处理赤泥的方法和系统与流程

本发明属于冶金和能源技术领域，具体涉及一种处理赤泥的方法和系统。

背景技术：

赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的最主要的固体废渣，目前，国内赤泥每年排放量超过3000万t，除少部分应用于水泥生产、制砖等用途外，大多湿法露天筑坝堆存，现今赤泥累积堆存已超过3.5亿吨。在水泥建材领域，2015年我国水泥消耗量国约为22亿吨，市场十分巨大，但目前制约赤泥在水泥中应用的主要限制因素是赤泥中碱含量过高。现有的赤泥脱碱方法主要有石灰法、常压悬浮碳化法、水洗法、酸洗法。石灰水热法脱碱是在高压或低压下加入石灰，使之与赤泥发生晶格取代反应，利用Ca2+取代赤泥中的Na+，Na+随溶液溶出，从而达到脱碱目的。此种方法脱碱效果显著，但脱碱过程存在石灰用量大，成本高等问题。酸浸出法是直接用硫酸、盐酸等强酸浸取赤泥进行脱碱，此方法存在操作环境差，废液量大且易造成二次污染等问题。脱碱成本高导致企业和客户利用赤泥的意愿较低，单纯脱碱或回收碱并不能经济有效的利用赤泥，从而限制了赤泥在水泥方面的应用。

从成分来看，赤泥中酸性氧化物Al₂O₃、SiO₂含量特别高，赤泥中Al₂O₃、SiO₂含量特别高，在还原过程中需要添加大量的石灰石作为碱性熔剂。不加入石灰石时或加入量较少时，球团不能得到充分的还原，金属化率很低，不利于后续渣铁分离。当加入较多的石灰石后，石灰石中CaO在高温下则与FeO、SiO₂、Al₂O₃形成钙铁橄榄石等低熔点化合物，导致球团软熔与耐火材料粘接严重，因此得到高金属化率的金属化球团比较难，现有的回转窑采用赤泥粉料烧结的方法，脱碱率虽能达到60％以上，但金属化率仅有50％-70％，铁回收率30％，设备易结圈，生产不顺。

因此，赤泥的综合治理及其金属资源的有效回收成为人们日益关注的焦点。赤泥的处理主要还是外排前采用强磁选，提取部分铁精矿，尾矿直接堆存。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有赤泥脱碱率高、铁还原效果好且易回收的处理赤泥的方法和系统。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理赤泥的方法，包括：将含水赤泥进行烘干处理，以便得到干燥赤泥；将干燥赤泥进行细磨处理，以便得到赤泥超细粉；将所述赤泥超细粉在流化床内于还原气氛下进行预还原脱碱处理，以便得到脱碱赤泥和高碱烟尘；将所述脱碱赤泥与还原剂和添加剂进行混合压块，以便得到赤泥团块；将所述赤泥团块在转底炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团；以及将所述金属化球团进行磨矿和磁选分离，以便得到铁粉和尾渣。

由此本发明通过流化床还原超细粉赤泥，可以有效脱除赤泥中的碱金属元素，减少对赤泥后续提铁过程中碱金属对炉衬的侵蚀，也可得到低碱含量的尾矿。流化床在脱碱的同时对赤泥中的铁进行预还原，加速后期还原效率，便于得到高金属化率的金属化球团。最后将脱碱后的赤泥中添加添加剂，在转底炉的高温作用下，促进剩余铁的还原，同时添加剂的加入能起到铁颗粒聚集的作用，使细粒度的铁颗粒聚集成较大的粒度，以便能采用物理分离的方法将铁和渣进行分离。另外，本发明在还原脱碱处理的过程中可以回收高碱含量的烟尘，实现了资源的综合回收利用，因而具有重要的经济效益和社会效益。

另外，根据本发明上述实施例的处理赤泥的方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述赤泥超细粉的平均粒度为不大于50微米。由此可以提高脱碱效率和金属的还原效率。

根据本发明的一些实施例，所述预还原脱碱处理的温度为800-1050℃，时间为20-40min。由此可以有效地脱除赤泥中的碱，减少赤泥后续提铁过程中碱金属对炉衬的侵蚀，并能对赤泥中金属进行预还原。

根据本发明的一些实施例，所述还原气氛中还原性气体含量不小于50体积％。由此可以进一步提高赤泥中金属的还原效率。

根据本发明的一些实施例，所述还原性气体为H₂和CO的混合气体。由此可以提高赤泥中金属还原反应效率。

根据本发明的一些实施例，将所述脱碱赤泥与还原剂和添加剂的按照质量比为100：5-30：1-10进行混合压块，任选地，所述添加剂为无机钙盐。由此可以在转底炉内高温作用下使细小的铁颗粒聚集，促进剩余铁的还原，便于得到得到回收率和金属化率更高的金属。更进一步地，所述添加剂为无机钙盐。由此可以促进铁元素的还原，同时可以使铁颗粒聚集，进一步地提高金属回收和金属化效率。

