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CN109913655A - 一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法 - Google Patents

一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法 Download PDF

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张子木
韩继标
郭军华
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Abstract

一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法，按以下步骤进行：(1)准备原料高铁高钛赤泥；(2)干燥获得脱水原料；脱水原料与固态碳质还原剂和造渣剂混料制成混合料，喷吹到涡流搅拌高温炉的漩涡中心，进行涡流搅拌还原；(3)还原后形成的铁水与含钛熔融渣分层续溢流分离；向铁水中加入铬铁和锰铁制成耐磨铸铁产品；(4)含钛熔融渣在冷却过程中，含钛成分富集形成含钛相，与余渣分离；余渣调整组分，再经破碎和研磨制成水泥熟料。本发明的方法可同时实现赤泥中钠和铁的提取，工艺步骤简单，钠和铁的提取率较高，赤泥利用率达100％。

Description

一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法。
技术背景
赤泥是以铝土矿为原料制取氧化铝或氢氧化铝后所产生的强碱性固体废物。目前，全球赤泥储量估测已经超过30亿吨，并且每年大约以1.2亿吨的速度增长，世界赤泥平均利用率为15％。中国赤泥累计堆存量已增长至6亿吨，并且每年大约以1亿吨的速度增长，中国赤泥利用率仅为4％。大部分赤泥仍然采取陆地堆存的方法处置。赤泥堆存不仅浪费了二次资源、占用大量土地，而且破坏了赤泥堆场的周边环境，带来了严重的环境问题，致使铝工业的环保压力剧增。赤泥堆存的环境风险早已引起了各氧化铝生产国政府及企业的重视，解决赤泥问题的关键是研发赤泥综合利用技术。
为实现赤泥的高效利用以及有价元素提取，我国铝工业进行了大量的研发工作，现有的赤泥利用技术一般可分为两种：一种是作为一般性工业原料整体利用，如赵广明等人发明的“一种利用赤泥生产水泥熟料的方法”(申请号：CN201210031710.1)，是向脱碱赤泥中添加脱碱石膏和粉煤灰，将以上三种材料在搅拌罐中混合均匀，同时加水将其浓度调整至30％。使用板框式高压压滤机压滤至固体混合物含水量低于25％，然后送入转窑内煅烧成水泥熟料；王文举等人发明的“一种铝工业工艺废渣全部转型为生态建筑材料的工艺与方法”(申请号：CN200710105971)，利用铝工业在生产过程中所产出的固体废物赤泥(烧结法、拜耳法)、锅炉炉渣、选矿尾矿、化灰渣、煤气发生炉渣、污泥六种废渣自身的物质属性，通过干燥、粉碎、合理配比、加工成型(碾压、挤压)固结或烧结工艺，转化为新型的路用材料和建筑墙体材料。
也有从赤泥中提取有Na、Al、Fe、稀有金属等有价金属元素的技术；娄东民等发明的“一种拜耳法赤泥的脱碱方法”(申请号：CN201810572642.7)先对赤泥进行磨制，使赤泥的表面更新，然后再对经过表面更新处理的赤泥与石灰乳混合后进行脱碱反应，经过脱碱反应后的赤泥浆液进行洗涤、液固分离，可以获得含碱的溶液，返回氧化铝生产流程，分离后低碱含量的赤泥送赤泥大坝堆存；
陈环月等发明的“一种从赤泥中分选提铁除钠的方法，申请号CN108686828A”将赤泥通过粉碎或球磨制成以微细颗粒为主的微细赤泥料，对微细赤泥料进行分级，将微细赤泥料中粒径小于5微米的微细颗粒中的10～98％分离出来，分离出来的粒径小于5微米的微细颗粒产品为以钠硅渣和钙硅渣为主的产品，其中氧化钠含量大于10％，分级后剩余的赤泥料为铁矿产品，其中氧化铁含量大于30％。
赤泥作为一般性工业原料整体利用时存在赤泥碱性制约、产品价格低、收益差等问题；分别提取有价元素的方法又大多存在提取率低、元素富集产品纯度低无法直接利用等问题。因此尽管氧化铝工业关于赤泥利用的研究众多，目前赤泥的堆存问题仍然未能得到妥善解决。
发明内容
为了更好的实现赤泥的综合利用，本发明提供一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法，以高铁高钛赤泥为原料，与还原剂和造渣剂混料，再喷吹到还原高温炉漩涡中心还原提铁，钠进入烟气回收，熔融渣经缓冷使含钛相富集分离，余渣调整组分研磨直接成为水泥熟料。
本发明的方法按以下步骤进行：
(1)准备原料高铁高钛赤泥，高铁高钛赤泥按质量百分比TFe 20～40％，含TiO2 3～10％，Na2O 2～15％，Al2O3 15～25％，SiO2 15～25％，CaO 5～25％，H2O 5～20％；
(2)将原料干燥至水的质量百分比≤1％，获得脱水原料；将脱水原料与固态碳质还原剂和造渣剂混料制成混合料，直接喷吹到涡流搅拌高温炉的漩涡中心，混合料被卷入熔池中，在1300～1450℃进行涡流搅拌还原10～60min；所述的固态碳质还原剂为焦煤，固态碳质还原剂的量与原料中Fe的摩尔比为1.2～1.5，造渣剂为CaO和CaF2的混合物，其中CaO按混合料的碱度为1.0～1.4添加，CaF2占CaO总质量的10～30％：
(3)还原后形成的铁水与含钛熔融渣分层，并进行连续溢流分离；向分离出的铁水中加入铬铁和锰铁直接冶炼并浇铸制成耐磨铸铁产品；
(4)分离出的含钛熔融渣在冷却过程中，含钛成分逐渐富集形成含钛相，与余渣分离；将含钛相取出，余渣调整组分使其符合水泥熟料要求，再经破碎和研磨制成水泥熟料。
上述的碱度的计算公式按
式中，mCaO为混合粉体中氧化钙的质量百分数，mAl2O3为混合粉体中氧化铝的质量百分数，mSiO2为混合粉体中氧化硅的质量百分数，mTiO2为混合粉体中氧化钛的质量百分数。
