一种赤泥提铁降铝综合利用方法

技术领域

本发明属于废物资源化处理技术领域，具体涉及一种针对赤泥的提铁降铝综合利用方法。

背景技术

现代铝冶炼三个主要生产环节；铝土矿选矿；从铝土矿提取纯氧化铝；用冰晶石—氧化铝熔盐电解法生产铝。根据铝土矿类型，氧化铝的制备主要采用拜尔法(铝硅比A/S>8～10，适合低硅的三水铝石)、联合法(A/S＝5～7)、烧结法(A/S＝3.5～5)，其中拜耳法是生产氧化铝的主要方法，其产量占全球氧化铝总产量的90％以上。赤泥(红泥)，是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的含铁工业固体废物。氧化铁(Fe

Fe：赤铁矿Fe

Al：一水硬铝石AlO(OH)、软水铝石γ-AlO(OH)和三水铝石Al(OH)

含钙的方解石CaCO

含钛的锐钛矿TiO

方钠石Na

钙霞石3NaAlSiO

钙水化石榴石3CaO·Al

稀土元素：主要受到所用铝土矿的影响，分散地以类质同象形式存在于各个物相中。

赤泥因含铁量不同呈现暗红色、棕色和灰白色，颗粒状，粒径为0.005～0.075mm的占90％；其孔隙比大，比表面积高达64.09～186.9m

2016年全球赤泥堆存量高达35亿吨，年排放量约1.8亿吨。2017年我国氧化铝产量超过了6500万t，产生赤泥10007万吨，同比增长19％，累计堆存量将达5亿吨，综合利用率仅为4％，远低于世界平均水平(15％)。山东、山西、河南、广西四省份占88％，山东、广西赤泥综合利用水平较高。常用的赤泥处置技术：酸中和，海水中和，生物降解，二氧化碳气体中和，烧结法等。赤泥现有的堆存及处置方式并非一劳永逸，开发出一种处理量大，无污无害化的技术是解决赤泥污染的关键。

赤泥综合利用主要包括两个方向：一是提取赤泥中的有用成分，如回收铁、铝、镓、钪等；二是将赤泥作为一般矿物原料综合利用，如做环保功能材料、建筑墙体材料、水泥、矿山充填等。

拜耳法赤泥中Fe

赤泥磁化焙烧是将赤泥中的赤铁矿Fe

①赤泥含碱较高，泥化严重，经过分级、细磨后在磁选过程中，矿浆粘度大，受泥化影响，产品铁精粉的品位不高严重影响产品过滤效果；

②赤泥Al

③对赤泥中铁的回收，仅限于对含铁量较高的拜耳法赤泥的处理，而由于生产Al

④赤泥粒度细，比表面积为同等粒径铁矿粉的50～100倍，孔隙率极高，采用磁化焙烧技术处理，过程控制模型区别于典型的气固未反应核收缩模型，因此还原条件参数和再生磁铁矿晶核形成及长大具有均相反应的部分特征。

发明内容

本发明目的在于提供一种针对拜耳法赤泥的综合利用方法，克服现有技术存在的还原条件难控制、结圈结块、焙烧时间长、弱磁选分选效果不佳等问题，实现赤泥铁资源回收、人工磁铁矿铁精粉氧化球团、预选尾泥及焙烧磁选尾渣固体废弃物的综合利用，具有工艺简单、成本低、经济性好、环境友好等诸多优点。

为达到上述目的，采用技术方案如下：

一种赤泥提铁降铝综合利用方法，包括以下步骤：

1)赤泥强磁选

赤泥经过强磁选处理后，实现泥砂分离得到强磁精矿和强磁尾矿；所得强磁精矿铁品位提高3-5个百分点；所得强磁尾矿产率为35～50wt％；

2)强磁精矿脱水干燥

所得强磁精矿经浓缩压滤(含水约20wt％)，脱水烘干堆存；

3)磁化还原焙烧

采用多级动态磁化焙烧炉在弱还原气氛下对强磁精矿进行处理，包括干燥、预热、焙烧、冷却；在炉内将物料预热10min～15min，在翻动状态下于500℃～750℃下焙烧5min～10min，然后在翻动状态下降温，最后在密封条件下排入水池淬冷；