根据本发明的一些实施例，所述直接还原处理的温度为1150-1300℃，时间为20-40min。由此可以得到金属化率更高的产品。

根据本发明的另一方面，本发明还提出一种处理赤泥的系统，该系统用于实施前面实施例的处理赤泥的方法，该系统包括：烘干装置，所述烘干装置具有含水赤泥入口和干燥赤泥出口；

磨矿装置，所述磨矿装置具有干燥赤泥入口和赤泥超细粉出口，所述干燥赤泥入口与所述干燥赤泥出口相连；

流化床，所述流化床具有还原性气体入口、赤泥超细粉入口、脱碱赤泥出口和高碱烟尘出口，所述赤泥超细粉入口与所述赤泥超细粉出口相连；

压块装置，所述压块装置具有脱碱赤泥入口、还原剂入口、添加剂入口和赤泥团块出口，所述脱碱赤泥入口与所述脱碱赤泥出口相连；以及

转底炉，所述转底炉具有赤泥团块入口和金属化球团出口，所述赤泥团块入口与所述赤泥团块出口相连；以及

磨矿和磁选装置，所述磨矿和磁选装置具有金属化球团入口、铁粉出口和尾渣出口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连。

由此采用该系统首先利用流化床将干燥的赤泥超细粉在还原性气体和高温作用下实现脱碱处理，不仅可以有效脱除赤泥中的碱金属元素，减少赤泥后续提铁过程中碱金属对炉衬的侵蚀，也可得到低碱含量的脱碱赤泥。流化床在脱碱的同时还可以对赤泥中的铁进行预还原，有利于提高后期铁还原效率，便于得到高金属化率的金属化球团。更进一步地，利用压块装置将脱碱赤泥与还原剂和添加剂进行混合压块，并在转底炉内将赤泥团块进行直接还原处理，不仅有利于促进剩余铁的还原，同时添加剂的加入能起到铁颗粒聚集的作用，使细粒度的铁颗粒聚集成较大的粒度，得到金属化球团，以便能采用物理分离的方法经过磨矿和磁选将铁和渣进行分离，得到回收率和金属化率更高的产品。不仅如此，本发明还可以通过高碱烟气出口回收高碱含量的烟尘，进而减少了环境污染，实现了资源有效地回收利用，因而具有显著的经济效益和社会效益。

另外，根据本发明上述实施例的处理赤泥的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，进一步包括：旋风分离器，所述旋风分离器与所述高碱烟尘出口相连。由此利用所述旋风分离器与所述高碱烟尘出口相连将流化床内还原气体经挥发后进入烟气出口，通过除尘分离得到高碱烟尘，实现资源回收，减少环境污染。

在本发明的一些实施例中，所述添加剂入口为无机钙盐入口。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的处理赤泥的方法的流程图。

图2是根据本发明另一个实施例的处理赤泥的方法的流程图。

图3是根据本发明一个实施例的处理赤泥的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种处理赤泥的方法。根据本发明具体实施例的处理赤泥的方法，包括：将含水赤泥进行烘干处理，以便得到干燥赤泥；将干燥赤泥进行细磨处理，以便得到赤泥超细粉；将赤泥超细粉在流化床内于还原气氛下进行预还原脱碱处理，以便得到脱碱赤泥和高碱烟尘；将脱碱赤泥与还原剂和添加剂进行混合压块，以便得到赤泥团块；将赤泥团块在转底炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团；以及将金属化球团进行磨矿和磁选分离，以便得到铁粉和尾渣。

由此本发明通过流化床还原超细粉赤泥，可以有效脱除赤泥中的碱金属元素，减少对赤泥后续提铁过程中碱金属对炉衬的侵蚀，也可得到低碱含量的尾矿。流化床在脱碱的同时对赤泥中的铁进行预还原，加速后期还原效率，便于得到高金属化率的金属化球团。最后将脱碱后的赤泥中添加添加剂，在转底炉的高温作用下，促进剩余铁的还原，同时添加剂的加入能起到铁颗粒聚集的作用，使细粒度的铁颗粒聚集成较大的粒度，以便能采用物理分离的方法将铁和渣进行分离。另外，本发明在还原脱碱处理的过程中可以回收高碱含量的烟尘，实现了资源的综合回收利用，因而具有重要的经济效益和社会效益。