上述方法中，氧化铁还原的主要反应为：
FexOy+yC＝yCO+xFe (2)、
FexOy+yCO＝yCO2+xFe (3)
和
FexOy+y/2C＝y/2CO2+xFe (4)。
上述方法中，钠在涡流搅拌还原过程进入烟气，经烟气收尘系统回收。
上述方法中，铁的回收率≥90％。
上述方法中，钠的回收率≥95％。
上述方法中，富钛相主要成分为氧化钛，钛的回收率≥60％。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)高铁高钛赤泥采用涡流熔融还原，赤泥与还原剂和造渣剂混合后，不经造求直接喷吹到涡流熔融还原炉涡流区域，钠在还原过程进入烟气回收，得到铁水加入铬铁、锰铁直接冶炼成耐磨铸铁产品，可同时实现赤泥中钠和铁的提取；
(2)工艺步骤简单，脱碱后的熔融渣Na2O含量小于0.5％，更能符合水泥熟料的成分要求，可增加赤泥烧制水泥熟料的添配量；
(3)钠和铁的提取率较高，分别在90％以上和95％以上，熔融渣经冷却使含钛相富集分离，钛的提取率可达60％以上，提取后的尾渣完全用于生产水泥熟料，赤泥利用率达100％。
附图说明
图1为本发明的一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法流程示意图。
具体的实施方式
本发明实施例中水泥熟料的成分按质量百分比含CaO 62～64％，SiO2 20～23％，Al2O3 4～6％，Fe2O3 3～5％。
本发明实施例中熔融渣的Na2O质量百分比小于0.5％。
本发明实施例中的耐磨铸铁产品为牌号HBW555Cr13(ISO 21988/JN/HB)的耐磨铸铁。
本发明实施例中原料干燥时的温度为150～200℃。
本发明的涡流搅拌还原是指发明“一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法”公开的方法，所涉及的涡流搅拌还原高温炉为该方法是用的设备。
本发明的一种涡流搅拌熔融还原炼铁方法为公开号CN106435080A的专利申请。
本发明实施例中调整组分是加入钙质原料、硅质原料和/或铁质原料。钙质原料选用石灰石、电石渣中的至少一种；硅质原料选用高岭土、黏土、粉煤灰、尾矿渣中的至少一种；铁质原料选用高铁赤泥、铁渣、钢渣中的至少一种。
本发明实施例中钠的回收率≥95％，铁的回收率≥90％。
本发明实施例中富钛相主要成分为氧化钛，钛的回收率≥60％。
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
(1)准备原料高铁高钛赤泥，高铁高钛赤泥按质量百分比TFe 40％，含TiO2 10％，Na2O 12％；
(2)将原料干燥至水的质量百分比≤1％，获得脱水原料；将脱水原料与固态碳质还原剂和造渣剂混料制成混合料，直接喷吹到涡流搅拌高温炉的漩涡中心，混合料被卷入熔池中，在1300℃进行涡流搅拌还原60min；所述的固态碳质还原剂为焦煤，固态碳质还原剂的量与原料中Fe的摩尔比为1.2，造渣剂为CaO和CaF2的混合物，其中CaO按混合料的碱度为1.4添加，CaF2占CaO总质量的10％：钠在涡流搅拌还原过程进入烟气，经烟气收尘系统回收；
(3)还原后形成的铁水与含钛熔融渣分层，并进行连续溢流分离；向分离出的铁水中加入铬铁和锰铁直接冶炼并浇铸制成耐磨铸铁产品；
(4)分离出的含钛熔融渣在冷却过程中，含钛成分逐渐富集形成含钛相，与余渣分离；将含钛相取出，余渣调整组分使其符合水泥熟料要求，再经破碎和研磨制成水泥熟料，水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3的质量百分比分别为62％、23％、5％和4％，满足水泥熟料的成分要求。
实施例2
(1)准备原料高铁高钛赤泥，高铁高钛赤泥按质量百分比TFe 20％，TiO2 4％，Na2O3％；
(2)将原料干燥至水的质量百分比≤1％，获得脱水原料；将脱水原料与固态碳质还原剂和造渣剂混料制成混合料，直接喷吹到涡流搅拌高温炉的漩涡中心，混合料被卷入熔池中，在1450℃进行涡流搅拌还原10min；所述的固态碳质还原剂为焦煤，固态碳质还原剂的量与原料中Fe的摩尔比为1.5，造渣剂为CaO和CaF2的混合物，其中CaO按混合料的碱度为1.2添加，CaF2占CaO总质量的20％：钠在涡流搅拌还原过程进入烟气，经烟气收尘系统回收；
(3)还原后形成的铁水与含钛熔融渣分层，并进行连续溢流分离；向分离出的铁水中加入铬铁和锰铁直接冶炼并浇铸制成耐磨铸铁产品；
(4)分离出的含钛熔融渣在冷却过程中，含钛成分逐渐富集形成含钛相，与余渣分离；将含钛相取出，余渣调整组分使其符合水泥熟料要求，再经破碎和研磨制成水泥熟料，水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3的质量百分比分别为64％、20％、6％、5％，满足水泥熟料的成分要求。
实施例3
(1)准备原料高铁高钛赤泥，高铁高钛赤泥按质量百分比TFe 30％，TiO2含量在3％，Na2O 15％；
(2)将原料干燥至水的质量百分比≤1％，获得脱水原料；将脱水原料与固态碳质还原剂和造渣剂混料制成混合料，直接喷吹到涡流搅拌高温炉的漩涡中心，混合料被卷入熔池中，在1400℃进行涡流搅拌还原30min；所述的固态碳质还原剂为焦煤，固态碳质还原剂的量与原料中Fe的摩尔比为1.4，造渣剂为CaO和CaF2的混合物，其中CaO按混合料的碱度为1.0添加，CaF2占CaO总质量的30％：钠在涡流搅拌还原过程进入烟气，经烟气收尘系统回收；
(3)还原后形成的铁水与含钛熔融渣分层，并进行连续溢流分离；向分离出的铁水中加入铬铁和锰铁直接冶炼并浇铸制成耐磨铸铁产品；
(4)分离出的含钛熔融渣在冷却过程中，含钛成分逐渐富集形成含钛相，与余渣分离；将含钛相取出，余渣调整组分使其符合水泥熟料要求，再经破碎和研磨制成水泥熟料，水泥熟料中CaO、SiO2、Al2O3和Fe2O3的质量百分比分别为63％、21％、4％和3％，满足水泥熟料的成分要求。

