赤泥含碳球团的制备方法和制备系统与流程

本发明属于资源再生利用技术领域。具体而言，本发明涉及赤泥含碳球团的制备方法和制备系统。

背景技术：

赤泥，是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物，因其为赤红色泥浆而得名。随着铝工业的不断发展，目前全世界每年产出6000万吨赤泥，我国的赤泥排放量每年为450万吨以上。世界上大多数氧化铝厂是将赤泥堆积或者倾入深海。赤泥中含有大量的铁、铝、钠、钙等金属，赤泥的堆存不仅占用大量的土地和农田，耗费较多的堆场建设及维护费用，造成严重的水质污染，且浪费了大量的金属资源。赤泥中所含有价金属组分如Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、TiO₂，多为经济价值较低的碱金属，单独就某一种元素进行回收利用不能很好地解决工艺经济性和赤泥堆存量巨大的问题，必须采用多种金属联合回收技术才能真正的实现赤泥的综合利用和减量化。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。

农、林废弃物如稻壳、花生壳、木屑、锯末等靠吸收大气中的CO₂和利用光能生长，属于可再生的洁净燃料，而且不会额外增加大气中的CO₂，是一种CO₂中性物质，既具有CO₂零排放的特点。另外，将农林废弃物应用在炼铁中，可解决由于农村焚烧农林废弃物产生大量气体及气溶胶组分而带来雾霾天气的问题。

随着中国塑料产品的大量使用，废塑料急剧增加，“白色污染”已成为环境保护突出的问题。因此，积极开展废塑料的综合回收利用技术对中国环境保护和资源合理化利用具有重要的现实意义。

经过检索现有文献和专利，已有通过隧道窑、回转窑、竖炉或转底炉处理这些赤泥生产金属化球团，进而磨矿磁选生产金属铁粉的工艺。这些工艺都需要对原料首先进行成型处理，在成型过程中要加入水或者液体粘结剂进行成型，得到的含碳球团经过烘干后才能进行还原，但是由于赤泥粒度过细，0.046mm以下颗粒占85％以上。所得的球团孔隙率不高，导致后续直接还原过程中的脱碱率低、还原温度较高，还原时间较长，从而增大了能耗。因此，针对颗粒细小的赤泥直接还原处理含碳球团制备工艺进行改进。

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赤泥含碳球团的制备方法和制备系统，利用该方法或系统制备得到的赤泥含碳球团具有直接还原效率高、成本低等优点。

根据本发明的一个方面，本发明提出了一种赤泥含碳球团的制备方法，包括：

将赤泥进行干燥处理，以便得到干燥赤泥；

将所述干燥赤泥与还原剂、添加剂、造孔剂和粘结剂进行混合，以便得到混合物料；

将所述混合物料进行成型处理，以便得到赤泥含碳球团。

另外，根据本发明上述实施例的赤泥含碳球团的制备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，所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥中的至少一种。

在本发明的一些实施例中，所述还原剂为兰炭、焦炭和非炼焦煤中的至少一种，所述还原剂的平均粒度为1-3mm。

在本发明的一些实施例中，所述添加剂为生石灰、石灰石、碳酸钙和白云石中的至少一种，所述添加剂的平均粒度为不大于0.074mm。

在本发明的一些实施例中，所述造孔剂为稻壳、花生壳、木屑、废塑料颗粒中的至少一种，所述造孔剂的平均粒度为不大于1mm。

在本发明的一些实施例中，所述粘结剂为膨润土和/或淀粉溶液。

在本发明的一些实施例中，制备赤泥含碳球团的原料配比为：赤泥100重量份，还原剂5～10重量份，添加剂5～10重量份，粘结剂2～10重量份，造孔剂3～10重量份。

在本发明的一些实施例中，所述干燥处理的温度为100～200℃。

在本发明的一些实施例中，所述的制备赤泥含碳球团的成型方法为压球，压球机线压力为4～7吨/厘米。

根据本发明的第二方面，本发明还提出一种赤泥含碳球团的制备系统，包括：

干燥设备，所述干燥设备具有赤泥入口和干燥赤泥出口；

混合设备，所述混合设备具有干燥赤泥入口、还原剂入口、添加剂入口、造孔剂入口、粘结剂入口和混合物料出口；所述干燥赤泥入口与所述干燥赤泥出口相连；

成型设备，所述成型设备具有混合物料入口和赤泥含碳球团出口，所述混合物料入口与所述混合物料出口相连。

另外，根据本发明上述实施例的赤泥含碳球团的制备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，所述赤泥入口与拜耳法赤泥出口、烧结法赤泥出口和联合法赤泥出口中的至少一个相连。

