專利名稱：一種高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種高鐵赤泥鐵、鋁、鈉等有價(jià)金屬元素高效分離綜合利用的方法。
背景技術(shù)：
赤泥是ー種氧化鋁生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的固體廢棄物。中國氧化鋁企業(yè)每生產(chǎn)It氧化鋁則副產(chǎn)I. (Tl. 8t赤泥。目前，中國的赤泥堆存量已達(dá)2億多噸，預(yù)計(jì)2015年將達(dá)到3億噸。赤泥的堆存不僅需要維護(hù)，而且占用土地、污染環(huán)境、并且存在著安全隱患。普遍采用的拜耳法生產(chǎn)氧化鋁后外排的赤泥，其主要化學(xué)成分為=Fe2O3為
10 70wt%、Al203 為 8 50wt%、Si02 為 7 15wt%、Na20 為 3 10wt%、Ca0 為 10 25wt%，由此看出，赤泥中的鐵含量比較豐富，但由于鈉等堿金屬以及氧化鋁含量超標(biāo)，不能直接用于煉鐵或者直接還原生產(chǎn)金屬化球団，在エ業(yè)生產(chǎn)中未能得到大量使用。隨著品位高、易分選的鐵礦資源的日益減少，鐵礦石價(jià)格持續(xù)高漲，迫切需要依靠技術(shù)進(jìn)步來最大限度地開發(fā)如赤泥一類的復(fù)雜難選冶的貧化資源。現(xiàn)階段回收赤泥中氧化鋁的生產(chǎn)方法主要是燒結(jié)法，該方法以拜耳法赤泥和碳酸鈉混合，在1000°c以上進(jìn)行燒結(jié)，得到固體鋁酸鈉燒結(jié)產(chǎn)物，然后用稀堿溶液溶出得到鋁酸鈉溶液，往溶液中通入C02得到氫氧化鋁，煅燒氫氧化鋁即可得到氧化鋁產(chǎn)品。殘留在溶液中的碳酸鈉可繼續(xù)循環(huán)使用?；厥昭趸c的方法是在未回收氧化鋁的情形下，通過向赤泥里添加CaO進(jìn)行水熱反應(yīng)，讓氧化鈉進(jìn)入液相，進(jìn)而達(dá)到回收氧化鈉的目的?；厥砧F的方法一般是在常規(guī)燒結(jié)礦或球團(tuán)礦或塊礦等入爐爐料中添加少量赤泥，使含鐵爐料中鈉等堿金屬含量< O. 35%，否則堿金屬在爐內(nèi)累積，破壞爐襯，此外，含鐵爐料中的氧化鋁含量要求使?fàn)t渣氧化鋁含量盡量控制在7 15wt%之間，以防止高鋁渣產(chǎn)生的爐墻粘結(jié)、爐缸堆積等破壞高爐正常冶煉的問題。以上鋁、鐵、鈉等的回收方法均存在能耗高、回收率低、經(jīng)濟(jì)上不可行和難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模エ業(yè)應(yīng)用等問題，嚴(yán)重制約赤泥中有價(jià)金屬的回收和綜合利用。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明提出一種高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法。核心エ藝步驟為( I)將赤泥制成合格的含碳球団；(2)使用轉(zhuǎn)底爐直接還原法還原赤泥中的鐵、鈉等金屬氧化物；(3)轉(zhuǎn)底爐還原出的鈉金屬進(jìn)入轉(zhuǎn)體爐上層后氧化為氧化鈉，從廢氣攜帶的煙塵中回收這些附著在煙塵上的氧化鈉；(4)將還原后的赤泥金屬化球團(tuán)熱送進(jìn)入鐵浴式氧煤熔融還原爐，通過煤氧燃燒進(jìn)行高溫熔化，以完成鐵、鋁熔融分離；(5)分離后的鐵水送至煉鋼系統(tǒng)，高鋁高溫熔渣經(jīng)添加氧化鈣改性后，控溫冷卻獲得自粉性爐渣經(jīng)傳統(tǒng)浸出エ藝提純回收氧化鋁。