专利名称：一种铁铝共生矿的综合利用方法
技术领域：
本发明属冶金技术领域，特别涉及一种铁铝共生矿的综合利用方法。
背景技术：
我国拥有储量十分丰富的铁铝共生矿，其属于共生多金属复合矿，有用矿物主要为三水铝石或一水铝石、针铁矿、赤铁矿，三者占矿石的70 80%，次要矿物为伊利石、锐钛矿、蛋白石硬锰矿等。严格来说，此类矿石含铁品位从钢铁冶金角度不具有经济提取的价值；同时由于其A/S比较低，从有色冶金角度也不具有提取Al2O3的价值。然而，对于含铁、 铝矿石资源均比较匮乏的我国而言，综合利用这一资源意义重大。目前，围绕铁铝共生矿综合利用研究，前人做了很多的研究工作，提出了不同的综合利用方案，如先选矿后冶炼、先铝后铁和先铁后铝等。先选矿后冶炼方案采用选矿的方法使铁与铝的矿物分离，但许多铁铝共生矿中铁与铝的矿物镶嵌在一起，难以有效分离；先铝后铁方案采用先用拜耳法浸出生产氧化铝，所得富铁赤泥进入高炉炼铁，但赤泥进高炉前要进行脱碱，工业上实现困难；先铁后铝方案中采用高炉炼铁，高炉渣用于提取氧化铝，但高炉炼铁要采用价格昂贵的焦炭，使得该方法技术上可行，但生产成本高，无经济效益。
发明内容
针对现有铁铝共生矿在铁、铝资源利用上存在的上述问题，本发明提供一种铁铝共生矿的综合利用方法以实现铁铝高效分离的方法。一种铁铝共生矿的综合利用方法，按照以下步骤进行
Cl)首先将铁铝共生矿破碎至2 5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-O. 074mm占85%以上；将矿粉加入转动的圆盘造球机内加水造母球，然后连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团；将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原获得预还原矿，其中还原温度为85(Tl050°C，还原时间为3(Tl80min ;预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气。其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2收集封存；煤气用于焙烧工序。(2)将预还原矿和石灰放入还原熔分炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，熔分还原的温度为145(Tl650°C，时间为O. 5 2h，获得铁水和高温含铝熔渣；其中煤粉的用量为30(T700kg/t预还原矿，石灰的用量为40(T800kg/t预还原矿，氧气的通入量为 50(T900Nm3/t预还原矿；熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧。(3)将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，然后置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为9(Tl20g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为3 5L碳酸钠溶液/kg 炉渣，浸出温度为80±10°C，浸出时间为O. 5 2h，获得浸出液和浸出渣；浸出渣用于生产水泥。(4)将浸出液进行常压脱硅和中压脱硅，获得精制液；常压脱硅的温度为100±5°C，脱硅时间为4 8h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为15 30g/L浸出液；中压脱硅的温度为160±15°C，脱硅时间为O. 5 2h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为 l(Tl5g/L浸出液。(5)向精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝焙烧制成氧化铝；向碳酸化分解产生的母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于浸出。所述铁铝共生矿化学成分按重量百分比含Al2O3 20^40%, Fe2O3 30^50%, SiO2 5 15%，其余为杂质。 所述的还原煤气成分按体积比含CO 70 90%，H2 30 10%。所述方法获得的预还原矿的中Fe2O3的重量含量为5 10%，FeO的重量含量为 40 60%，金属铁的重量含量为2 8%。所述方法获得的铁水的成分按重量百分比含Fe 90^95%,C 3 5%，Si I 2%，其余为杂质。所述方法中常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数> 400，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数> 800。本发明的方法不采用价格昂贵的焦炭，生产成本较低；熔分还原过程中以煤为热源，并产生大量高质量煤气，可供预还原或氢氧化铝焙烧时使用，同时预还原过程中产生的 CO2气体可供碳酸化分解使用，能够实现无废气排出；熔分还原过程中配料采用低配钙比配方，从而降低焦(煤)比，降低渣量；浸出过程中出采用高浓度碳酸钠溶出技术，提高氧化铝溶出率；浸出渣主要成份为2Ca0 · SiO2，其氧化钠、氧化铝、氧化铁含量低，完全适合于生产水泥。本发明一种铁铝共生矿的综合利用方法，既能保证铁铝的高效解离提取，又能在技术上和经济效益上可行，有效综合利用我国的铁铝共生矿资源。
图I为本发明的综合利用铁铝共生矿的方法流程示意图。
具体实施例方式下面将通过不同实施例来描述本发明。本发明不局限于这些实施例中，可以在前述化学成分与制造方法范围内加以调整实施。本发明实施例中球团预还原反应器采用转底炉或竖炉。本发明实施例中采用的还原熔分炉为HIsmelt铁浴炉。本发明实施例中碳酸化分解采用的设备为分解槽。实施例I
I、首先将重量百分比含Al2O3 20%, Fe2O3 50%, SiO2 5%，其余为杂质的铁铝共生矿破碎至2 5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-O. 074mm占85%以上。将矿粉加入转动的圆盘造球机内加水造母球，然后连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团。将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原获得预还原矿，还原煤气成分按体积比含CO 70%, H2 30%