Claims (6)

1.一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)准备原料高铁高钛赤泥，高铁高钛赤泥按质量百分比TFe 20～40％，含TiO2 3～10％，Na2O 2～15％，Al2O3 15～25％，SiO2 15～25％，CaO 5～25％，H2O 5～20％；
(2)将原料干燥至水的质量百分比≤1％，获得脱水原料；将脱水原料与固态碳质还原剂和造渣剂混料制成混合料，直接喷吹到涡流搅拌高温炉的漩涡中心，混合料被卷入熔池中，在1300～1450℃进行涡流搅拌还原10～60min；所述的固态碳质还原剂为焦煤，固态碳质还原剂的量与原料中Fe的摩尔比为1.2～1.5，造渣剂为CaO和CaF2的混合物，其中CaO按混合料的碱度为1.0～1.4添加，CaF2占CaO总质量的10～30％：
(3)还原后形成的铁水与含钛熔融渣分层，并进行连续溢流分离；向分离出的铁水中加入铬铁和锰铁直接冶炼并浇铸制成耐磨铸铁产品；
(4)分离出的含钛熔融渣在冷却过程中，含钛成分逐渐富集形成含钛相，与余渣分离；将含钛相取出，余渣调整组分使其符合水泥熟料要求，再经破碎和研磨制成水泥熟料。
2.根据权利要求1所述的一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法，其特征在于所述的碱度的计算公式按
式中，mCaO为混合粉体中氧化钙的质量百分数，mAl2O3为混合粉体中氧化铝的质量百分数，mSiO2为混合粉体中氧化硅的质量百分数，mTiO2为混合粉体中氧化钛的质量百分数。
3.根据权利要求1所述的一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法，其特征在于步骤(2)中，钠在涡流搅拌还原过程进入烟气，经烟气收尘系统回收。
4.根据权利要求1所述的一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法，其特征在于铁的回收率≥90％。
5.根据权利要求1所述的一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法，其特征在于钠的回收率≥95％。
6.根据权利要求1所述的一种赤泥回收钠、铁和钛同时熔融渣直接水泥化的方法，其特征在于富钛相主要成分为氧化钛，钛的回收率≥60％。
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