专利名称：处理红土的方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及将红土处理成至少熔融的矿渣，优选处理成至少熔融的铁及熔融的矿 渣的方法及系统。
背景技术：
红土是铝制造工业产生的废品。尤其，当称作铝土矿的氧化铝矿石，首次经历使用 苏打灰的加压过滤以提升其氧化铝含量到高于99%时遇到红土。由此湿法冶金过滤工序分 出的固体余渣称为红土，典型地具有以下的一般组成Fe203-30到60%，Al2O3-IO到20%， Si02-3 至Ij 50%, Na20-2 至Ij 10%, Ca0-2 至Ij 8% 以及 TiO2-O 至Ij 10%。在希腊，例如，每年产生大约160，000吨红土，其处置已经成为问题。直到现在，及 在环保主义者的极大关注下，红土已经以每吨85美元的成本被丢于地中海。发明目的本发明的目的是以高效和环境友好的方式理想地提供一种处理红土的方法及系 统。发明概述在一个方面本发明提供了处理红土的方法，该方法包括加热红土的步骤，以形成 至少熔融的矿渣，优选地至少熔融的铁及熔融的矿渣。在一个实施例中，所述红土在熔炉内加热，以形成至少熔融的矿渣，优选地至少熔 融的铁及熔融的矿渣。在一个实施例中所述方法还包括分离，优选为倒出所述熔融的矿渣，以及将所述 熔融的矿渣转化为颗粒状产品的步骤。在一个实施例中所述熔融的矿渣被分出进入保温炉。在一个实施例中将熔融的矿渣转化为颗粒状产品的步骤包括将所述熔融的矿渣 与雾喷流接触的步骤。在一个实施例中，所述雾喷流为基本上水平定向的。在一个实施例中所述雾喷流为高速雾喷流，优选地具有大于100m/S的速度。在一个实施例中所述颗粒状产品包括玻璃纤维。在一个实施例中形成至少熔融的铁及熔融的矿渣，及所述方法还包括将熔融的铁 铸造为固体产品，例如块或坯料的步骤。在另一实施例中，形成至少熔融的铁及熔融的矿渣，及所述方法还包括将所述熔 融的铁转化为高硅铸铁的步骤，所述高硅铸铁优选地含有约16%到约18%的硅。在一个实施例中所述方法还包括将所述高硅铸铁铸造成固体产品的步骤，例如块 或坯料。在另一实施例中，所述方法还包括将所述高硅铸铁直接转化成粉末的步骤。在进一步的实施例中，至少形成熔融的铁及熔融的矿渣，及所述方法还包括将所 述熔融的铁直接转化为粉末的步骤。在一个实施例中所述方法还包括，在加热红土的步骤之前，干燥红土的步骤，以使
5得加热红土的步骤包括加热干燥的红土的步骤。在一个实施例中干燥红土的步骤包括以下步骤提供旋转干燥管，从其一个进给 头红土被输入，及从其另一个排出头干燥红土被排出，并加热该干燥管。在一个实施例中所述干燥的红土被输入到熔炉，优选地通过进料部件输入。在一个实施例中所述干燥管是从外部加热的。在一个实施例中所述干燥管为使用来自熔炉的热气从外部加热的。在一个实施例中，所述热气，在用于加热干燥管之后，被过滤以收集红土粉尘。在一个实施例中，所述收集的红土粉尘回收进入熔炉。在一个实施例中所述方法还包括向红土中添加硅砂及碎焦炭细粉(coke breeze fines)的步骤。在一个实施例中所述硅砂及碎焦炭细粉在干燥红土的步骤之前加入。在另一个方面本发明提供空气-水造粒器具，以从熔融的供给物生产颗粒状产 品，所述器具包括雾喷流发生器以产生雾喷流，其通过剪切所递送的，优选为倾倒入雾喷流 的熔融的供给物的作用产生颗粒状产品。在一个实施例中所述雾喷流发生器包括喷嘴单元，其包含空气箱，该空气箱包括 空气入口及空气出口，从该出口压缩空气流被传送，以及包含水箱，其位于靠近空气出口， 从所述水箱水被引导入压缩空气流，成为雾，以使所述传送的压缩空气流含有水雾，从而产 生雾喷流。在一个实施例中所述空气箱在截面上为大体三角形的。