本發(fā)明所述的高鐵赤泥的化學(xué)成分為=Fe2O3為30 70wt%、Al2O3為l(T50wt%、SiO2為0 15wt%、Na2O為0 10wt%，其余為水和其他雜質(zhì)。本發(fā)明所述的赤泥含碳球團(tuán)是將具有上述化學(xué)成分的高鐵赤泥和焦粉按照一定比例混合后使用壓球機(jī)或造球機(jī)制成直徑為8 30mm的球型或橢球型球団。造球時(shí)可適當(dāng)配入鐵精礦粉，提聞入爐原料的品位，保證Fe2O3和Al2O3的總含量不小于50wt%,所用焦粉中的固定碳含量與高鐵赤泥所含鐵氧化物、鈉氧化物和加入鐵精礦所含的鐵氧化物中的氧元素總含量的摩爾比為C/0=1. 1" . 4。本發(fā)明所述的轉(zhuǎn)底爐直接還原法是將上述制成的赤泥含碳球團(tuán)干燥、預(yù)熱后布料裝入轉(zhuǎn)底爐內(nèi)進(jìn)行快速還原。裝料層數(shù)控制在1飛層范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)底爐的熱量來源于鐵浴熔分爐產(chǎn)生的高溫煤氣經(jīng)改質(zhì)爐后送入轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，與利用轉(zhuǎn)底爐尾氣預(yù)熱的富氧空氣燃燒，爐膛溫度控制為120(T145(TC。轉(zhuǎn)底爐料層內(nèi)為強(qiáng)還原氣氛，球団內(nèi)的鐵的氧化物和鈉的氧
化物，被球団內(nèi)部的碳直接還原，還原時(shí)間為2(T60min，得到金屬化率為5(Γ95%赤泥金屬化球団。轉(zhuǎn)底爐還原出的鈉金屬在球團(tuán)表層高溫還原勢下形成鈉蒸汽，鈉蒸汽進(jìn)入轉(zhuǎn)體爐上層后被氧化為氧化鈉，附著在煙塵上隨廢氣排出，所以要從廢氣攜帯的煙塵中回收這些附著在煙塵上的氧化鈉；本發(fā)明所采用的鐵浴熔分爐為氧煤熔融還原爐。將上述赤泥金屬化球団高溫連續(xù)輸送并經(jīng)耐高溫布料器裝入鐵浴爐，鐵浴爐內(nèi)無料柱，氧氣煤粉混合噴入渣內(nèi)，裝入的赤泥金屬化球団在渣層內(nèi)完成還原和熔分，噴入的煤粉量控制在300 IOOOkg/噸鐵水，氧氣用量控制在500 1200m3/噸鐵水，依據(jù)赤泥金屬化球団中Al2O3和SiO2的含量加入適量的CaO熔劑，控制爐渣ニ元堿度m (CaO)/m(SiO2)在I. O I. 2之間；控制二次燃燒率(PCR=C02%/ (C0%+C02%) X 100% )在8 50%范圍內(nèi)，相應(yīng)的爐內(nèi)熔渣溫度為1600±100°C。在本發(fā)明所述的鐵鋁分離方法中，熔煉終點(diǎn)的鐵水由鐵水罐送煉鋼系統(tǒng)，上層高鋁渣排出過程中加入生石灰，配入生石灰的數(shù)量必須保證熔渣中堿度Ca0/Si02=2. 0±0. 1，Ca0/Al203=l. 4±0. I范圍內(nèi)，控溫冷卻，冷卻速度小于10°C /min,以使生成的礦相90wt%為鋁酸鈣爐渣。本發(fā)明中氧煤熔融還原爐所產(chǎn)生的混合煤氣主要包含ニ氧化碳、一氧化碳、水蒸氣和氫氣，將這種煤氣通入焦炭床反應(yīng)器進(jìn)行改質(zhì)，使煤氣的氧化度(H20%+C02%)/(H20%+C02%+H2%+C0%) X 100 %降低至10%以內(nèi)，優(yōu)選為5%以內(nèi)，改質(zhì)后的高熱值煤氣返回轉(zhuǎn)底爐作燃燒燃料使用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢或特點(diǎn)主要包括以下方面(I)本發(fā)明使用轉(zhuǎn)底爐直接還原赤泥球團(tuán)エ藝，與傳統(tǒng)高爐處理鈉高鐵礦資源相比，能還原出金屬鈉蒸汽，并在煙氣管道中回收氧化鈉，而不會在爐內(nèi)結(jié)瘤富集，破壞爐村。