其中还原温度为850°C,还原时间为180min,预还原反应器选用转底炉或竖炉；预还原矿的中Fe2O3的重量含量为5%, FeO的重量含量为60%,金属铁的重量含量为8%。预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气。其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2收集封存；煤气用于焙烧工序。2、将预还原矿和石灰放入HIsmelt铁浴炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，熔分还原的温度为1450°C，时间为2h，获得铁水和高温含铝熔渣；其中煤粉的用量为 700kg/t预还原矿,石灰的用量为400kg/t预还原矿,氧气的通入量为900Nm3/t预还原矿； 上述铁水的成分按重量百分比含Fe 95%，C 3%，Si 1%，其余为杂质。熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧。3、将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，然后置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为90g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为3L碳酸钠溶液/kg炉渣，浸出温度为70°C，浸出时间为2h，获得浸出液和浸出渣；浸出渣用于生产水泥。、将浸出液分别进行常压脱硅和中压脱硅，获得精制液。常压脱硅的温度为95°C， 脱娃时间为8h,米用的晶种为钠娃洛,钠娃洛的用量为30g/L浸出液；中压脱娃的温度为 145°C，脱硅时间为2h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为10g/L浸出液；铁水的成分按重量百分比含Fe 95%，C 3%, Si 1%，其余为杂质。5、向精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝焙烧制成氧化铝。向碳酸化分解产生的母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于浸出。实施例2
I、首先将成分按重量百分比含Al2O3 40%, Fe2O3 30%, SiO2 15%，其余为杂质的铁铝共生矿破碎至2 5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-O. 074mm占85%以上。将矿粉加入转动的圆盘造球机内加水造母球，然后连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团。将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原获得预还原矿，上述的还原煤气成分按体积比含CO 90%，H2 10%，其中还原温度为1050°C，还原时间为30min，预还原反应器选用转底炉或竖炉； 预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气。其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2 收集封存；煤气用于焙烧工序。2、将预还原矿和石灰放入HIsmelt铁浴炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，熔分还原的温度为1650°C，时间为O. 5h，获得铁水和高温含铝熔渣；其中煤粉的用量为 300kg/1预还原矿,石灰的用量为800kg/t预还原矿,氧气的通入量为500Nm3/t预还原矿； 上述方法获得的铁水的成分按重量百分比含Fe 90%, C 5%，Si 2%，其余为杂质。熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧。3、将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，然后置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为120g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为5L碳酸钠溶液/kg炉渣，浸出温度为90°C,浸出时间为O. 5h,获得浸出液和浸出洛；浸出洛用于生产水泥。4、将浸出液分别进行常压脱硅和中压脱硅，获得精制液。常压脱硅的温度为 105°C，脱硅时间为4h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为30g/L浸出液；中压脱硅的温度为175°C，脱硅时间为O. 5h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为15g/L浸出液；常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数> 400，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数> 800。5、向精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝焙烧制成氧化铝。向碳酸化分解产生的母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于浸出。实施例3
I、首先将成分按重量百分比含Al2O3 30%, Fe2O3 40%, SiO2 10%，其余为杂质的铁铝共生矿破碎至2 5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-O. 074mm占85%以上。将矿粉加入转动的圆盘造球机内加水造母球，然后连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团。将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原获得预还原矿，还原煤气成分按体积比含CO 80%, H2 20%，其中还原温度为950°C，还原时间为90min，预还原反应器选用转底炉或竖炉；上述方法获得的预还原矿的中Fe2O3的重量含量为7. 5%，FeO的重量含量为50%，金属铁的重量含量为5%。预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气。