工业化开发利用赤泥的工艺方法

摘要

一种工业化开发利用赤泥的工艺方法，主要解决氧化铝生产过程中产生的一种副产物赤泥的处理和工业化开发利用问题。其步骤包括：从赤泥中提选出全铁品位在43％至53％指标的铁矿粉，经脱水烘干后按一定量采用喷吹工艺加入开铁后的铁水中，利用铁水的高温及铁水的过饱和碳、以及铁水流动冲击搅拌作用，将铁矿粉中的氧化铁矿物熔融还原为铁水，然后进入炼钢系统。利用该方法，投资少、综合效益高、有利于自然资源的利用和环境保护。

说明书

技术领域

本发明涉及氧化铝生产过程中产生的一种副产物——赤泥的处理和工业化开发利用领域。

背景技术

在氧化铝生产过程中会产生一种副产物—赤泥，赤泥作为氧化铝生产的工业弃废，每生产一吨氧化铝，需排出1-1.8吨赤泥，目前通常的做法是筑坝即将其堆积成赤泥堆，国内仅有少量赤泥用于生产水泥、建材。赤泥为碱性物质，赤泥泥浆及雨水冲洗产生的污水对水质及土壤均有污染。另外、赤泥中含有多种有价值的成份，大量堆积，排放，不仅对环境产生影响，也是资源的浪费。

在氧化铝矿藏中，存在着铝铁伴生现象(全铁含量一般在10％左右)，经过氧化铝提取工艺后，铝被提取出来，而铁矿物在氧化铝生产的外排尾渣(赤泥)中得到了一定程度的富集，为对其综合利用提供了一定的基础，所以从赤泥中回收利用铁一直是氧化铝生产中综合利用赤泥技术研究项目的主攻方向。

赤泥处理与综合利用，是困扰世界各国氧化铝生产的难题之一，回收赤泥中的铁更是赤泥综合利用的重要一环，多年来国内外有关大学、研究机构等对赤泥进行了研究和探讨，在实验室中采用各种工艺方法进行实验，证明能够选出铁精矿，但大多没做过工业性试验，或因经济方面及选出铁矿粉中含有碱金属等原因无法实现工业应用，经调查目前国内没有形成规模化的利用赤泥提选铁矿物及大量消化使用的工艺生产线。综上所述，对赤泥中有价元素进行开发利用是一项具有重要社会意义及经济价值的开发性工作。

发明内容

针对拜耳法提取氧化铝生产后排出的赤泥，本发明的目的是提供一种工业化开发利用赤泥的工艺方法，利用该方法，投资少、综合效益高、有利于自然资源的利用和环境保护。

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：工业化开发利用赤泥的工艺方法，其步骤包括：

从赤泥中提选出全铁品位在43％至53％指标的铁矿粉，经脱水烘干后按一定量采用喷吹工艺加入开铁后的铁水中，利用铁水的高温及铁水的过饱和碳、以及铁水流动冲击搅拌作用，将铁矿粉中的氧化铁矿物熔融还原为铁水，然后进入炼钢系统。

铁矿粉的喷入量按每吨铁水喷入20-60公斤的铁矿粉。

将还原用添加剂混合配入干燥的铁矿粉中，还原剂用添加剂主要起消泡及还原助剂作用，加入比列在3％-5％左右。

该工艺流程对赤泥尾矿进行重选可以分离出部分石英砂，可用做建筑材料。

所述铁矿粉的提选步骤是：将氧化铝生产企业对外排放的赤泥采用管道输送到缓冲槽；采用旋流器分级；分级后粗料进入球磨机磨矿，磨后细度控制在50-200目；分级后细料和磨后料浆浓度控制在10％-40％输送到立环或平环式强磁磁选设备进行选别分离，控制背景场强为0.5-1.2T，脉冲为80-300次，转环转速为1-5rpm/min；富集选别后铁矿粉输送到浓缩、脱水设备进行脱水；脱水后赤泥铁矿粉输送到堆场储存；

选别后尾矿进入扫选设备，采用强磁磁选进行回收，控制背景场强为0.8-1.2T，脉冲为80-200次，转环转速为1-3rpm/min；扫选后铁矿粉输送到浓缩、脱水设备进行脱水；脱水后赤泥铁矿粉同样输送到堆场储存。

