一种低温-高温搭配处理高铁铝土矿的方法

技术领域

本发明涉及氧化铝生产领域，具体涉及一种低温-高温搭配处理高铁铝土矿的方法。

背景技术

目前工业上主要采用拜耳法工艺生产氧化铝，拜耳法处理铝土矿，尤其是高铁铝土矿时，会产生大量的高碱高铁赤泥。赤泥的pH值10.29-11.83，属于强碱性有害废渣，目前主要是采用筑坝堆存的处置方式，由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，在堆存过程中不仅占用大量土地，还存在土地碱化、地下水污染以及赤泥库溃坝等风险。

CN202011171800.1公开了“一种从拜耳法赤泥中回收铁铝钠的方法”，将赤泥与特定的矿化剂和还原剂按比例混合压块后，经高温还原磁化-盐化焙烧，焙烧产物先磁选再用稀碱溶液浸出。该方法最终从赤泥中分离出铁精矿和铝酸钠溶液，铁精矿可供炼钢原料，铝酸钠溶液可返回氧化铝厂进一步回收氧化铝。

CN115608982A公开了“活性铁粉、以及铁铝综合利用处理高铁三水铝石矿的方法”，在高铁三水铝石矿与铝酸钠溶液混合后的浆料中添加具有高温反应活性的铁粉，进行高温溶出，可获得低铝的富铁赤泥，氧化铝相对溶出率＞97％。火法进一步处理低铝富铁赤泥，可以实现活性铁粉的循环再生。

上述发明专利单一还原过程仅仅考虑铁相的分离回收，在溶出过程中，铁相会转化为铁水化石榴石相，从而影响氧化铁的还原效果，导致后续选铁效率偏低。更重要的是得到的赤泥依然具有高碱性，高碱赤泥仍无法一步实现大宗化无害化利用。

发明内容

本发明的目的是提供一种低温-高温搭配处理高铁铝土矿的方法，包括以下步骤：

(1)低温线以高铁铝土矿、循环母液或碱液为原料；高温线以低温线产生的高铁赤泥、含钙化合物、生物质、循环母液为原料；

(2)高铁铝土矿与循环母液或碱液按比例混合得到低温线矿浆；

(3)低温线矿浆进入低温线，在溶出反应器内进行反应；

(4)低温线产生的溶出矿浆经沉降槽分离，得到低温线溶出液和低温线赤泥，低温线溶出液经稀释后进入种分流程得到氢氧化铝和低温线种分母液，低温线种分母液的一部分经蒸发得到循环母液，用以制备低温线矿浆；低温线种分母液的另一部分与高温线溶出液混合进行调配；

(5)低温线赤泥与含钙化合物、生物质、循环母液按比例采用涡流搅拌技术混合制成钙化生物质矿浆；

(6)钙化生物质矿浆进入高温线，进行钙化生物质脱碱、提铝与铁转型；

(7)高温线得到的溶出矿浆经涡流感应快速沉降槽实现快速分离，得到高温线溶出液和钙化生物质转型渣；

(8)低温线种分母液的另一部分与高温线溶出液混合经调配返回步骤(5)的循环母液；

(9)钙化生物质转型渣直接干燥焖烧制成生物质碱性球团。

高铁铝土矿提取氧化铝的过程分为2条处理线，其中，低温线用来直接处理高铁铝土矿，高温线用来处理低温线所产生的赤泥，低温线的物流量为高温线的2-3倍。

所述步骤(1)的高铁铝土矿中，Fe

所述步骤(2)高铁铝土矿破碎磨细至100～200目；混合矿浆中液体体积与固体质量比为(5～10):1，ml/g。

所述步骤(3)中，低温线矿浆进入低温线，在溶出反应器内进行反应，反应温度为160～180℃，反应时间为30～120min，产生的高铁赤泥中Fe

所述步骤(4)中，取低温线种分母液中的一部分母液经蒸发得到循环母液，返回矿浆化混料；采用低温线溶出后矿浆预热预进低温线前矿浆至140～160℃；采用高温线溶出矿浆首先预热预进高温线前矿浆至140～160℃，之后进入换热器采用新蒸汽加热到270～350℃，进入高温线钙化生物质溶出，溶出后矿浆继续加热新的混合矿浆，从而取消闪蒸设备，实现矿浆余热利用，减少新蒸汽用量50％。