在一个实施例中所述压缩空气流具有至少100m/S的速度。在一个实施例中所述水箱包括水进口和水出口，所述水出口位于靠近空气出口， 水从所述水出口被引导入压缩空气流。在一个实施例中所述空气出口为延长的孔。在一个实施例中所述水出口为延长的孔。在一个实施例中所述器具还包括收集箱以收集所述颗粒状产品。在一个实施例中所述收集箱包括排气口，从该排气口用过的空气被排出。在一个实施例中所述颗粒状产品为玻璃纤维。在另一实施例中所述颗粒状产品为粉末。在另一个方面本发明提供了处理红土的系统，该系统包括熔炉以接受及加热红 土，以形成至少熔融的矿渣，优选地至少熔融的铁及熔融的矿渣。在一个实施例中所述系统还包括干燥器，用于在使用熔炉加热之前干燥红土。在一个实施例中所述系统还包括将干燥红土输送到熔炉的进料部件。在一个实施例中所述干燥器包括可旋转的干燥管，在其一个进给头红土被输入， 从其另一个排出头干燥的红土被排出。在一个实施例中所述干燥管为从外部加热的。在一个实施例中所述干燥器还包括附件，干燥管通过该附件延伸，同时通过该附 件接受来自熔炉的热气以加热干燥管。在一个实施例中所述系统还包括粉尘提取单元，在热气用于加热干燥管之后，其 接受热气，并过滤所述热气以提取红土粉尘。
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在一个实施例中所收集的红土粉尘被回收进入熔炉。在一个实施例中所述系统还包括保温炉以容纳来自熔炉的熔融的矿渣或熔融的 铁。在一个实施例中所述系统还包括空气-水造粒器具以从熔融供给物产生颗粒状 产品，所述器具包括雾喷流发生器，以产生雾喷流，其通过剪切所递送的，优选为倾倒入雾 喷流的熔融供给物的作用产生颗粒状产品。在一个实施例中所述雾喷流发生器包含喷嘴单元，该喷嘴单元包含空气箱，所述 空气箱包括空气入口及空气出口，从该空气出口压缩空气流被传送，以及包含水箱，其位于 靠近空气出口，从所述水箱水被引导入压缩空气流，成为雾，以使所述传送的压缩空气流含 有水雾，从而产生雾喷流。在一个实施例中，所述空气箱在截面上为大体三角形的。在一个实施例中所述压缩空气流具有至少100m/S的速度。在一个实施例中所述水箱包括水进口和水出口，所述水出口位于靠近空气出口， 水从所述水出口引导入压缩空气流。在一个实施例中所述空气出口为延长的孔。在一个实施例中所述水出口为延长的孔。在一个实施例中所述系统还包括收集箱以收集所述颗粒状产品。在一个实施例中所述收集箱包括排气口，从所述排气口用过的空气被排出。在一个实施例中所述颗粒状产品为玻璃纤维。在另一实施例中所述颗粒状产品为粉末。在一个实施例中所述红土混合以碎焦炭细粉及硅砂。附图简要说明本发明优选的实施例将于下文通过实例的方式描述，所附的图仅作为参考，其 中
图1图示说明了处理红土的处理系统，其与本发明的优选实施例相一致；图2图示说明了空气-水造粒器具，其与本发明的优选实施例相一致；以及图3(a)到(c)说明了图2的空气-水造粒器具喷嘴的顶部、垂直剖面(沿剖面 I-D及正视图。优选实施例说明图1说明了处理红土的处理系统，其与本发明的优选实施例相一致。在本实施例中，所述处理系统包括干燥器3以干燥红土，所述红土作为来自湿法 冶金学操作的过滤产品，含有高水分成分，典型地按质量计约25 %。在本实施例中，所述干燥器3含有被加热的旋转干燥管5，此管是从外部加热的， 从所述干燥管的一头，进料头，提供红土，在此红土以与硅砂及碎焦炭细粉的混合物的形 式。在该实施例中，所述干燥管5包括缓慢旋转的，带有难熔衬里的滚筒，在此处所述 衬里为氧化铝衬里。在该实施例中，所述干燥器3还包括加热单元7，其含有加热的气体，以及干燥管5 通过该加热单元延伸。