本发明的有益效果是：

1、采用物理选别工艺富集选出的含铁品位约43％-53％的铁矿粉，该生产工艺设备投资较少，生产成本低，只消耗设备用电、选矿水，没有其它二次污染；

2、由于利用铝厂生产排出的工业废弃物-赤泥提选出的铁矿粉中含有较多的氧化铝、氧化钠等对炼铁生产有害的物质。氧化铝高会造成炉渣熔点升高；K、Na等碱金属易挥发，在炉内循环会造成结瘤、降低焦碳及矿料的强度，有害于高炉冶炼。按目前一般传统的烧结、球团生产工艺为保证炼铁生产的要求只能少量配加该种铁矿粉，不能够实现大量消化的工业化要求。使用本发明工艺不需要另外投资建设昂贵的还原工艺设备；避免了对高炉生产的危害；开发出一种新的消纳使用生产工艺流程，是一种高效可行的赤泥铁矿物的消化工艺方法。

3、采用喷吹工艺将铁矿粉加入铁水中熔融还原工艺方法，能够避免铁矿粉中Al、K、Na对常规使用工艺带来的危害，该工艺方法简洁、成本低、·综合效益高，可以实现该铁矿粉的规模化消化利用，直接增加铁水产量。

4、另外，该工艺流程对赤泥进行适当处理可以分离出部分石英砂(SiO₂含量约70％)，占固体总量约15％，可以用做建筑用砂。

5、随着我国铝业的发展迅猛，铝厂外排的尾渣日见增多，所排赤泥需占用大量田地堆放，并对环境带来污染。而赤泥中随拌生矿含有铁等矿物，随着自然矿源的枯竭、观念的改变、技术的进步，赤泥这种原本称为废料的固体物质不久将会变为一种资源，有效的开发利用具有重要的社会效益及经济价值。

附图说明

图为本发明工艺流程图。

具体实施方式

针对拜耳法提取氧化铝生产后排出的工业渣液(赤泥浆料)，赤泥在罐中沉淀后，采用管道输送到赤泥堆场，赤泥泥浆L/S(混合体内液体和固体的重量比)约2.0；温度约60℃。

赤泥主要成份约为：

TFe：25.8％；FeO：0.16％；Al₂O₃：18.32％；SiO₂：17.8％；CaO：2.65％；MgO：0.16％；S：0.16％；P：0.11％；Na₂O：5.76％；K₂O：0.296％。

赤泥中的铁成分基本是以Fe₂O₃的形式存在，属赤铁矿；但因强碱、高温生产工艺过程，赤泥中存在复杂的Si、Fe、Al化合物。

在不烧结、不还原的情况下采用一种纯物理方法(通过分级、磨矿、分选富集等工艺技术)选别工艺技术流程，在不产生二次污染的情况下选别出全铁品位约43％至53％的铁矿粉。

其中，一次选别选出铁矿粉含铁品位：TFe：43％-53％；其它物质含量约在以下范围：FeO：0.33％；SiO₂：5.3％；Al₂O₃：9.8％；MnO：0.15；CaO：2.6％；MgO：0.3％；Na₂O：1.5％；K₂O：0.07％。

富集矿物产率在15％至35％之间。尾矿含铁品位约TFe：18.6％。

如图，选别铁矿粉的工艺流程：

将氧化铝生产企业对外排放的拜耳法赤泥浆料采用管道输送到缓冲料槽；采用旋流器分级；分级后粗料进入球磨机磨矿，细度控制在约150目；分级细料和磨后料浆浓度(即选矿浓度)控制在10％-40％输送到立环(或平环)式强磁磁选设备进行选别分离，控制背景场强为0.5-1.2T，脉冲为80-300次，转环转速为1-5rpm/min；富集选别后铁矿粉输送到浓缩、脱水设备进行脱水；脱水后赤泥铁矿粉输送到堆场(矿粉储场)储存。

选别后尾矿进入扫选设备，采用强磁磁选进行回收，控制背景场强为0.8-1.2T，脉冲为80-200次，转环转速为1-3rpm/min；扫选后铁矿粉输送到浓缩、脱水设备进行脱水；脱水后赤泥铁矿粉同样输送到堆场储存。扫选后的弃物送入赤泥坝。