所述步骤(5)低温线赤泥、含钙化合物和生物质破碎磨细至100～200目；物料配比为：含钙化合物中氧化钙与低温线赤泥中氧化硅的质量比为(0.5～4):1；生物质占矿浆中固体质量的0.4％～3.2％；混合矿浆中循环母液体积与固体质量比为(5～10):1，ml/g，通过涡流搅拌技术制备的涡流搅拌器混合制成钙化生物质矿浆，通过在涡流搅拌器内加入涡流搅拌器形成方向向下的涡流，涡流搅拌速度为150～400rpm；低温线赤泥、含钙化合物和生物质等固体原料与循环母液混合速度与普通混料槽相比提高3～5倍。

所述步骤(6)钙化生物质矿浆进入高温线，反应温度为270～350℃，反应时间为30～100min，进行钙化生物质脱碱、提铝与铁转型，钠碱回收90％以上，氧化铝回收70％以上，非磁性铁相转化为磁性铁相，转化率＞90％。

所述步骤(7)中，所述的涡流感应快速沉降槽，其顶部带有旋转磁性机构，磁场强度为300～500mT，涡流方向为旋转向下，通过调节电磁场强度带动螺旋导流桶内部钙化生物质溶出矿浆产生旋转，转速范围为50～150rpm。与普通沉降槽相比固液分离速度提高3～5倍，抑制料浆二次反应。

所述步骤(8)中，低温线种分母液的另一部分与高温线溶出液混合经调配返回循环母液，可减少低温线种分母液蒸发量。

所述步骤(9)中，钙化生物资转型赤泥中氧化钠碱含量＜0.5％，氧化铝＜5％，氧化硅＜5％；钙化生物资转型赤泥直接干燥焖烧制成生物质碱性球团，钠碱＜0.25％，氧化铝＜2.5％，氧化硅＜2.5％，符合炼铁要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明中高铁铝土矿提取氧化铝的过程分为2条处理线，其中，低温线用来直接处理高铁铝土矿，高温线用来处理低温线所产生的赤泥，低温线的物流量为高温线的2-3倍。高温线中在钙化与生物质化耦合作用下，将矿浆中赋铁相转型为解离度高、单体粒度适中的磁铁矿进入渣相，含钙化合物可使平衡固相中赋碱相转化成无碱固相。钠碱回收90％以上，氧化铝回收70％以上，非磁性铁相转化为磁性铁相，转化率＞90％；钙化生物资转型赤泥中氧化钠碱含量＜0.5％，氧化铝＜5％，氧化硅＜5％；钙化生物资转型赤泥直接干燥焖烧制成生物质碱性球团，钠碱＜0.25％，氧化铝＜2.5％，氧化硅＜2.5％，符合炼铁要求。

(2)本发明采用涡流搅拌技术混合制成钙化生物质矿浆，通过在涡流搅拌器内加入涡流搅拌器形成方向向下的涡流，涡流搅拌速度为150～400rpm；低温线赤泥、含钙化合物和生物质等固体原料与循环母液混合速度与普通混料槽相比提高3～5倍，抑制料浆二次反应。利用溶出后矿浆继续加热新的混合矿浆，可以取消闪蒸设备，实现矿浆余热利用，减少新蒸汽用量50％。

(3)本发明利用低温-高温搭配处理实现了高铁铝土矿的钙化生物质化综合利用，解决高铁铝土矿铝铁协同利用及赤泥资源化无害化利用的技术难题。该方法具有工艺、设备简单，生产效率高，易与现有拜耳法生产工艺衔接，铁与铝综合回收率高等特点，实现了赤泥“无害化、减量化、资源化、产业化”的综合利用。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图；