在本发明的一些实施例中，还原剂入口包括兰炭入口、焦炭入口和非炼焦煤入口中的至少一个。

在本发明的一些实施例中，所述添加剂入口包括生石灰入口、石灰石入口、碳酸钙入口和白云石入口中的至少一个。

在本发明的一些实施例中，所述造孔剂入口包括稻壳入口、花生壳入口、木屑入口和废塑料颗粒入口中的至少一个。

在本发明的一些实施例中，所述粘结剂入口包括为膨润土入口和/或淀粉溶液入口。

在本发明的一些实施例中，所述成型设备为压球机。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的赤泥含碳球团的制备方法的流程图。

图2是根据本发明一个实施例的赤泥含碳球团的制备系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述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，本发明提出了一种赤泥含碳球团的制备方法。下面参考图1详细描述本发明具体实施例的赤泥含碳球团的制备方法。

根据本发明具体实施例的赤泥含碳球团的制备方法包括：将赤泥进行干燥处理，以便得到干燥赤泥；将所述干燥赤泥与还原剂、添加剂、造孔剂和粘结剂进行混合，以便得到混合物料；将所述混合物料进行成型处理，以便得到赤泥含碳球团。

由此采用本发明上述实施例的赤泥含碳球团制备方法，首先将干燥赤泥、还原剂、添加剂、造孔剂、粘结剂混合均匀，然后将混合物料进行成型处理，即可得到一种赤泥含碳球团。利用上述方法制备得到的赤泥含碳球团在进行高温焙烧的直接还原的过程中，造孔剂可以在高温下分解生成气体，使得赤泥含碳球团出现大量空隙，从而便于CO等还原性气体向赤泥含碳球团内部扩散，从而显著提高了还原效率和还原程度，降低能耗。

根据本发明的具体实施例，上述方法可以适用于拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥中的至少一种。具体地，生产氧化铝用于工业生产的几乎全属于碱法。碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法和联合法，进而产生的赤泥分别为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥。更具体地，例如烧结法生产氧化铝是将铝土矿、碳酸钠和石灰制成料浆进行烧结得到铝酸钠溶液，再经脱硅净化和碳酸化分解得到氢氧化铝晶体，再经焙烧脱水得到氧化铝产品。生产过程中得到的废物即为烧结法赤泥。本发明上述实施例的赤泥含碳球团的方法可以适用于拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥中的至少一种。由此可以进一步提高该方法的适用范围。

根据本发明的具体实施例，首先，对上述赤泥进行干燥处理，具体地干燥处理的温度为100～200℃。由此可以进一步提高干燥效率。

根据本发明的具体实施例，采用的还原剂可以为兰炭、焦炭和非炼焦煤中的至少一种。由此通过预先将赤泥与上述还原剂混合制备成球团，可以进一步提高赤泥与还原剂的接触面积，进而提高赤泥的还原效果。并且采用兰炭、焦炭和非炼焦煤中的至少一种作为还原剂，可以进一步提高还原效果。上述还原剂的平均粒度可以为1-3mm。若还原剂粒度过粗，则还原反应不充分；粒度过细，造成球团孔隙较小，不利于还原反应的进行。控制还原剂的平均粒度为1-3mm可以使还原反应充分有效进行。

根据本发明的具体实施例，采用的添加剂为生石灰、石灰石、碳酸钙和白云石中的至少一种。由此通过预先将赤泥与上述添加剂混合制备成球团，可以降低还原温度，促进铁氧化物的还原。并且采用生石灰、石灰石、碳酸钙和白云石中的至少一种作为添加剂，可以进一步提高还原效果。上述添加剂的平均粒度为不大于0.074mm。由此便于压球，并且有利于还原反应的进行。