其中CO2用于碳酸化分解， 多余的CO2收集封存；煤气用于焙烧工序。2、将预还原矿和石灰放入HIsmelt铁浴炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，熔分还原的温度为1550°C，时间为lh，获得铁水和高温含铝熔渣；其中煤粉的用量为 500kg/1预还原矿,石灰的用量为600kg/t预还原矿,氧气的通入量为700Nm3/t预还原矿； 获得的铁水的成分按重量百分比含Fe 93%，C 4%，Si I. 5%，其余为杂质熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧。3、将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，然后置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为105g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为4L碳酸钠溶液/kg炉渣，浸出温度为80°C，浸出时间为lh，获得浸出液和浸出渣；浸出渣用于生产水泥。4、将浸出液分别进行常压脱硅和中压脱硅，获得精制液。常压脱硅的温度为 100°c，脱硅时间为6h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为27g/L浸出液；中压脱硅的温度为160°C，脱硅时间为lh，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为12. 5g/L浸出液；上述方法中常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数> 400，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数彡800。5、向精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝焙烧制成氧化铝。向碳酸化分解产生的母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于浸出。
权利要求
1.一种铁铝共生矿的综合利用方法，其特征在于按照以下步骤进行(1)首先将铁铝共生矿破碎至2 5mm，然后将矿粉磨细至粒度为-O.074mm占85%以上；将矿粉加入转动的圆盘造球机内加水造母球，然后连续加水加料，使母球长大后烘干制成球团；将球团置于预还原反应器中，通入还原煤气进行预还原获得预还原矿，其中还原温度为85(Tl050°C，还原时间为3(Tl80min ;预还原过程中产生的尾气进行分离，形成CO2和煤气；其中CO2用于碳酸化分解，多余的CO2收集封存；煤气用于焙烧工序；(2)将预还原矿和石灰放入还原熔分炉，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，熔分还原的温度为145(Γ1650 V，时间为O. 5 2h，获得铁水和高温含铝熔渣；其中煤粉的用量为30(T700kg/t预还原矿，石灰的用量为40(T800kg/t预还原矿，氧气的通入量为 50(T900Nm3/t预还原矿；熔分还原过程中产生的高温煤气和粉尘进行煤气富氢改质，通入水蒸气与高温煤气和粉尘混合，再进入旋风分离器中分离，旋风分离器底部分离出的粉尘作为煤粉用于熔分还原，分离出的气体作为预还原的还原煤气，多余的煤气用于焙烧；(3)将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，然后置于碳酸钠溶液中浸出，碳酸钠溶液的浓度为9(Tl20g/L，碳酸钠溶液与炉渣的液固比为3 5L碳酸钠溶液/kg炉渣，浸出温度为80±10°C，浸出时间为O. 5 2h，获得浸出液和浸出渣；(4)将浸出液进行常压脱硅和中压脱硅，获得精制液；常压脱硅的温度为100±5°C，脱硅时间为4 8h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为15 30g/L浸出液；中压脱硅的温度为160±15°C，脱硅时间为O. 5 2h，采用的晶种为钠硅渣，钠硅渣的用量为l(Tl5g/L浸出液；(5)向精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝焙烧制成氧化铝；向碳酸化分解产生的母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于浸出。
2.根据权利要求I所述的一种铁铝共生矿的综合利用方法，其特征在于所述铁铝共生矿化学成分按重量百分比含Al2O3 20 40%，Fe2O3 30 50%，SiO2 5 15%，其余为杂质。
3.根据权利要求I所述的一种铁铝共生矿的综合利用方法，其特征在于所述的还原煤气成分按体积比含CO 70^90%, H2 30" 10%O
4.根据权利要求I所述的一种铁铝共生矿的综合利用方法，其特征在于所述方法获得的预还原矿的中Fe2O3的重量含量为5 10%, FeO的重量含量为40 60%,金属铁的重量含量为2 8%。
5.根据权利要求I所述的一种铁铝共生矿的综合利用方法，其特征在于所述方法获得的铁水的成分按重量百分比含Fe 90^95%, C 3 5%，Si 1 2%，其余为杂质。
6.根据权利要求I所述的一种铁铝共生矿的综合利用方法，其特征在于上述方法中， 常压脱硅后获得的铝酸钠溶液的硅量指数> 400，中压脱硅后的铝酸钠溶液的硅量指数彡 800。
全文摘要
一种铁铝共生矿的综合利用方法，属冶金技术领域。按照以下步骤进行将铁铝共生矿破碎制成球团，通入还原煤气预还原获得预还原矿；将预还原矿和石灰放入还原熔分炉中，以氧气为载气喷吹煤粉进行熔分还原，获得铁水和高温含铝熔渣；将高温含铝熔渣冷却至常温并自然粉化获得炉渣，置于碳酸钠溶液中浸出，获得浸出液和浸出渣；将浸出液进行常压脱硅和中压脱硅，获得精制液；向精制液中通入CO2进行碳酸化分解，得到分解母液和氢氧化铝，氢氧化铝焙烧制成氧化铝；向分解母液中加入碳酸钠进行补碱，制成碳酸钠溶液用于浸出。本发明既能保证铁铝的高效解离提取，又能在技术上和经济效益上可行，有效综合利用我国的铁铝共生矿资源。
文档编号C22B21/00GK102605185SQ20121006991
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月16日 优先权日2012年3月16日
发明者于海燕, 刘保伟, 武建强, 毕诗文, 潘晓林, 王波, 顾松青 申请人:东北大学, 中国铝业股份有限公司广西分公司