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在该实施例中，加热单元7包括附件9，此附件为盒的形式，所述附件被输入热的 加热气体，所述气体引导自熔融还原炉31，该炉在下文将更详细描述。优选对干燥管5从外 部加热，这是由于这减少红土粉尘的产生及因此减少其移行。在本实施例中，加热的附件9包括垂直分隔11，其迫使热气体在退出临近的包腔 17及在该包腔内被过滤之前，沿干燥管5的外表面上下“蛇行”，如下文更详细描述的。使用热熔炉气作为加热的手段有多种好处，其包括(i)所述工序有效地减少碳“足迹”(即每吨红土产生的数吨的CO2)，由于在熔融 还原炉31中降低水分意味着将需要更少的碎焦炭，因此，相应地产生更少的二氧化碳。(ii)在转化水分(自由水及结晶水)为氢气的时候没有电能会被浪费，因此导致 熔炉生产量的上升。(iii)在同样的电能输入下熔炉生产量上升，减少了所述工序的碳“足迹”。在此实施例中所述系统还包括气体处理单元15，处理在加热单元7中使用之后的 加热气体。在此实施例中所述气体处理单元15包含集尘器17，在此以包腔的形式，其从加热 气中分离尘土，还包含抽风机19以使来自加热单元7的加热气通过集尘器17。在此实施例 中，所分离的尘土被回收，在此处输入至熔融还原熔炉31中。在此实施例中所述系统还包括冷凝器单元21，以使干燥器3中产生的水汽或者蒸 汽冷凝。所述冷凝器单元21包括冷凝器23，以冷凝提取自干燥器3的水蒸气，过滤单元 25，在此实施例中为小袋式滤器单元，是冷凝器23的下游，及抽风机27，优选低kVA，用于驱 使含有水蒸气的气体，从干燥器3通过冷凝器23及过滤单元25，并将此气体作为清洁的气 体排出到大气。在此实施例中，硅砂及碎焦炭细粉被加入红土中，同时为了使所述硅砂及碎焦炭 细粉便利地混合入红土，这两种组分优选地在干燥管5的入料头和湿红土共同加入。碎焦 炭不会燃烧，这是由于干燥管5内达到的最高温度典型地在350°C到450°C。所述处理系统还包括熔融还原熔炉31，典型地为5MVA熔炉，其从干燥管5的排出 头接受加热的红土混合物。从干燥管5将加热的红土混合物转移到熔融还原熔炉31可以数种方式完成。在 一个实施例中，所述加热的红土混合物通过进料单元转移，此处为有难熔衬里的进料单元， 红土混合物在重力下从干燥管5的排出头进入所述进料单元，所述进料单元起作用以调节 红土混合物到熔融还原熔炉31中的进料。在一个实施例中所述进料单元包括加料斗，其具有朝其较低的终端陡峭地倾斜的 边，其从干燥管5接受加热的红土混合物，包括收集所述红土混合物的箱，以及包括送料 器，优选为螺旋送料器，以将红土混合物通过倾斜的管状筒转移到熔融还原熔炉31中，此 处通过熔融还原熔炉31的装料斜槽转移。在一个实施例中，所述螺旋送料器能通过速度可 变的传动马达推动，其速度可由熔炉操作人员控制或者设置，以使红土混合物进料到熔融 还原熔炉31中的速度直接地与传动马达的角速度成比例。一旦进料到熔融还原熔炉31，会形成热熔体，温度典型地在1610°C附近。三种产 品会在熔融还原熔炉31的熔炉钵中同时和连续地产生，这些产品为熔融的铁，其在熔炉钵