根据本发明的具体实施例，上述方法中在制备赤泥含碳球团时，向其中加入了造孔剂，造孔剂在赤泥含碳球团后续的直接还原过程中，会焙烧成炭，进而体积缩小，使得赤泥含碳球团出现大量孔洞，进而便于还原性气体扩散到球团内部，提高还原效果。具体地，采用的造孔剂可以为稻壳、花生壳、木屑、废塑料颗粒中的至少一种，并且平均粒度为不大于1mm。由此采用上述造孔剂不仅可以降低原料成本，同时稻壳、花生壳、木屑或废塑料颗粒经过高温焙烧后的体积会显著减小，进而可以进一步提高造孔效果。另外，发明人还发现，通过控制造孔剂的平均粒径为不大于1mm，造孔剂粒度过大，不利于球团成型。因此控制造孔剂的平均粒径不大于1mm，可以在赤泥含碳球团内形成孔径适宜的空隙，进而不会明显地影响赤泥含碳球团的成型性和硬度。

另外，在制备赤泥含碳球团过程中加入稻壳、花生壳、木屑、废塑料颗粒等造孔剂不仅可以起到造孔提高还原效果的作用，同时造孔剂在直接还原过程中被焙烧成的炭还可以进一步发挥还原作用，从而可以替代一部分的还原剂，降低还原剂用量。因此，采用本发明上述实施例的赤泥含碳球团的制备方法，可以制备得到具有空隙发达的赤泥含碳球团，提高赤泥含碳球团后续的还原效率，同时还可以进一步降低还原剂成本。

根据本发明的具体实施例，采用的粘结剂可以为膨润土和/或淀粉溶液。由此可以进一步提高制备得到球团的成型效果，另外采用膨润土和/或淀粉溶液作为粘结剂还可以进一步提高含碳赤泥球团的硬度。

根据本发明的具体实施例，制备赤泥含碳球团的原料配比可以为：赤泥100重量份，还原剂5～10重量份，添加剂5～10重量份，粘结剂2～10重量份，造孔剂3～10重量份。由此按照上述配比可以有效地制备得到赤泥含碳球团。并且上述原料中的赤泥用量，粘结剂、添加剂和造孔剂的加入量需要综合考虑赤泥含碳球团在直接还原过程中形成的孔隙率以及球团的硬度等。发明人发现，通过采用上述配比制备得到的赤泥含碳球团在直接还原过程中形成的孔隙率可以达到30-40体积％。通常赤泥含碳球团本身是具有一些空隙，但孔隙率较低。通过按照上述原料和配比向赤泥中加入造孔剂后，可有效提高其孔隙率。由此可以使得还原性气体充分扩散到球团的内部，进而显著提高还原效果。

根据本发明的具体实施例，制备赤泥含碳球团的成型方法可以为压球，并且压球机线压力采用4～7吨/厘米。由此可以进一步提高成型效果，以及使得赤泥含碳球团具有适于直接还原的硬度。由于加入了一定量的造孔剂，造孔剂的密度比较低，发明人发现，采用4～7吨/厘米的线压力，可以制备得到硬度复合要求的赤泥含碳球团。

根据本发明的具体实施例，成型处理后得到的赤泥含碳球团还可以进一步送去干燥，得到干燥的赤泥含碳球团。由此干燥的赤泥含碳球团可以直接进行直接还原处理，从而提高直接还原处理效率。

根据本发明的另一方面，本发明还提出了一种赤泥含碳球团的制备系统。下面参考图2详细描述本发明具体实施例的赤泥含碳球团的制备系统。

根据本发明具体实施例的赤泥含碳球团的制备系统包括：干燥设备10、混合设备20和成型设备30。其中，干燥设备10具有赤泥入口11和干燥赤泥出口12；混合设备20具有干燥赤泥入口21、还原剂入口22、添加剂入口23、造孔剂入口24、粘结剂入口25和混合物料出口26；干燥赤泥入口21与干燥赤泥出口12相连；成型设备30具有混合物料入口31和赤泥含碳球团出口32，混合物料入口31与混合物料出口26相连。