图2为涡流搅拌器示意图；图中：1-固体管道，2-液体管道，3-涡流搅拌轴，4-槽体，5-矿浆管道；

图3为涡流快速沉降槽示意图；图中：1-搅拌轴，2-矿浆进料管道，3-沉降槽体，4-清液溢流槽，5-螺旋导流桶，6-磁感应线圈，7-耙泥机，8-底流出口。

具体实施方式

本发明实施例中所采用的高铁铝土矿成分按质量百分比为Al

本发明所举实施例1-2中所采用的含钙化合物为石灰，实施例3-4中所采用的含钙化合物为电石渣，实施例5中所采用的含钙化合物为铝酸钙；

本发明所举实施例1-3中所采用的生物质均为生物淀粉，实施例4-5中采用的生物质分别为蔗渣和农作物废弃物；

实施例1

一种低温-高温搭配处理高铁铝土矿的方法，如图1所示，具体操作步骤：高铁铝土矿提取氧化铝的过程分为2条处理线，其中，低温线用来直接处理高铁铝土矿，高温线用来处理低温线所产生的赤泥，低温线的物流量为高温线的2倍。其中，低温线以高铁铝土矿、循环母液或碱液为原料；高温线以低温线产生的高铁赤泥、含钙化合物、生物质、循环母液为原料；

循环母液或碱液中氧化钠的浓度为250g/L，循环母液中苛性比值αk＝6，高铁铝土矿破碎磨细至100目；混合矿浆中液体体积与固体质量比为5:1，ml/g，得到低温线矿浆。低温线矿浆进入低温线，在溶出反应器内进行反应，反应温度为160℃，反应时间为30min，产生的高铁赤泥中Fe

低温线产生的溶出矿浆经沉降槽分离，得到低温线溶出液和低温线赤泥，低温线溶出液经稀释后进入种分流程得到氢氧化铝和低温线种分母液，低温线种分母液的一部分经蒸发得到循环母液；

将低温线赤泥、含钙化合物和生物质破碎磨细至100目；物料配比为：含钙化合物中氧化钙与低温线赤泥中氧化硅的质量比为0.5:1；生物质占矿浆中固体质量的0.4％；混合矿浆中循环母液体积与固体质量比为5:1，ml/g，采用涡流搅拌技术制备的涡流搅拌器(图2)混合制成钙化生物质矿浆，通过在涡流搅拌器内加入涡流搅拌器形成方向向下的涡流，涡流搅拌速度为150rpm；低温线赤泥、含钙化合物和生物质等固体原料与循环母液混合速度与普通混料槽相比提高3倍。

钙化生物质矿浆进入高温线，反应温度为270℃，反应时间为30min，进行钙化生物质脱碱、提铝与铁转型，钠碱回收90％，氧化铝回收70％，非磁性铁相转化为磁性铁相，转化率为91％；

高温线得到的溶出矿浆经涡流感应快速沉降槽实现快速分离(图3)，得到高温线溶出液和钙化生物质转型赤泥。采用的涡流感应快速沉降槽，顶部带有旋转磁性机构，磁场强度为300mT，涡流方向为旋转向下，通过调节电磁场强度带动导流通内部钙化生物质溶出矿浆产生旋转，转速范围为50rpm。与普通沉降槽相比固液分离速度提高3倍，抑制料浆二次反应。

沉降后所得高温线溶出液与低温线种分母液另一部分与混合经调配返回循环母液，减少低温线种分母液蒸发量；沉降后所得钙化生物资转型赤泥中氧化钠碱含量为0.5％，氧化铝为5％，氧化硅为5％；钙化生物资转型赤泥直接干燥焖烧制成生物质碱性球团，钠碱为0.25％，氧化铝为2.5％，氧化硅为2.5％，符合炼铁要求。