8的底部积累，熔融的玻璃质矿渣，其在熔融的铁上，及富含二氧化碳的热气。在这个实施例中，所述处理系统还包含另一个熔融还原熔炉35，优选2MVA，作为 第二熔炉，熔融的玻璃质矿渣转移于其中。第二熔融还原炉35的熔炉钵具有容纳第一熔融 还原熔炉31每一次热量中所产生的熔融矿渣体积的尺寸。在这个实施例中，所述熔融的矿渣用于产生颗粒状的玻璃产品，在此为玻璃纤维， 及所述第二熔融还原熔炉35配置为最适于生产玻璃纤维。处理体系还包含空气-水造粒器具41以生产颗粒状玻璃产品，此处为玻璃纤维， 如图2和3中特别图示的。 在这个实施例中，所述造粒器具41包括高速雾喷流发生器42以产生高速雾喷流， 其通过对所述所递送的，在这里倾倒的熔融矿渣进行剪切的作用产生颗粒状玻璃产品。在这个实施例中，所述雾喷流发生器42包含喷嘴单元43，其包含空气箱45，在这 里通常在截面上为三角形，其在其背后末端包含空气入口 47，及在其另一边前端包含空气 出口 49，从该出口输送压缩空气喷射流或压缩空气流，此处以至少100m/S的速度输送，以 及水箱53，其位于靠近空气出口 49，并从此水箱水被引入压缩空气流中，在此成为薄雾，典 型地以极小的小滴的形式，从而所述递送的压缩空气流含有水雾，在此作为较少的部分，从 而产生高速雾喷流。在这个实施例中，所述水箱53包括水入口 55及水出口 57，所述水出口位于靠近空 气出口 49，并从该出口水被引入压缩空气流。在这个实施例中，所述空气箱45的空气入口 47和空气出口 49之间具有大约 200mm的长度，以及所述空气出口 49为延长的孔，在此其具有大约120mm的长度以及约3mm
的高度。在这个实施例中所述水出口 57为延长的孔，其具有大约120mm的长度以及约2mm
的高度。在这个实施例中，所述喷嘴43由成片的薄板制成，此处为大约3mm厚的成片的钢 薄板，其被焊接在一起以形成盒状容器。在这个实施例中，所述熔融矿渣被递送，在此被倾倒进入高速雾喷流中，该雾喷流 起作用以剪切该熔融矿渣并即刻产生颗粒状玻璃产品，在此为延长的片，在此为玻璃纤维。所述造粒部件41还包括收集箱61，玻璃纤维在重力下落入其中。在这个实施例中，所述收集箱61在其较高的背部边缘包括排气口 63，从此口用 过的空气被排出，在这个实施例中所述排气口 63包括过滤器，典型地为过滤器网，其具有 IOmm孔隙尺寸，以防止玻璃纤维随排出的气体泄漏。在这个实施例中，收集箱61为单独钢薄板或铝衬里的箱。回到第一熔融还原炉31，在倾倒熔融矿渣之后为了处理熔融的铁有不同的选择。在一个实施例中，所述熔融的铁可被铸成块或坯体，其可以随后被销售到钢铁工 业。在另一实施例中，所述处理系统可以包括另一个熔融还原熔炉71，优选为2MVA， 其用于将熔融的铁转变为高硅铸铁，所述高硅铸铁优选地含有约16%到约18%的Si。在一 个实施例中，前述空气_水造粒器具41或者另一空气-水造粒器具可以被用于将所述熔融 的高硅铸铁直接转变为细微的颗粒物，其在形态学上为高度类似球体的，并可具有多种应
9用，包括在重介质选矿领域的应用。在另一个实施例中，前述的造粒器具41或另一个空气-水造粒器具可以被用于将 熔融的铁直接转变为粉末。铁粉具有多种应用，包括在金属注射成形(MIM)领域中的应用， 其中产品由将金属粉末与粘合剂共同压缩成期待的形状而制得，其随后在盒式窑中烧结， 典型地在约1000°C，以产生产品，其具有远高于自块体铸造或切割的同样产品的机械性能。 在一个实施例中，另一个熔融还原熔炉71被用于倾倒所述熔融的铁，如果熔炉可利用性允 许，通过从第一熔融还原熔炉31直接倾倒产生金属粉末会是可能的。本发明因此公开了方便和简单的处理红土的方法，以及产生适于销售的产品。最后，应理解本发明已经在其优选的实施例中被描述，并可以多种不同的方式在 不背离如所附权利要求所定义的本发明的范围的前提下修改。
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权利要求
处理红土的方法，所述方法包括加热红土以形成至少熔融的矿渣，优选地至少熔融的铁及熔融的矿渣的步骤。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述红土在熔炉中加热以形成至少熔融的矿渣，优 选地至少熔融的铁及熔融的矿渣。