(2)本發(fā)明使用氧煤鐵浴熔融還原爐進(jìn)行金屬化球団的深還原エ藝，與傳統(tǒng)高爐相比，由于鐵浴熔分爐無固體料柱且冶煉溫度較高不致造成爐渣粘稠，爐缸堆積，并且能使得煉鐵固體廢棄物高鋁渣資源化利用，提取氧化鋁，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。(3)本發(fā)明與背景技術(shù)中的專利技術(shù)相比，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模エ業(yè)應(yīng)用，且同時(shí)回收鐵、鋁、鈉等有價(jià)元素，合理利用廢棄的赤泥資源。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明使用轉(zhuǎn)底爐-煤氧鐵浴熔分爐聯(lián)合エ藝，主體設(shè)備為轉(zhuǎn)底爐和鐵浴爐，轉(zhuǎn)底爐用來將赤泥含碳球團(tuán)鐵、鈉等金屬氧化物直接還原，鈉蒸汽上升后被氧化，隨粉塵進(jìn)入煙道回收氧化鈉，鐵浴爐用來對轉(zhuǎn)底爐還原后的金屬化球團(tuán)進(jìn)行進(jìn)ー步的熔融深還原。鐵浴爐還原后，鐵水送至煉鋼系統(tǒng)，向排出的熔渣中加入一定量的石灰，使之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成利于提取氧化鋁的鋁酸鈣礦相，為后續(xù)提取氧化鋁奠定礦物基礎(chǔ)條件。實(shí)施例I根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)高鐵赤泥鐵、鋁、鈉的高效分離和綜合利用包括以下步驟(I)赤泥等物料的礦物加工。本實(shí)施例采用赤泥的化學(xué)成分主要為Fe2O3為
54. 03wt%,Al2O3 為 18. 75wt%、Si027. 15wt%、Na205. 10wt%，其他為水和雜質(zhì)，根據(jù)煤粉中的固定碳與赤泥中含鐵氧化物和鈉氧化物的總氧量，按摩爾比C/0=1. 2，將煤粉和干燥后的赤泥混勻后使用壓球機(jī)制成直徑為1(Γ18_的含碳球團(tuán)礦。(2)轉(zhuǎn)底爐快速還原。將制成的球団加入轉(zhuǎn)底爐內(nèi)進(jìn)行快速還原，球團(tuán)在爐底部鋪展為I層，燃燒助燃空氣富氧率為5%，控制爐膛溫度1200°C，還原時(shí)間為40min，得到金屬化率為85%赤泥金屬化球団，還原出的鈉金屬在球團(tuán)表層高溫還原勢下形成鈉蒸汽，鈉蒸汽進(jìn)入上層高氧化性氣氛后氧化為氧化鈉，附著在煙塵上排出、回收。(3)鐵浴爐深還原。將上述金屬化球団高溫連續(xù)輸送并經(jīng)耐高溫布料器裝入鐵浴爐，鐵浴爐內(nèi)無料柱，氧煤噴入渣內(nèi)，熱球團(tuán)在渣層內(nèi)完成還原和熔分，噴入的煤粉量為600kg/噸鐵水，并依據(jù)赤泥中氧化鋁和ニ氧化硅的含量加入氧化鈣熔劑，控制爐渣ニ元堿度在為I. I ;噴入氧氣825m3/噸鐵水，二次燃燒率控制在25%。(4)煤氣改質(zhì)處理。鐵浴式氧煤熔融還原爐燃燒后產(chǎn)生的含ニ氧化碳、ー氧化碳、水蒸氣和氫氣的混合煤氣，通入焦炭床反應(yīng)器，經(jīng)改質(zhì)反應(yīng)后，煤氣的氧化度(H20+C02)/(H20+C02+H2+C0)降低至4. 0%，改質(zhì)后的高熱值煤氣返回轉(zhuǎn)底爐作為燃料使用。