实施例2

一种低温-高温搭配处理高铁铝土矿的方法，如图1所示，具体操作步骤：高铁铝土矿提取氧化铝的过程分为2条处理线，其中，低温线用来直接处理高铁铝土矿，高温线用来处理低温线所产生的赤泥，低温线的物流量为高温线的3倍。其中，低温线以高铁铝土矿、循环母液或碱液为原料；高温线以低温线产生的高铁赤泥、含钙化合物、生物质、循环母液为原料；

循环母液或碱液中氧化钠的浓度为280g/L，循环母液中苛性比值αk＝15，高铁铝土矿破碎磨细至200目；混合矿浆中液体体积与固体质量比为10:1，ml/g，得到低温线矿浆。低温线矿浆进入低温线，在溶出反应器内进行反应，反应温度为180℃，反应时间为120min，产生的高铁赤泥中Fe

低温线产生的溶出矿浆经沉降槽分离，得到低温线溶出液和低温线赤泥，低温线溶出液经稀释后进入种分流程得到氢氧化铝和低温线种分母液，低温线种分母液的一部分经蒸发得到循环母液；

将低温线赤泥、含钙化合物和生物质破碎磨细至200目；物料配比为：含钙化合物中氧化钙与低温线赤泥中氧化硅的质量比为4:1；生物质占矿浆中固体质量的3.2％；混合矿浆中循环母液体积与固体质量比为10:1，ml/g，采用涡流搅拌技术制备的涡流搅拌器混合制成钙化生物质矿浆，通过在涡流搅拌器内加入涡流搅拌器形成方向向下的涡流，涡流搅拌速度为400rpm；低温线赤泥、含钙化合物和生物质等固体原料与循环母液混合速度与普通混料槽相比提高5倍。

钙化生物质矿浆进入高温线，反应温度为350℃，反应时间为90min，进行钙化生物质脱碱、提铝与铁转型，钠碱回收92％，氧化铝回收72％，非磁性铁相转化为磁性铁相，转化率为93％；

高温线得到的溶出矿浆经涡流感应快速沉降槽实现快速分离，得到高温线溶出液和钙化生物质转型赤泥。采用的涡流感应快速沉降槽，顶部带有旋转磁性机构，磁场强度为300mT，涡流方向为旋转向下，通过调节电磁场强度带动导流通内部钙化生物质溶出矿浆产生旋转，转速范围为150rpm。与普通沉降槽相比固液分离速度提高5倍，抑制料浆二次反应。

沉降后所得高温线溶出液与低温线种分母液的另一部分与混合经调配返回循环母液，减少低温线种分母液蒸发量；沉降后所得钙化生物资转型赤泥中氧化钠碱含量为0.4％，氧化铝为4％，氧化硅为4％；钙化生物资转型赤泥直接干燥焖烧制成生物质碱性球团，钠碱为0.2％，氧化铝为2％，氧化硅为2％，符合炼铁要求。

实施例3

一种低温-高温搭配处理高铁铝土矿的方法，如图1所示，具体操作步骤：高铁铝土矿提取氧化铝的过程分为2条处理线，其中，低温线用来直接处理高铁铝土矿，高温线用来处理低温线所产生的赤泥，低温线的物流量为高温线的2.5倍。其中，低温线以高铁铝土矿、循环母液或碱液为原料；高温线以低温线产生的高铁赤泥、含钙化合物、生物质、循环母液为原料；

循环母液或碱液中氧化钠的浓度为260g/L，循环母液中苛性比值αk＝10，高铁铝土矿破碎磨细至150目；混合矿浆中液体体积与固体质量比为6:1，ml/g，得到低温线矿浆。低温线矿浆进入低温线，在溶出反应器内进行反应，反应温度为170℃，反应时间为60min，产生的高铁赤泥中Fe