4)磨矿-弱磁选

淬冷后的强磁精矿还原焙烧物经过擦磨后经LTC恒场强脱磁器脱磁，采用全自动淘洗磁选机(CH-CXJ)进行分选，得到弱磁铁精粉和弱磁尾砂；

5)铁精粉制备氧化球团

所得弱磁铁精粉经过浓缩压滤至水分13～15wt％，添加膨润土做粘结剂造球(可视原料条件添加一定量天然矿磁铁矿粉)，生球经筛分布料、脱水干燥、预热氧化、焙烧固结、冷却后制成氧化球团。抗压强度大于2500N/个，生产上可采用带式焙烧机或链箅机—回转窑球团工艺。

步骤1所述强磁选处理包括强磁粗选和强磁扫选。

步骤1所得强磁尾矿干燥脱水后作路基材料、水泥原料、石砖原料或水泥掺合料。

步骤3所述弱还原气氛使用0.5～5vt％的CO。

步骤3所述多级动态磁化焙烧炉由多个隔板将筒体的空腔分割成多个炉腔；隔板的中心开有主轴孔，空心的旋转主轴从筒体的底端穿过各层隔板的主轴孔，旋转主轴的上下端通过轴承与筒体相连；在每一层隔板上设置有扒臂与所述旋转主轴连接，扒臂上设置有扒齿，通过旋转主轴的旋转带动扒臂翻动物料；所述隔板上还设置有下料孔，且相邻隔板的下料孔交错分布；所述筒体上端设置有给料口、引风口，下端设置有出料口，通过溢流型螺旋与水池相通；

所述强磁精矿从给料口进入，随着旋转主轴带动扒臂实现翻动，通过隔板上的下料孔依次层层降落，在此过程中经过干燥、预热、焙烧和冷却，最后排入水池。

按上述方案，将所述炉腔从上至下依次分为干燥段、预热段、焙烧段以及冷却段；所述焙烧段的炉腔设置有燃烧室；使用旋转主轴的冷却风作为助燃风，通过调节煤气量，使燃烧室内产生不完全燃烧，在提供热量的同时提供还原性气体CO，所得尾气通过所述引风口排出炉外，利用尾气热量干燥赤泥。

步骤4所得弱磁尾砂经浓缩压滤，得到建筑材料用活性料或掺合料。

步骤5中脱水干燥温度为200℃～300℃、预热氧化温度为400℃～700℃、焙烧固结温度为900℃～1050℃。

步骤5中膨润土的添加量为0.5％～1.0wt％。

以拜耳法生产氧化铝所得赤泥(TFe25％～50％)矿经强磁选处理—磁化焙烧—弱磁选，得到高品质铁精粉(TFe58％～62％)，是优质的氧化球团原料；弱磁选产生的尾砂火山灰活性好，可作为混凝土复合矿物掺合料，实现了赤泥的资源化、减量化、无害化综合利用，具有生产成本低、经济性好、安全环保等诸多有点。磁化焙烧采用多级动态还原焙烧技术，完全消除了结圈结块问题，具有原料和燃料适应性强、焙烧均匀、温度及弱还原气氛控制方便、能源利用率高等优点。

多级动态磁化焙烧炉处理微细粒嵌布的难选氧化铁资源(褐铁矿、硫酸渣、赤泥)具有单位能耗低、处理时间短(30分钟)、磁性铁转化效率高、设备紧凑，台效高、适用范围广等显著的优点，应用简单工艺流程即能获得较理想的分选指标。多级动态磁化焙烧炉采用原料逐级预热—逐级反应，热废气循环利用，废气中细粒矿物回收再利用等节能环保技术，降低了生产能耗，减少了废气的排放，属节能减排新技术。

本发明采用多级动态磁化焙烧处理拜尔法赤泥，可使用煤气(人工煤气、高炉煤气、焦炉煤气或天然气)与褐煤(热值16720MJ/kg～20900MJ/kg，用量0～40kg/t赤泥)直接配合使用，燃料适用性强，可满足不同地区不同条件不同用户的要求。

多级动态磁化焙烧炉尾排出废气可以用来干燥入炉赤泥，高温废气排放较少，节约能源，可根据实际的情况进行调节。焙烧炉采用原料逐级预热——逐级还原，利用中心轴冷却风作为燃烧室助燃风，充分利用了能源，并减少了有害气体的排放，处理每吨赤泥的工序能耗低于40kg标煤，生产成本大幅度降低。