(5)渣鐵分離與渣的礦化處理。熔煉終點(diǎn)的鐵水由鐵水罐送煉鋼系統(tǒng)，上層高鋁渣排出后加入生石灰，配入生石灰的量必須保證熔渣中堿度Ca0/Si02=2. O, CaOAl2O3=I. 4，控溫冷卻速度為8°C /min,生成的礦相90wt%為鋁酸鈣爐渣，生成的鋁酸鈣渣通過傳統(tǒng)的浸出エ藝提取氧化鋁。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例I基本相同，不同之處在于赤泥的化學(xué)成分主要為Fe20337. 03wt%、Al20319. 87wt%、Si028 . 26wt%、Na204. 68wt%，其余為水和雜質(zhì)，同時(shí)向赤泥中配入鐵精礦粉，使球團(tuán)礦的全鐵含量為TFe=50%，與煤粉按摩爾比C/0=1. 15，混合后使用壓球機(jī)制成直徑為8 16mm的含碳球團(tuán)礦，球團(tuán)在爐底部鋪展為3層，燃燒助燃空氣富氧率為10%，控制爐膛溫度1280°C，還原時(shí)間為30min，得到金屬化率為90%金屬化球団，還原出的鈉金屬在球團(tuán)表層高溫還原勢下形成鈉蒸汽，鈉蒸汽進(jìn)入上層高氧化性氣氛后氧化為氧化鈉，附著在煙塵上排出、回收。鐵浴爐噴入的煤粉量為500kg/噸鐵水，控制爐渣ニ元堿度在
I.05 ;按噴入氧氣525m3/噸鐵水，二次燃燒率控制在30%。其它エ藝相同。綜上所述，本エ藝流程的主要特征是對赤泥資源進(jìn)行壓球或造球后，先送入轉(zhuǎn)底爐進(jìn)行直接還原，再通過熱輸送進(jìn)入氧煤鐵浴爐進(jìn)行終還原以實(shí)現(xiàn)鐵、鋁、鈉等有價(jià)元素的高效分離與回收。本エ藝與其它エ藝顯著不同之處在于能使鐵、鋁、鈉等有價(jià)元素徹底分離同時(shí)保證高回收率，實(shí)現(xiàn)廢棄資源的大規(guī)模エ 業(yè)利用，本發(fā)明無エ業(yè)“三廢”排出，最終產(chǎn)品包括鐵水、氧化鋁、煤氣、氧化鈉、水泥和ニ氧化碳，本發(fā)明是一種高效清潔生產(chǎn)エ藝。
權(quán)利要求
1.一種高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法，其特征在于該方法以化學(xué)成分為=Fe2O3 為 30 70wt%、Al2O3 為 10 50wt%、SiO2 為 0 15wt%、Na2O 為 0 10wt%、其余為水和其他雜質(zhì)的高鐵赤泥為原料，適當(dāng)加入鐵精礦并按照一定比例加入焦粉后壓制成赤泥含碳球團(tuán)；利用廢氣干燥、預(yù)熱后，使用轉(zhuǎn)底爐直接還原法還原赤泥含碳球團(tuán)中的金屬氧化物；將還原后的赤泥金屬化球團(tuán)熱送進(jìn)入鐵浴式氧煤熔融還原爐，通過煤氧燃燒進(jìn)行高溫熔化分離；分離后的鐵水送至煉鋼系統(tǒng)，高鋁高溫熔渣經(jīng)添加氧化鈣改性后，控溫冷卻獲得自粉性爐渣供浸出エ藝提純回收氧化鋁使用；從廢氣攜帯的煙塵中回收附著在煙塵上的氧化鈉；氧煤熔融還原爐產(chǎn)生的混合煤氣經(jīng)改質(zhì)后返回轉(zhuǎn)底爐作燃燒燃料使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法，其特征在于適當(dāng)加入鐵精礦是指在高鐵赤泥中加入鐵精礦，保證Fe2O3和Al2O3的總含量不小于50wt% ；按照一定比例加入焦粉是指所用焦粉中的固定碳含量與高鐵赤泥所含鐵氧化物、鈉氧化物和加入鐵精礦所含的鐵氧化物中的氧元素總含量的摩爾比為C/0=1. Γ . 