具体参数根据实际需要来调整。

采用这种物理选别工艺富集选出的含铁品位约43％-53％的铁矿粉，该生产工艺设备投资较少，生产成本低，只消耗设备用电、选矿水，没有其它二次污染。

实施中发现，铝土矿经过高温、强碱浸取氧化铝后其余元素之间存在物理、化学反应，部分物质结合在一起；目前浮选所用的捕收剂、抑制剂不能高效的将铁成分选别出来，脱离出氧化铝及碱成分。因此、利用铝厂生产排出的工业废弃物-赤泥提选出的铁矿粉中含有较多的氧化铝、氧化钠等对炼铁生产有害的物质。氧化铝高会造成炉渣熔点升高；K、Na等碱金属易挥发，在炉内循环会造成结瘤、降低焦碳及矿料的强度，有害于高炉冶炼。按目前一般传统的烧结、球团生产工艺为保证炼铁生产的要求只能少量配加该种铁矿粉，不能够实现工业化大量消化的要求。

针对该情况，本技术方案进一步提出了如下措施：将脱水后赤泥铁矿粉送入烘干设备进行干燥处理；将还原用添加剂混合配入干燥的铁矿粉中，充分混匀；将混合加工好的以上喷吹原料输送到铁后喷吹系统罐中；在出铁水时，按照事先设定好的用量、喷吹速度自动控制喷吹原料，随高温铁水流动进入铁水中进行熔融还原、造渣，融化为铁水，进入炼钢系统。还原用添加剂加入量是铁矿粉用量的5％。铁矿粉的喷入量按每吨铁水喷入20-60公斤的铁矿粉。

所述的还原用添加剂主要组分由铝、三氧化二铝混合而成。其中铝20％、三氧化二铝75％、其余包括钙、镁、锰在内的杂质5％。也可仅有铝、三氧化二铝按1∶4的比例混合而成。

在出铁时将赤泥铁矿粉及添加剂混合原料喷入铁水中，经还原、融化后分别取出渣样、铁样，与未加赤泥铁矿粉的渣、铁样进行对比分析。

加入的赤泥铁矿粉，从对比看到，铁水中加入赤泥铁矿粉品位为43％后与不加的铁水成分几乎没有变化，赤泥铁粉中的Al₂O₃、Na₂O、K₂O等高炉有害杂质加入铁水后经高温还原、反应、融化产生浮渣，铁矿粉还原成铁水情况良好。

另外，结合铁水脱硅工艺试验，用赤泥铁矿粉替代原来脱硅剂的主料铁精粉取得成功，不但实现了原有的脱硅作用同时将赤泥铁矿粉经高温还原为铁水，直接用于炼钢生产。

经多次工业性试验证明该种工艺技术有效的利用了铁水的过热能量及其中的含碳，采用此短流程的工艺技术将赤泥氧化铁矿物还原为铁水，证明该工艺方法实际可行。试验采用每吨铁水喷入50公斤45％品位的铁矿粉，效果理想。

将赤泥一次强磁选矿生产出的全铁含量约45％的铁矿粉，经脱水烘干后按一定量采用喷吹工艺设备，加入开铁后的铁水中，利用铁水的高温及铁水的过饱和碳、以及铁水流动冲击搅拌作用，将45％品位的氧化铁矿物熔融还原为铁水，铁的所得率≥96％。虽然生产过程中产生一些排渣量，但该使用工艺不需要另外投资建设昂贵的还原工艺设备；避免了对高炉生产的危害；简化了消纳使用生产工艺流程，是一种高效可行的赤泥铁矿物的消化工艺方法。

实施中还发现，采用喷吹工艺将铁矿粉加入铁水中熔融还原工艺方法，能够避免铁矿粉中Al、K、Na对常规使用工艺带来的危害，该工艺方法简洁、成本低、综合效益高，可以实现该铁矿粉的规模化消化利用，直接增加铁水产量。

另外，该工艺流程对赤泥进行适当处理可以分离出部分石英砂(SiO₂含量约70％)，占固体总量约15％，可以用做建筑用砂。