低温线产生的溶出矿浆经沉降槽分离，得到低温线溶出液和低温线赤泥，低温线溶出液经稀释后进入种分流程得到氢氧化铝和低温线种分母液，低温线种分母液的一部分经蒸发得到循环母液；

将低温线赤泥、含钙化合物和生物质破碎磨细至150目；物料配比为：含钙化合物中氧化钙与低温线赤泥中氧化硅的质量比为2:1；生物质占矿浆中固体质量的2.0％；混合矿浆中循环母液体积与固体质量比为6:1，ml/g，采用涡流搅拌技术制备的涡流搅拌器混合制成钙化生物质矿浆，通过在涡流搅拌器内加入涡流搅拌器形成方向向下的涡流，涡流搅拌速度为200rpm；低温线赤泥、含钙化合物和生物质等固体原料与循环母液混合速度与普通混料槽相比提高4倍。

钙化生物质矿浆进入高温线，反应温度为290℃，反应时间为100min，进行钙化生物质脱碱、提铝与铁转型，钠碱回收91％，氧化铝回收72％，非磁性铁相转化为磁性铁相，转化率为94％；

高温线得到的溶出矿浆经涡流感应快速沉降槽实现快速分离，得到高温线溶出液和钙化生物质转型赤泥。采用的涡流感应快速沉降槽，顶部带有旋转磁性机构，磁场强度为200mT，涡流方向为旋转向下，通过调节电磁场强度带动导流通内部钙化生物质溶出矿浆产生旋转，转速范围为100rpm。与普通沉降槽相比固液分离速度提高4倍，抑制料浆二次反应。

沉降后所得高温线溶出液与低温线种分母液的另一部分与混合经调配返回循环母液，减少低温线种分母液蒸发量；沉降后所得钙化生物资转型赤泥中氧化钠碱含量为0.5％，氧化铝为4％，氧化硅为5％；钙化生物资转型赤泥直接干燥焖烧制成生物质碱性球团，钠碱为0.25％，氧化铝为2％，氧化硅为2.5％，符合炼铁要求。

实施例4

一种低温-高温搭配处理高铁铝土矿的方法，如图1所示，具体操作步骤：高铁铝土矿提取氧化铝的过程分为2条处理线，其中，低温线用来直接处理高铁铝土矿，高温线用来处理低温线所产生的赤泥，低温线的物流量为高温线的3倍。其中，低温线以高铁铝土矿、循环母液或碱液为原料；高温线以低温线产生的高铁赤泥、含钙化合物、生物质、循环母液为原料；

循环母液或碱液中氧化钠的浓度为270g/L，循环母液中苛性比值αk＝12，高铁铝土矿破碎磨细至150目；混合矿浆中液体体积与固体质量比为7:1，ml/g，得到低温线矿浆。低温线矿浆进入低温线，在溶出反应器内进行反应，反应温度为165℃，反应时间为70min，产生的高铁赤泥中Fe

低温线产生的溶出矿浆经沉降槽分离，得到低温线溶出液和低温线赤泥，低温线溶出液经稀释后进入种分流程得到氢氧化铝和低温线种分母液，低温线种分母液的一部分经蒸发得到循环母液；

将低温线赤泥、含钙化合物和生物质破碎磨细至150目；物料配比为：含钙化合物中氧化钙与低温线赤泥中氧化硅的质量比为3:1；生物质占矿浆中固体质量的2.4％；混合矿浆中循环母液体积与固体质量比为7:1，ml/g，采用涡流搅拌技术制备的涡流搅拌器混合制成钙化生物质矿浆，通过在涡流搅拌器内加入涡流搅拌器形成方向向下的涡流，涡流搅拌速度为250rpm；低温线赤泥、含钙化合物和生物质等固体原料与循环母液混合速度与普通混料槽相比提高4倍。

钙化生物质矿浆进入高温线，反应温度为290℃，反应时间为60min，进行钙化生物质脱碱、提铝与铁转型，钠碱回收94％，氧化铝回收77％，非磁性铁相转化为磁性铁相，转化率为92％；

