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进行混合压块，以便得到赤泥团块；以及将所述赤泥团块在熔分炉内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。

由此本发明采用流化床还原细粉料赤泥中的碱，能将赤泥中的碱金属进行有效的脱除，提高了后续赤泥铁的还原性，并能有效回收碱金属和铁元素，解决了赤泥脱碱率低，铁还原效果差，铁难以回收的技术难题。同时本发明利用熔分炉进行深还原和渣铁分离，有利于进一步地得到回收率和金属化率更高的产品，具有重要的经济效益。

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：

在本发明的一些实施例中，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。

在本发明的一些实施例中，所述预还原脱碱处理的温度为800-1050℃，时间为30-60min。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。

在本发明的一些实施例中，所述还原性气体为H₂和CO的混合气体。由此可以进一步提高赤泥中金属的还原效率。

在本发明的一些实施例中，所述还原气氛中还原性气体含量不小于70体积％，优选地，为75-90体积％。由此可以提高赤泥中金属还原反应效率。

在本发明的一些实施例中，将所述脱碱赤泥与还原剂的按照质量比为100：5-10进行混合压块。由此更加有利于后续熔分处理。

在本发明的一些实施例中，所述熔分处理的温度为1450-1600℃，时间为40-90min。由此有利于赤泥深还原，得到回收率和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

熔分炉，所述熔分炉具有赤泥团块入口、铁水出口和尾渣出口，所述赤泥团块入口与所述赤泥团块出口相连。

由此采用该系统利用流化床对超细赤泥细粉进行脱碱处理，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尾矿。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，利用压块装置将预还原脱碱处理的金属与还原煤压块，并在熔分炉内将团块进行深还原，有利于将还原的铁颗粒在高温下熔化聚集成铁水，实现渣、铁分离，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，上述实施例的处理赤泥的系统进一步包括：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，所述熔分炉为燃气熔分炉。由此有利于得到铁水和尾渣，进而实现铁和尾渣的分离，得到回收率和金属化率更高的产品。

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进行混合压块，以便得到赤泥团块；以及将赤泥团块在熔分炉内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。

由此将含水赤泥经过烘干和细磨处理后得到的超细赤泥细粉在流化床内进行脱碱处理，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。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，将预还原脱碱处理的金属与还原煤压块，并在熔分炉内将团块进行深还原，有利于将还原的铁颗粒在高温下熔化聚集成铁水，实现渣、铁分离，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。

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30-60min。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70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70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的按照质量比为100：5-10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熔分炉内的深还原反应，便于得到回收率和金属化率更高的金属。发明人发现脱碱赤泥与还原剂用量按照质量比为100：5-10进行混合压块有利于后续熔分处理，还原剂用量过低不利于脱碱赤泥深度还原，而还原剂过高不仅增加生产成本，而且不利于后续铁水与尾渣的高效分离。

S500：熔分处理

根据本发明的具体实施例，最后将赤泥团块在熔分炉内进行熔分处理，以便得到铁水和尾渣。具体地，熔分处理的温度可以为1450-1600℃，时间为40-90min。由此在熔分炉内进行深还原，其中熔分处理的温度为1450-1600℃，时间为40-90min，有利于还原的铁在高温下进一步分离成铁水和尾渣，并通过熔分的方式得到聚集，进而有效分离铁水和尾渣，得到回收率和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，烘干装置具有含水赤泥入口11和干燥赤泥出口12；磨矿装置20，磨矿装置具有干燥赤泥入口21和赤泥超细粉出口22，干燥赤泥入口21与所述干燥赤泥出口相连12；流化床30，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40，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；以及熔分炉50，熔分炉具有赤泥团块入口51、铁水出口52和尾渣出口53，赤泥团块入口51与赤泥团块出口44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，通过烘干装置10将含水赤泥进行烘干处理，以便得到干燥赤泥。其次通过磨矿装置20将干燥赤泥进行细磨处理，得到赤泥超细粉。进一步地，通过流化床30将赤泥超细粉在还原气氛下进行还原脱碱处理，得到脱碱赤泥，而赤泥细粉中的碱在流化床内还原后挥发进入高碱烟气出口34，通过除尘分离得到高碱烟尘。通过压块装置40将脱碱赤泥与还原剂进行混合均匀压块，得到赤泥团块，以及将赤泥团块在熔分炉50内进行熔分处理，得到铁水和尾渣。

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。本发明采用流化床300对超细赤泥细粉进行脱碱处理，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尾矿。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。更进一步地，利用压块装置40将预还原脱碱处理的金属与还原煤压块，并在熔分炉50内将团块进行深还原，有利于将还原的铁颗粒在高温下熔化聚集成铁水，实现渣、铁分离，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。

根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60，旋风分离器60与高碱烟尘出口34相连。由此利用旋风分离器与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。

根据本发明的具体实施例中的处理赤泥的系统，其中熔分炉50为燃气熔分炉。由此通过熔分炉50对脱碱的赤泥进行深还原处理，有利于得到铁水和尾渣，进而实现铁和尾渣的分离，得到回收率和金属化率更高的产品。

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70％，气体温度为1020℃，反应时间40min。脱碱后的赤泥钠含量为0.28％，脱碱后赤泥配入10％的还原煤，混合均匀后进行压块，得到的团块布入熔分炉内，熔分炉温度为1550℃，团块在熔分炉内深还原和熔分时间为60min，最终分离得到铁水和尾渣，铁水中铁品位为97％，铁回收率为92％。

实施例2

某赤泥，TFe为30.29％，Na₂O为5.22％。将赤泥烘干后细磨至-0.043mm，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75％，气体温度为1020℃，反应时间30min。脱碱后的赤泥钠含量为0.30％，脱碱后赤泥配入8％的还原煤，混合均匀后进行压块，得到的团块布入熔分炉内，熔分炉温度为1500℃，团块在熔分炉内深还原和熔分时间为60min，最终分离得到铁水和尾渣，铁水中铁品位为97％，铁回收率为91％。

实施例3

某赤泥，TFe为30.29％，Na₂O为5.22％。将赤泥烘干后细磨至-0.043mm，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75％，气体温度为1020℃，反应时间30min。脱碱后的赤泥钠含量为0.30％，脱碱后赤泥配入8％的还原煤，混合均匀后进行压块，得到的团块布入熔分炉内，熔分炉温度为1600℃，团块在熔分炉内深还原和熔分时间为40min，最终分离得到铁水和尾渣，铁水中铁品位为97％，铁回收率为91％。

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。