根据本发明的具体实施例，下面参考图1-2详细描述本发明具体实施例的处理赤泥的方法。

S100：烘干处理

根据本发明的具体实施例，首先将含水赤泥进行烘干处理，以便得到干燥赤泥。由此将含水赤泥进行烘干处理以便除去大部分的水分，得到干燥赤泥。进而有利于后续预还原脱碱处理，提高处理效率。

S200：细磨处理

根据本发明的具体实施例，将干燥赤泥进行细磨处理，以便得到赤泥超细粉。根据本发明的具体实施例，赤泥超细粉的平均粒度为不大于50微米。由此可以使还原气体与赤泥充分接触，提高脱碱效率和金属的还原效率。发明人发现赤泥超细粉相对比于球团更有利于碱金属的还原和挥发。

S300：预还原脱碱处理

根据本发明的具体实施例，将赤泥超细粉在流化床内于还原气氛下进行预还原脱碱处理，以便得到脱碱赤泥和高碱烟尘。具体地，预还原脱碱处理的温度为800-1050℃，时间为20-40min。由此采用上述处理条件可以有效脱除赤泥中的碱金属元素，减少赤泥后续提铁过程中碱金属对炉衬的侵蚀，同时还可以实现对赤泥的预还原。

根据本发明的具体实施例，还原性气体可以为H₂和CO的混合气体。由此在流化床内采用的还原性气体为H₂和CO的混合气体更有利于促进赤泥中金属的还原反应。

根据本发明的具体实施例，还原气氛中还原性气体含量不小于50体积％。由此在流化床内采用的还原气氛中还原气体含量不小于50体积％。优选地，还原气氛中还原性气体含量为75-90体积％，由此可以进一步提高赤泥中金属还原反应的效率。

由此在流化床上通过加入还原性H₂和CO的混合气体进行超细粉赤泥的还原，可以有效脱除赤泥中的碱金属元素，减少赤泥后续提铁过程中碱金属对炉衬的侵蚀，也可得到低碱含量的尾矿。同时发明人还发现流化床在脱碱的同时对赤泥中的铁可以进行预还原，进而有利于加速后期还原效率，得到高金属化率的金属化球团。

S400：混合压块

根据本发明的具体实施例，将脱碱赤泥与还原剂和添加剂进行混合压块，以便得到赤泥团块。具体地，将脱碱赤泥与还原剂和添加剂按照质量比为100：5-30：1-10进行混合压块。由此采用上述配比进行混合压块有利于后续在转底炉内的直接还原反应，在转底炉的高温作用下，促进剩余铁的还原，便于得到回收率和金属化率更高的金属。发明人发现加入添加剂后不仅可以促进铁元素的还原，还可以使铁颗粒聚集，使细粒度的铁颗粒聚集成较大的粒度，以便能采用物理分离的方法将铁和渣进行分离，进而在后续物理分离过程中得到较高品位的铁粉。更近一步地，添加剂为无机钙盐。由此可以进一步地提高铁元素的还原效率，便于在后续物理分离过程中能得到更高品位的铁粉。

S500：直接还原处理

根据本发明的具体实施例，将赤泥团块在转底炉内进行直接还原处理，以便得到金属化球团。具体地，直接还原处理的温度可以为1150-1300℃，时间为20-40min。由此在转底炉内进行直接还原处理，有利于得到金属化率更高的产品。发明人发现直接还原处理的温度可以为1150-1300℃，时间为20-40min，由此可以进一步地提高还原效率，降低生产成本并节约能耗。

S600：磨矿和磁选分离

根据本发明的具体实施例，最后将金属化球团进行磨矿和磁选分离，以便得到铁粉和尾渣。由此将得到的金属化球团通过磨矿和磁选分离的方式进行渣铁分离，并得到铁和渣，节约能耗，便于得到金属化率和回收率更高的产品。

根据本发明的另一方面，本发明还提出一种用于处理赤泥的系统，根据本发明的具体实施，该系统适于实施前面实施例的处理赤泥的方法。下面参考图3详细描述本发明具体实施例的处理赤泥的系统。

根据本发明的具体实施例地处理赤泥的系统包括：烘干装置10、磨矿装置20、流化床30、压块装置40、转底炉50和磨矿和磁选装置60。其中，烘干装置10具有含水赤泥入口11和干燥赤泥出口12；磨矿装置20具有干燥赤泥入口21和赤泥超细粉出口22，干燥赤泥入口21与干燥赤泥出口12相连；流化床具有还原性气体入口31、赤泥超细粉入口32、脱碱赤泥出口33和高碱烟尘出口34，赤泥超细粉入口32与赤泥超细粉出口22相连；压块装置具有脱碱赤泥入口41、还原剂入口42、添加剂入口43和赤泥团块出口44，脱碱赤泥入口41与脱碱赤泥出口33相连；转底炉具有赤泥团块入口51和金属化球团出口52，赤泥团块入口51与赤泥团块出口44相连；磨矿和磁选装置具有金属化球团入口61、铁粉出口62和尾渣出口63，金属化球团入口61与金属化球团出口52相连。