由此采用本发明上述实施例的赤泥含碳球团制备系统，首先利用干燥设备10对赤泥进行干燥；其次，利用混合设备20将干燥赤泥、还原剂、添加剂、造孔剂、粘结剂混合均匀；最后，将混合物料进行成型处理，即可得到一种赤泥含碳球团。利用上述系统制备得到的赤泥含碳球团在进行高温焙烧的直接还原的过程中，造孔剂可以在高温下分解生成气体，使得赤泥含碳球团出现大量空隙，从而便于CO等还原性气体向赤泥含碳球团内部扩散，从而显著提高了还原效率和还原程度，降低能耗。

根据本发明的具体实施例，根据本发明的具体实施例，上述系统可以适用于将拜耳法生产三氧化二铝产生的赤泥、烧结法产生的赤泥和联合法产生赤泥制备成赤泥含碳球团。由此可以进一步提高该系统的适用性。由此，根据本发明的具体示例，赤泥入口11可以与拜耳法赤泥出口、烧结法赤泥出口和联合法赤泥出口中的至少一个相连。

具体地，生产氧化铝用于工业生产的几乎全属于碱法。碱法生产氧化铝又分为拜耳法、烧结法和联合法，进而产生的赤泥分别为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥。更具体地，例如烧结法生产氧化铝是将铝土矿、碳酸钠和石灰制成料浆进行烧结得到铝酸钠溶液，再经脱硅净化和碳酸化分解得到氢氧化铝晶体，再经焙烧脱水得到氧化铝产品。生产过程中得到的废物即为烧结法赤泥。

根据本发明的具体实施例，干燥设备内温度适于设置为100～200℃。由此在100～200℃的温度下对赤泥进行干燥处理，可以进一步提高干燥效率。

根据本发明的具体实施例，还原剂入口22包括兰炭入口、焦炭入口和非炼焦煤入口中的至少一个。由此通过兰炭入口、焦炭入口和非炼焦煤入口可以向混合设备20中加入兰炭、焦炭和非炼焦煤中的至少一种。由此通过预先将赤泥与上述还原剂混合制备成球团，可以进一步提高赤泥与还原剂的接触面积，进而提高赤泥的还原效果。并且采用兰炭、焦炭和非炼焦煤中的至少一种作为还原剂，可以进一步提高还原效果。上述还原剂的平均粒度可以为1-3mm。若还原剂粒度过粗，则还原反应不充分；粒度过细，造成球团孔隙较小，不利于还原反应的进行。控制还原剂的平均粒度为1-3mm可以使还原反应充分有效进行。

根据本发明的具体实施例，添加剂入口23包括生石灰入口、石灰石入口、碳酸钙入口和白云石入口中的至少一个。由此通过石灰入口、石灰石入口、碳酸钙入口和白云石入口可以向混合设备20中加入生石灰、石灰石、碳酸钙和白云石中的至少一种添加剂。由此通过预先将赤泥与上述添加剂混合制备成球团，可以降低还原温度，促进铁氧化物的还原。并且采用生石灰、石灰石、碳酸钙和白云石中的至少一种作为添加剂，可以进一步提高还原效果。上述添加剂的平均粒度为不大于0.074mm。由此便于压球，并且有利于还原反应的进行。

根据本发明的具体实施例，造孔剂入口24包括稻壳入口、花生壳入口、木屑入口和废塑料颗粒入口中的至少一个。由此通过稻壳入口、花生壳入口、木屑入口和废塑料颗粒入口可以向混合设备20中加入稻壳、花生壳、木屑和废塑料颗粒中的至少一种造孔剂。由此在制备赤泥含碳球团时，向其中加入上述造孔剂，造孔剂在赤泥含碳球团后续的直接还原过程中，会焙烧成炭，进而体积缩小，使得赤泥含碳球团出现大量孔洞，进而便于还原性气体扩散到球团内部，提高还原效果。具体地，采用的造孔剂可以为稻壳、花生壳、木屑、废塑料颗粒中的至少一种，并且平均粒度为不大于1mm。由此采用上述造孔剂不仅可以降低原料成本，同时稻壳、花生壳、木屑或废塑料颗粒经过高温焙烧后的体积会显著减小，进而可以进一步提高造孔效果。另外，发明人还发现，通过控制造孔剂的平均粒径为不大于1mm，造孔剂粒度过大，不利于球团成型。因此控制造孔剂的平均粒径不大于1mm，可以在赤泥含碳球团内形成孔径适宜的空隙，进而不会明显地影响赤泥含碳球团的成型性和硬度。