多燃烧室型多级动态磁化还原炉的各级炉体温度梯度明显，赤泥的脱水干燥、预热、焙烧、冷却过程在一台设备内分阶段完成，赤泥在动态下进行焙烧，还原均匀，无结圈结块现象。炉内温度调节便捷，不同阶段温度、还原气氛容易调控。

淬冷后的强磁精矿焙烧物经擦磨后，采用磁悬浮式弱磁淘洗机磁选，所得人工磁铁矿矿粉，比表面积高达4500cm

所得弱磁尾砂是一种细磨的活性原料，火山灰活性高，强度活性指数超过90％，可用作建筑材料、公路用砂、陶瓷、玻璃、微晶玻璃、花岗岩及硅酸盐新材料原料。其铁含量接近20％，粒度为-0.074mm达到95％以上，用作水泥添加料，可大幅度降低水泥生产成本。

附图说明

图1：本发明赤泥提铁降铝综合利用流程图；

图2；多级动态磁化焙烧炉示意图；

1-筒体，2-旋转主轴，3-出料口，4-水池，5-燃烧室A，6-燃烧室B，7-引风机，8-给料口，9-扒臂，10-扒齿，11-隔板，12-下料孔，13-溢流型螺旋。

具体实施方式

以下实施例进一步阐释本发明的技术方案，但不作为对本发明保护范围的限制。

以下实施例使用山东魏桥拜耳法氧化铝赤泥作为处理对象，其中铁含量高，另外三氧化二铝、二氧化钛和二氧化硅含量较高。荧光分析数据见表1所示。

表1

针对上述赤泥提铁降铝综合利用方法，参照附图1，过程如下：

1)赤泥强磁选

赤泥经过强磁选(磁场强度1.3T)处理后，实现泥砂分离得到强磁精矿和强磁尾矿；所得强磁精矿铁品位提高3-5个百分点；所得强磁尾矿产率为35～50wt％；所述强磁选处理包括强磁粗选和强磁扫选。所得强磁尾矿干燥脱水后作路基材料、水泥原料、石砖原料或水泥掺合料。

2)强磁精矿脱水干燥

所得强磁精矿经浓缩压滤(含水约20wt％)，脱水烘干堆存；

3)磁化还原焙烧

采用多级动态磁化焙烧炉在弱还原气氛下对强磁精矿进行处理，弱还原气氛使用0.5～5vt％的CO，包括干燥、预热、还原、冷却；在炉内将物料预热10min～15min，在翻动状态下于500℃～750℃下焙烧5min～10min，然后在翻动状态下降温，最后在密封条件下排入水池淬冷；

所述多级动态磁化焙烧炉参照附图2所示，由多个隔板11将筒体1的空腔分割成多个炉腔；隔板11的中心开有主轴孔，空心的旋转主轴2从筒体的底端穿过各层隔板11的主轴孔，旋转主轴2的上下端通过轴承与筒体1相连；在每一层隔板11上设置有扒臂9与所述旋转主轴2连接，扒臂9上设置有扒齿10，通过旋转主轴2的旋转带动扒臂9翻动物料；所述隔板11上还设置有下料孔12，且相邻隔板的下料孔12交错分布；所述筒体上端设置有给料口8、引风口和引风机7，下端设置有出料口3，通过溢流型螺旋13与水池4相通；

所述强磁精矿从给料口8进入，随着旋转主轴2带动扒臂9实现翻动，通过隔板11上的下料孔12依次层层降落，在此过程中经过干燥、预热、焙烧和冷却，最后排入水池3。

按上述方案，将所述炉腔从上至下依次分为干燥段、预热段、焙烧段以及冷却段；所述焙烧段的炉腔设置有燃烧室5和6；使用旋转主轴2中的冷却风作为助燃风，通过调节煤气量，使燃烧室内产生不完全燃烧，在提供热量的同时提供还原性气体CO，所得尾气通过所述引风口排出炉外，利用尾气热量干燥赤泥。