3.如权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤分离，优选为倾倒所述熔融的矿 渣，以及将所述熔融的矿渣转化为颗粒状产品。
4.如权利要求3所述的方法，其中将所述熔融的矿渣分离进入保温炉。
5.如权利要求3或4所述的方法，其中将熔融的矿渣转化成为颗粒状产品的步骤包括 将所述熔融的矿渣与雾喷流接触的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述雾喷流为基本上水平定向的。
7.如权利要求5或6所述的方法，其中所述雾喷流为高速雾喷流，优选地具有大于 100m/s的速度。
8.如权利要求3到7中任一项所述的方法，其中所述颗粒状产品包括玻璃纤维。
9.如权利要求1到8中任一项所述的方法，其中形成至少熔融的铁及熔融的矿渣，及所 述方法还包括将熔融的铁铸造为固体产品，例如块或坯料的步骤。
10.如权利要求1到8中任一项所述的方法，其中形成至少熔融的铁及熔融的矿渣，及 所述方法还包括将所述熔融的铁转化为高硅铸铁，优选地含有约16%到约18%的硅的步 马聚ο
11.如权利要求10所述的方法，还包括将所述高硅铸铁铸造成固体产品的步骤，例如 块或坯料。
12.如权利要求10所述的方法，还包括将所述高硅铸铁直接转化成粉末的步骤。
13.如权利要求1到8中任一项所述的方法，其中至少形成熔融的铁及熔融的矿渣，及 所述方法还包括将所述熔融的铁直接转化为粉末的步骤。
14.如权利要求1到13中任一项所述的方法，还包括在加热红土的步骤之前干燥红土 的步骤，以使得加热红土的步骤包括加热干燥的红土的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，其中干燥红土的步骤包括以下步骤提供旋转干燥管， 从其一个进给头红土被输入，及从其另一个排出头干燥红土被排出，并加热该干燥管。
16.如权利要求15所述的方法，当附于权利要求2时，其中所述干燥的红土被输入到熔 炉，优选地通过进料部件输入。
17.如权利要求15或16所述的方法，其中所述干燥管是从外部加热的。
18.如权利要求17所述的方法，当附于权利要求2时，其中所述干燥管为使用来自熔炉 的热气从外部加热的。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述热气，在用于加热干燥管之后，被过滤以收集 红土粉尘。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述收集的红土粉尘回收进入熔炉。
21.如权利要求1到20中任一项所述的方法，还包括向红土中添加硅砂及碎焦炭细粉 的步骤。
22.如权利要求21所述的方法，当附于权利要求14时，其中所述硅砂及碎焦炭细粉在 干燥红土的步骤之前加入。
23.空气-水造粒器具，以从熔融供给物生产颗粒状产品，所述器具包括雾喷流发生器 以产生雾喷流，其通过剪切所递送的，优选为倾倒入雾喷流的熔融供给物的作用产生颗粒 状广品。
24.如权利要求23所述的器具，其中所述雾喷流发生器包括喷嘴单元，其包含空气箱， 该空气箱包括空气入口及空气出口，从该出口压缩空气流被传送，以及包含水箱，其位于靠 近空气出口，从该水箱水被引导入压缩空气流，成为雾，以使所述传送的压缩空气流含有水 雾，从而产生雾喷流。
25.如权利要求24所述的器具，其中所述空气箱在截面上为大体三角形的。
26.如权利要求24或25所述的器具，其中所述压缩空气流具有至少100m/S的速度。