另外，在制备赤泥含碳球团过程中加入稻壳、花生壳、木屑、废塑料颗粒等造孔剂不仅可以起到造孔提高还原效果的作用，同时造孔剂在直接还原过程中被焙烧成的炭还可以进一步发挥还原作用，从而可以替代一部分的还原剂，降低还原剂用量。因此，采用本发明上述实施例的赤泥含碳球团的制备系统，可以制备得到具有空隙发达的赤泥含碳球团，提高赤泥含碳球团后续的还原效率，同时还可以进一步降低还原剂成本。

根据本发明的具体实施例，粘结剂入口25包括为膨润土入口和/或淀粉溶液入口。由此可以通过膨润土入口和/或淀粉溶液入口向混合设备20中加入膨润土和/或淀粉溶液作为粘结剂。由此可以进一步提高制备得到球团的成型效果，另外采用膨润土和/或淀粉溶液作为粘结剂还可以进一步提高含碳赤泥球团的硬度。

根据本发明的具体实施例，成型设备可以为压球机。采用压球机制备赤泥含碳球团时，压球机线压力采用4～7吨/厘米。由此可以进一步提高成型效果，以及使得赤泥含碳球团具有适于直接还原的硬度。由于加入了一定量的造孔剂，造孔剂的密度比较低，发明人发现，采用4～7吨/厘米的线压力，可以制备得到硬度复合要求的赤泥含碳球团。

实施例1

某拜耳法赤泥的全铁质量分数为32.61％，0.046mm以下颗粒占87％，还原剂采用兰炭(固定碳83％，灰分9％)，粒度为2mm。将其在100℃烘干后按照拜耳法赤泥：兰炭：石灰石：膨润土＝100:5:5:4进行配料并混合均匀，将混合物料进行压球，压球机线压力为6吨/厘米。将所得的球团进行烘干后即可得到一种赤泥含碳球团。将所得的含碳球团给入转底炉中，加热到1100℃～1200℃，保持30～40分钟后，从转底炉排出高温金属化球团，金属化率达到82％。

实施例2

某拜耳法赤泥的全铁质量分数为32.61％，0.046mm以下颗粒占87％，还原剂采用兰炭(固定碳83％，灰分9％)，粒度为2mm。将其在100℃烘干后按照拜耳法赤泥：兰炭：石灰石：膨润土：稻壳＝100:5:5:4:6进行配料并混合均匀，将混合物料进行压球，压球机线压力为6吨/厘米。将所得的球团进行烘干后即可得到一种赤泥含碳球团。将所得的含碳球团给入转底炉中，加热到1100℃～1200℃，保持30～40分钟后，从转底炉排出高温金属化球团，金属化率可达92％。与未加造孔剂相比，相同条件下，所得的金属化球团的金属化率指标较高。

实施例3

某拜耳法赤泥的全铁质量分数为32.61％，0.046mm以下颗粒占87％，还原剂采用兰炭(固定碳83％，灰分9％)，粒度为2mm。将其在100℃烘干后按照拜耳法赤泥：兰炭：石灰石：膨润土：废塑料颗粒＝100:5:5:4:6进行配料并混合均匀，将混合物料进行压球，压球机线压力为6吨/厘米。将所得的球团进行烘干后即可得到一种赤泥含碳球团。将所得的含碳球团给入转底炉中，加热到1100℃～1200℃，保持30～40分钟后，从转底炉排出高温金属化球团，金属化率可达95％。与未加造孔剂相比，相同条件下，所得的金属化球团的金属化率指标较高。同时由于废塑料颗粒含碳较高，还原性较好，因此金属化球团可以得到更高的金属化率。

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。