成分为：TFe质量分数为57.28％、SiO2质量分数为9.66％、CaO质量分数为14.28％、Al2O3质量分数为2.08％，P2O5质量分数为0.04％；
子步骤4.3，利用压力机测量球团抗压强度，压力机的最大压力是104N，进行10次平衡重复实验，测得数值后，取平均值，测得球团的抗压强度为2270N/个。
实施例4
本实施例中，高铁赤泥的成分为：SiO2：7.45％，Fe2O3：55.90％，Al2O3：13.12，CaO：22.86％，Na2O：0.88％；具体步骤包括：
步骤1，将钙化处理后的高铁赤泥放在350℃的对辊式烘干机中干燥2h，得到的干燥赤泥粒度为1.0～32mm；
步骤2，称取500g干燥赤泥、280g淀粉、700g铁精粉、120g膨润土，使用轮辗混料机将上述物料混合均匀，混匀时间为1h；
步骤3，将混匀物料放入圆盘造球机中，喷入一定量的水进行造球；
子步骤3.1，将干燥球团进行筛分，粒径≤12mm的球团返回圆盘造球机再次进行造球，粒径合格生球用于下一步，球团的成球率为95.3％；
步骤4，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团和热解气，热解气用作加热介质返回对辊烘干机，热量回收率为53.9％；
子步骤4.1，焖烧设备为隔热式密闭焖烧机，焖烧温度为400℃，焖烧时间为1.5h；
子步骤4.2，将利用X射线荧光光谱和化学滴定法测试成品球团的化学成分，得到的成品球团成分为：TFe质量分数为56.22％、SiO2质量分数为9.12％、CaO质量分数为12.86％、Al2O3质量分数为1.83％，P2O5质量分数为0.03％；
子步骤4.3，利用压力机测量球团抗压强度，压力机的最大压力是104N，进行10次平衡重复实验，测得数值后，取平均值，测得球团的抗压强度为2280N/个。
实施例5
本实施例中，高铁赤泥的成分为：SiO2：8.33％，Fe2O3：53.46％，Al2O3：10.96，CaO：24.74％，Na2O：0.85％；具体步骤包括：
步骤1，将钙化处理后的高铁赤泥放在300℃的对辊式烘干机中干燥3h，得到的干燥赤泥粒度为1.1～35mm；
步骤2，称取700g干燥赤泥、380g淀粉、600g铁精粉、120g膨润土，使用轮辗混料机将上述物料混合均匀，混匀时间为2h；
步骤3，将混匀物料放入圆盘造球机中，喷入一定量的水进行造球；
子步骤3.1，将干燥球团进行筛分，粒径≤12mm的球团返回圆盘造球机再次进行造球，粒径合格生球用于下一步，球团的成球率为96.3％；
步骤4，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团和热解气，热解气用作加热介质返回对辊烘干机，热量回收率为54.8％；
子步骤4.1，焖烧设备为隔热式密闭焖烧机，焖烧温度为300℃，焖烧时间为2.5h；
子步骤4.2，将利用X射线荧光光谱和化学滴定法测试成品球团的化学成分，得到的成品球团成分为：TFe质量分数为56.27％、SiO2质量分数为10.04％、CaO质量分数为12.21％、Al2O3质量分数为1.75％，P2O5质量分数为0.04％；
子步骤4.3，利用压力机测量球团抗压强度，压力机的最大压力是104N，进行10次平衡重复实验，测得数值后，取平均值，测得球团的抗压强度为2320N/个。
实施例6
本实施例中，高铁赤泥的成分为：SiO2：5.98％，Fe2O3：55.83％，Al2O3：13.40，CaO：22.97％，Na2O：0.88％；具体步骤包括：
步骤1，将钙化处理后的高铁赤泥放在300℃的对辊式烘干机中干燥2h，得到的干燥赤泥粒度为0.8～34mm；
步骤2，称取600g干燥赤泥、350g淀粉、600g铁精粉、110g膨润土，使用轮辗混料机将上述物料混合均匀，混匀时间为1.5h；
步骤3，将混匀物料放入圆盘造球机中，喷入一定量的水进行造球；
子步骤3.1，将干燥球团进行筛分，粒径≤12mm的球团返回圆盘造球机再次进行造球，粒径合格生球用于下一步，球团的成球率为95.7％；
步骤4，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团和热解气，热解气用作加热介质返回对辊烘干机，热量回收率为52.8％；
子步骤4.1，焖烧设备为隔热式密闭焖烧机，焖烧温度为350℃，焖烧时间为3h；
子步骤4.2，将利用X射线荧光光谱和化学滴定法测试成品球团的化学成分，得到的成品球团成分为：TFe质量分数为57.24％、SiO2质量分数为9.55％、CaO质量分数为14.06％、Al2O3质量分数为1.45％，P2O5质量分数为0.04％；
子步骤4.3，利用压力机测量球团抗压强度，压力机的最大压力是104N，进行10次平衡重复实验，测得数值后，取平均值，测得球团的抗压强度为2310N/个。
实施例7
本实施例中，高铁赤泥的成分为：SiO2：7.85％，Fe2O3：54.97％，Al2O3：11.83，CaO：23.52％，Na2O：0.81％；具体步骤包括：
步骤1，将钙化处理后的高铁赤泥放在320℃的对辊式烘干机中干燥1.5h，得到的干燥赤泥粒度为0.8～35mm；
步骤2，称取500g干燥赤泥、300g淀粉、600g铁精粉、70g膨润土，使用轮辗混料机将上述物料混合均匀，混匀时间为1h；
步骤3，将混匀物料放入圆盘造球机中，喷入一定量的水进行造球；