27.如权利要求24到26中任一项所述的器具，其中所述水箱包括水进口和水出口，所 述水出口位于靠近空气出口，水从所述水出口引导入压缩空气流。
28.如权利要求24到27中任一项所述的器具，其中所述空气出口为延长的孔。
29.如权利要求24到28中任一项所述的器具，其中所述水出口为延长的孔。
30.如权利要求23到29中任一项所述的器具，还包括收集箱以收集所述颗粒状产品。
31.如权利要求30所述的器具，其中所述收集箱包括排气口，从该排气口用过的空气 被排出。
32.如权利要求23到31中任一项所述的器具，其中所述颗粒状产品为玻璃纤维。
33.如权利要求23到31中任一项所述的器具，其中所述颗粒状产品为粉末。
34.处理红土的系统，该系统包括熔炉，以接受及加热红土，以形成至少熔融的矿渣，优 选地至少熔融的铁及熔融的矿渣。
35.如权利要求34所述的系统，还包括在使用熔炉加热之前干燥红土的干燥器。
36.如权利要求35所述的系统，还包括将干燥红土输送到熔炉中的进料部件。
37.如权利要求35或36所述的系统，其中所述干燥器包括可旋转的干燥管，在其一个 进给头红土被输入，及从其另一个排出头干燥的红土被排出。
38.如权利要求37所述的系统，其中所述干燥管为从外部加热的。
39.如权利要求38所述的系统，其中所述干燥器还包括附件，干燥管通过该附件延伸， 并且通过该附件接受来自熔炉的热气以加热干燥管。
40.如权利要求39所述的系统，其还包括粉尘提取单元，其接受用于加热干燥管后的 热气，并过滤所述热气以提取红土粉尘。
41.如权利要求40所述的系统，其中所收集的红土粉尘被回收进入熔炉。
42.如权利要求34到41中任一项所述的系统，还包括保温炉以容纳来自熔炉的熔融矿 渣或熔融铁。
43.如权利要求34到42中任一项所述的系统，还包括空气-水造粒器具以从熔融供给 物产生颗粒状产品，所述器具包括雾喷流发生器，以产生雾喷流，其通过剪切所递送的，优 选为倾倒入雾喷流的熔融供给物的作用产生颗粒状产品。
44.如权利要求43所述的系统，其中所述雾喷流发生器包含喷嘴单元，该喷嘴单元包 含空气箱，所述空气箱包括空气入口及空气出口，从该空气出口压缩空气流被传送，以及包 含水箱，其位于靠近空气出口，从所述水箱水被引导入压缩空气流，成为雾，以使所述传送 的压缩空气流含有水雾，从而产生雾喷流。
45.如权利要求44所述的系统，其中所述空气箱在截面上为大体三角形的。
46.如权利要求44或45所述的系统，其中所述压缩空气流具有至少100m/S的速度。
47.如权利要求44到46中任一项所述的系统，其中所述水箱包括水进口和水出口，所 述水出口位于靠近空气出口，水从所述水出口引导入压缩空气流。
48.如权利要求44到47中任一项所述的系统，其中所述空气出口为延长的孔。
49.如权利要求44到48中任一项所述的系统，其中所述水出口为延长的孔。
50.如权利要求43到49中任一项所述的系统，还包括收集箱以收集所述颗粒状产品。
51.如权利要求43到50中任一项所述的系统，其中所述收集箱包括排气口，从所述排 气口用过的空气被排出。
52.如权利要求43到51中任一项所述的系统，其中所述颗粒状产品为玻璃纤维。
53.如权利要求43到51任一项所述的系统，其中所述颗粒状产品为粉末。
54.如权利要求34到53中任一项所述的系统，其中所述红土混合以碎焦炭细粉及硅
全文摘要
处理红土的方法及系统，所述方法包括加热红土的步骤，以形成至少熔融的矿渣，优选地至少熔融的铁及熔融的矿渣。
文档编号C04B35/00GK101939451SQ200880123457
公开日2011年1月5日 申请日期2008年11月3日 优先权日2007年11月1日
发明者K·P·D·佩里 申请人:先进矿物回收技术有限公司