根据本发明的具体实施例，利用上述实施例的处理赤泥的系统对含水赤泥进行处理，具体可以按照下列步骤进行：

首先，采用该系统用流化床30将经过烘干装置10和磨矿装置20得到的赤泥超细粉在还原性气体和高温作用下实现脱碱处理，有效地脱除赤泥中的碱金属元素，得到脱碱赤泥。其次，利用压块装置40将脱碱赤泥与还原剂和添加剂进行混合压块，并在转底炉50内将赤泥团块进行直接还原处理，得到赤泥团块。更进一步地，利用转底炉50对赤泥团块进行直接还原处理，得到金属化球团。最后，借助磨矿和磁选装置60实现金属铁与尾渣分离，得到回收率和金属化率高的产品。

传统的回收赤泥中金属的装置以回转窑、转底炉、隧道窑等为主，这些设备不能完全脱除赤泥中的碱，生产能耗高，产品金属化率低等，造成生产成本高、生产不顺。采用该系统首先在流化床30还原性气体和高温作用下实现了干燥的赤泥细粉的脱碱处理，有效地脱除赤泥中的碱金属元素，减少赤泥后续提铁过程中碱金属对炉衬的侵蚀，并可得到低碱含量的脱碱赤泥。流化床30在脱碱的同时还可以对赤泥中的铁进行预还原，有利于提高后期铁还原效率，便于得到高金属化率的金属化球团。其次，采用转底炉50将赤泥团块进行直接还原处理，不仅有利于促进剩余铁的还原，同时添加剂的加入能起到聚集铁颗粒的作用，使细粒度的铁颗粒聚集成较大的粒度，得到金属化球团，以便后续能采用物理分离的方法经过磨矿和磁选将铁和渣进行分离，得到回收率和金属化率更高的产品。不仅如此，本发明还可以通过高碱烟尘出口34回收高碱含量的烟尘，进而减少了环境污染，实现了资源有效地回收利用，因而具有显著的经济效益和社会效益。

据本发明的具体实施例中的处理赤泥的系统，进一步包括：旋风分离器70，旋风分离器70与高碱烟尘出口34相连。由此利用旋风分离器70与高碱烟尘出口34相连将流化床30内还原气体经挥发后进入高碱烟尘出口34，通过除尘分离得到高碱烟尘，实现资源回收，减少环境污染。

据本发明的具体实施例中的处理赤泥的系统，添加剂入口43为无机钙盐入口。

实施例1

某赤泥，TFe为30.29％，Na₂O为5.22％。将赤泥烘干后细磨至-0.043mm，赤泥矿粉送入流化床内进行预还原脱碱。流化床还原气体中(H₂+CO)为55％，气体温度为1020℃，反应时间40min。脱碱后的赤泥钠含量为0.39％，脱碱后赤泥配入18％的还原煤，5％的石灰石，混合均匀后进行压块，得到的团块布入转底炉内进行还原，转底炉还原温度1200℃，还原时间25min，得到金属化率为92％的金属化球团。金属化球团进行磨矿磁选，得到TFe93.5％的金属铁粉。

实施例2

某赤泥，TFe为30.29％，Na₂O为5.22％。将赤泥烘干后细磨至-0.037mm，赤泥矿粉送入流化床内进行预还原脱碱。流化床还原气体中(H₂+CO)为60％，气体温度为950℃，反应时间35min。脱碱后的赤泥钠含量为0.35％，脱碱后赤泥配入10％的还原煤，5％的石灰石，混合均匀后进行压块，得到的团块布入转底炉内进行还原，转底炉还原温度1250℃，还原时间25min，得到金属化率为93％的金属化球团。金属化球团进行磨矿磁选，得到TFe93.8％的金属铁粉。

实施例3

某赤泥，TFe为30.29％，Na₂O为5.22％。将赤泥烘干后细磨至-0.037mm，赤泥矿粉送入流化床内进行预还原脱碱。流化床还原气体中(H₂+CO)为60％，气体温度为850℃，反应时间40min。脱碱后的赤泥钠含量为0.55％，脱碱后赤泥配入12％的还原煤，3％的石灰石，混合均匀后进行压块，得到的团块布入转底炉内进行还原，转底炉还原温度1250℃，还原时间25min，得到金属化率为93％的金属化球团。金属化球团进行磨矿磁选，得到TFe92.5％的金属铁粉。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。