高温线得到的溶出矿浆经涡流感应快速沉降槽实现快速分离，得到高温线溶出液和钙化生物质转型赤泥。采用的涡流感应快速沉降槽，顶部带有旋转磁性机构，磁场强度为300mT，涡流方向为旋转向下，通过调节电磁场强度带动导流通内部钙化生物质溶出矿浆产生旋转，转速范围为100rpm。与普通沉降槽相比固液分离速度提高4倍，抑制料浆二次反应。

沉降后所得高温线溶出液与低温线种分母液的另一部分与混合经调配返回循环母液，减少低温线种分母液蒸发量；沉降后所得钙化生物资转型赤泥中氧化钠碱含量为0.4％，氧化铝为5％，氧化硅为5％；钙化生物资转型赤泥直接干燥焖烧制成生物质碱性球团，钠碱为0.2％，氧化铝为2.5％，氧化硅为2.5％，符合炼铁要求。

实施例5

一种低温-高温搭配处理高铁铝土矿的方法，如图1所示，具体操作步骤：高铁铝土矿提取氧化铝的过程分为2条处理线，其中，低温线用来直接处理高铁铝土矿，高温线用来处理低温线所产生的赤泥，低温线的物流量为高温线的2倍。其中，低温线以高铁铝土矿、循环母液或碱液为原料；高温线以低温线产生的高铁赤泥、含钙化合物、生物质、循环母液为原料；

循环母液或碱液中氧化钠的浓度为280g/L，循环母液中苛性比值αk＝13，高铁铝土矿破碎磨细至180目；混合矿浆中液体体积与固体质量比为8:1，ml/g，得到低温线矿浆。低温线矿浆进入低温线，在溶出反应器内进行反应，反应温度为170℃，反应时间为80min，产生的高铁赤泥中Fe

低温线产生的溶出矿浆经沉降槽分离，得到低温线溶出液和低温线赤泥，低温线溶出液经稀释后进入种分流程得到氢氧化铝和低温线种分母液，低温线种分母液的一部分经蒸发得到循环母液；

将低温线赤泥、含钙化合物和生物质破碎磨细至180目；物料配比为：含钙化合物中氧化钙与低温线赤泥中氧化硅的质量比为1.5:1；生物质占矿浆中固体质量的2.8％；混合矿浆中循环母液体积与固体质量比为8:1，ml/g，采用涡流搅拌技术制备的涡流搅拌器混合制成钙化生物质矿浆，通过在涡流搅拌器内加入涡流搅拌器形成方向向下的涡流，涡流搅拌速度为200rpm；低温线赤泥、含钙化合物和生物质等固体原料与循环母液混合速度与普通混料槽相比提高4倍。

钙化生物质矿浆进入高温线，反应温度为310℃，反应时间为40min，进行钙化生物质脱碱、提铝与铁转型，钠碱回收92％，氧化铝回收76％，非磁性铁相转化为磁性铁相，转化率为96％；

高温线得到的溶出矿浆经涡流感应快速沉降槽实现快速分离，得到高温线溶出液和钙化生物质转型赤泥。采用的涡流感应快速沉降槽，顶部带有旋转磁性机构，磁场强度为400mT，涡流方向为旋转向下，通过调节电磁场强度带动导流通内部钙化生物质溶出矿浆产生旋转，转速范围为100rpm。与普通沉降槽相比固液分离速度提高5倍，抑制料浆二次反应。

沉降后所得高温线溶出液与低温线种分母液的另一部分与混合经调配返回循环母液，减少低温线种分母液蒸发量；沉降后所得钙化生物资转型赤泥中氧化钠碱含量为0.4％，氧化铝为3％，氧化硅为4％；钙化生物资转型赤泥直接干燥焖烧制成生物质碱性球团，钠碱为0.2％，氧化铝为1.5％，氧化硅为2％，符合炼铁要求。