具体地，炉腔的第1～3层为干燥段，第4～5层预热，第6～8层焙烧，第9～10层为冷却段；焙烧炉分别在第6层、第7层和第8层各设有两个燃烧室，燃烧室使用中心轴冷却风作助燃风，以确保各层温度和还原气氛的调控；通过调节煤气量，使燃烧室内产生不完全燃烧，既确保磁化焙烧所需要的热量，又确保有充足的还原性气体CO，尾气通过引风口、引风机进入除尘系统，回收的占总给料量2％的粉尘返回给料系统重复利用，废气由烟囱排空。

本发明多级动态磁化还原工艺所述干燥(100℃以上)、预热(200-500℃)、焙烧(500℃开始、800℃完成)、冷却(非氧化气氛)均在动态下完成，矿石在炉体内的规则翻滚和均匀受热，改善其与还原介质接触效率，磁化焙烧速度大幅度提高(整个磁化还原时间30分钟)、还原的均匀性得到改善。

为避免赤泥“欠还原”或“过还原”，影响磁化焙烧效率的主要因素为温度、时间、气氛和原料预热。本发明采用气煤混用多级动态磁化焙烧，实现了对工艺过程及参数的有效控制：

影响赤泥磁化转化为磁铁矿的主要工艺参数：

温度：750℃～800℃；还原剂用量：CO 1～5％,O

热烟气的作用：

提供还原剂CO，H

水淬作用：

避免已经还原的磁铁矿的再氧化；产品冷却；颗粒脆裂，利于磨矿。

微正压(0～20Pa)控制(未配煤)的必要性：

避免炉内氧化，提供必要的还原剂；能源综合利用要求：尾气温度：用于原料干燥，温度低于250℃；尾气CO含量：小于1％；1～5层CO含量低；炉体保温措施。

安全要求：

高温环境保护；CO爆炸或中毒；水蒸气烫伤。

环境袋式除尘器：

除尘器进、出口压力检测；除尘器出口流量检测。

4)磨矿-弱磁选

淬冷后的强磁精矿焙烧物经过擦磨后经LTC恒场强脱磁器脱磁，采用全自动淘洗磁选机(CH-CXJ)进行分选，得到弱磁铁精粉和弱磁尾砂；

魏桥赤泥经本发明强磁选—动态磁化焙烧—弱磁选，得到结果见表2。铁精粉TFe含量达到61％，回收率达到70％，Al

表2

5)铁精粉制备氧化球团

所得弱磁铁精粉经过浓缩压滤至水分13～15wt％，添加膨润土做粘结剂造球(可视原料条件添加一定量天然矿磁铁矿粉)，生球经筛分布料、脱水干燥、预热氧化、焙烧固结、冷却后制成氧化球团。抗压强度大于2500N/个，生产上可采用带式焙烧机或链箅机—回转窑球团工艺。其中，脱水干燥温度为200℃～300℃、预热氧化温度为400℃～800℃、焙烧固结温度为900℃～1050℃；膨润土的添加量为1wt％。

魏桥赤泥磁化焙烧—磁选产出铁精粉精矿比表面积高(4388cm

人工磁铁矿球团很容易被氧化，在300℃氧化10min氧化度就达70％以上，在600℃氧化2.5min氧化度就达85％以上。在链篦机—回转窑生产铁矿球团时，一般焙烧前球团氧化度达80％就满足要求，可见，人工磁铁矿预热氧化时温度应该控制在300℃～600℃，低于天然磁铁矿球团要求的600℃～900℃。

实施例所得弱磁铁精粉球团、天然磁铁矿球团氧化度(15min)/％见表3所示。

表3

步骤4所得弱磁尾砂经浓缩压滤与石灰石、高炉水渣干燥至水分含量不高于5％。分别投入3个不同的变频计量配料仓中，按照5∶4∶1的质量配比进行混合。将混合料磨至细度-45μm低于20％后，脱水干燥，最后由提升机将物料输送至圆仓(全密封自动气压卸灰系统)中暂存并装车。按照JG/T 486-2015《混凝土用复合掺合料》对制得的复合矿物掺合料的产品性能进行了检测，结果如表4所示。

表4

表明，本发明所得弱磁尾砂、石灰石、水渣为原料，经各自干燥脱水、混合、研磨而成的复合矿物掺合料可用于混凝土中，满足产品性能要求。