4 ;壓制成赤泥含碳球團(tuán)是指使用壓球機(jī)或造球機(jī)制成直徑為8 30mm的球型或橢球型球団。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法，其特征在于，使用轉(zhuǎn)底爐直接還原法還原赤泥球団中的金屬氧化物是指將赤泥含碳球團(tuán)按照裝料厚度為廣5層的范圍裝入到轉(zhuǎn)底爐內(nèi)，向轉(zhuǎn)底爐內(nèi)通入由鐵浴式氧煤熔融還原爐產(chǎn)生并經(jīng)改質(zhì)爐處理的高溫煤氣，與利用轉(zhuǎn)底爐尾氣預(yù)熱的富氧空氣燃燒，爐膛溫度控制為120(Tl450°C，還原時(shí)間為2(T60min，制取金屬化率為50 95%的赤泥金屬化球団。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法，其特征在干，將還原后的赤泥金屬化球團(tuán)熱送進(jìn)入鐵浴式氧煤熔融還原爐，通過煤氧燃燒進(jìn)行高溫熔化分離是指將赤泥金屬化球団高溫輸送裝入到無料柱、氧煤熔融還原爐內(nèi)，全氧煤粉混合噴入爐內(nèi)渣中，噴入的煤粉量控制在300 IOOOkg/噸鐵水，氧氣用量控制在500 1200m3/噸鐵水；依據(jù)赤泥金屬化球団中Al2O3和SiO2的含量加入適量的CaO熔劑，控制爐渣ニ元堿度 m (CaOVm(SiO2)在 I. O I. 2 之間；控制二次燃燒率(PCR=C02%/ (C0%+C02%)X 100% )在8 50%范圍內(nèi)，相應(yīng)的爐內(nèi)熔渣溫度為1600± 100°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法，其特征在干，分離后的鐵水送至煉鋼系統(tǒng)，高鋁高溫熔渣經(jīng)添加氧化鈣改性后，控溫冷卻獲得自粉性爐渣供浸出エ藝提純回收氧化鋁使用是指熔煉終點(diǎn)的鐵水由鐵水罐送至煉鋼系統(tǒng)，上層高鋁渣排出過程中加入生石灰，配入生石灰的數(shù)量保證熔渣中堿度Ca0/Si02=2. 0±0. 1，CaO/Al2O3=L 4±0. I范圍內(nèi)，控制冷卻速度小于10°C /min,以使生成的礦相90wt%為鋁酸鈣爐渣。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法，其特征在干，所述的改質(zhì)是指將燃燒后的含ニ氧化碳、一氧化碳、水蒸氣和氫氣的混合煤氣，通入焦炭床反應(yīng)器進(jìn)行改質(zhì)，使煤氣的氧化度(H20%+C02%) / (H20%+C02%+H2%+C0%) X 100 %降低至10%以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離的方法，方法以高鐵赤泥為原料，適當(dāng)加入鐵精礦和焦粉后壓制成赤泥球團(tuán)；干燥、預(yù)熱后使用轉(zhuǎn)底爐直接還原鐵、鈉等金屬氧化物；還原后的金屬化球團(tuán)送入鐵浴式氧煤熔融還原爐高溫熔化分離；分離后的鐵用于煉鋼，高鋁熔渣經(jīng)改性后回收氧化鋁；從廢氣攜帶的煙塵中回收鈉金屬氧化物；氧煤熔融還原爐產(chǎn)生的混合煤氣經(jīng)改質(zhì)后返回轉(zhuǎn)底爐使用。本發(fā)明可有效實(shí)現(xiàn)赤泥資源的高效回收和大規(guī)模工業(yè)綜合利用。
文檔編號C21B13/00GK102851425SQ201210292990
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者李強(qiáng), 張偉, 鄒宗樹 申請人:東北大學(xué)