子步骤3.1，将干燥球团进行筛分，粒径≤12mm的球团返回圆盘造球机再次进行造球，粒径合格生球用于下一步，球团的成球率为94.4％；
步骤4，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团和热解气，热解气用作加热介质返回对辊烘干机，热量回收率为53.6％；
子步骤4.1，焖烧设备为隔热式密闭焖烧机，焖烧温度为350℃，焖烧时间为2.5h；
子步骤4.2，将利用X射线荧光光谱和化学滴定法测试成品球团的化学成分，得到的成品球团成分为：TFe质量分数为57.28％、SiO2质量分数为9.23％、CaO质量分数为13.70％、Al2O3质量分数为1.64％，P2O5质量分数为0.05％；
子步骤4.3，利用压力机测量球团抗压强度，压力机的最大压力是104N，进行10次平衡重复实验，测得数值后，取平均值，测得球团的抗压强度为2220N/个。
实施例8
本实施例中，高铁赤泥的成分为：SiO2：7.27％，Fe2O3：54.33％，Al2O3：10.87％，CaO：23.70％，Na2O：0.83％；具体步骤包括：
步骤1，将钙化处理后的高铁赤泥放在320℃的对辊式烘干机中干燥2h，得到的干燥赤泥粒度为0.9～34mm；
步骤2，称取600g干燥赤泥、300g淀粉、500g铁精粉、100g膨润土，使用轮辗混料机将上述物料混合均匀，混匀时间为1.5h；
步骤3，将混匀物料放入圆盘造球机中，喷入一定量的水进行造球；
子步骤3.1，将干燥球团进行筛分，粒径≤12mm的球团返回圆盘造球机再次进行造球，粒径合格生球用于下一步，球团的成球率为94.5％；
步骤4，将上述生球进行焖烧，得到生物质碱性复合球团和热解气，热解气用作加热介质返回对辊烘干机，热量回收率为51.7％；
子步骤4.1，焖烧设备为隔热式密闭焖烧机，焖烧温度为300℃，焖烧时间为3.5h；
子步骤4.2，将利用X射线荧光光谱和化学滴定法测试成品球团的化学成分，得到的成品球团成分为：TFe质量分数为59.86％、SiO2质量分数为8.87％、CaO质量分数为14.32％、Al2O3质量分数为1.95％，P2O5质量分数为0.05％；
子步骤4.3，利用压力机测量球团抗压强度，压力机的最大压力是104N，进行10次平衡重复实验，测得数值后，取平均值，测得球团的抗压强度为2250N/个。
Claims (10)
1.一种高铁赤泥制备生物质碱性复合球团，其特征在于，生物质碱性复合球团包含的成分及质量含量为：高铁赤泥25～65％，生物质5～20％，铁调质剂30～60％，黏结剂5～10％。
2.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团，其特征在于，所述的生物质碱性复合球团碱度为1.2～1.4，TFe质量分数≥50％，抗压强度≥2000N/个。
3.根据权利要求1或2所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将高铁赤泥进行预处理，然后加入生物质、铁调质剂和黏结剂混合后造球，筛分后得到生球；
步骤2，将生球进行焖烧，得到复合球团和热解气。
4.根据权利要求3所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，其特征在于，步骤1中所述高铁赤泥中氧化钠的质量分数小于1％，氧化铁的质量分数为40％～65％，氧化钙或氧化硅的质量含量为1.5～3％。
5.根据权利要求3所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，其特征在于，步骤1中所述进行预处理具体为：将高铁赤泥进行烘干破碎；所述的烘干设备为对辊式烘干机，烘干温度为200℃～500℃，烘干时间≥1h，烘干后的脱水率大于98％。
6.根据权利要求3所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，其特征在于，步骤1中所述破碎的粒度为0.5～40mm。
7.根据权利要求3所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，其特征在于，步骤1中所述生物质包括秸秆、树木、甘蔗渣、锯末、纤维素、淀粉、稻壳、麦秸秆中的一种；所述的铁调质剂包括赤铁矿、磁铁矿、针铁矿、铁精粉中的一种；所述的黏结剂包括萤石粉、碳化硅粉、膨润土和佩利多中的一种或几种；所述生物质、铁调质剂和黏结剂的粒度为≤0.074mm。
8.根据权利要求3所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，其特征在于，步骤1中所述造球的成球率≥94％。
9.根据权利要求3所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，其特征在于，步骤1中所述生球的粒径为12～16mm。
10.根据权利要求3所述的高铁赤泥制备生物质碱性复合球团的制备方法，其特征在于，步骤2中所述焖烧机为隔热式密闭焖烧机，所述的焖烧温度为250℃～400℃，焖烧时间≥2h；所述的热解气作为加热介质返回步骤1中的预处理，所述的热解气热量回收率为45％～75％。
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