从赤泥中回收铁的系统的制作方法

本实用新型涉及从赤泥中回收铁的系统。

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3000万吨，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。该方法脱碱效果显著，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，该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。

虽然赤泥中含有Fe、Si、Al、Ca、Ti、Sc、Nb、Ta、Zr、Th和U等，但对从拜耳法赤泥提取Ti、Sc等稀有元素的研究大多数仍停留在实验室阶段，没有实现工业化水平，且存在工艺复杂、成本较高等问题，目前应用于炼铁领域的方式主要是赤泥选铁，据中铝网统计数据，2013年赤泥选铁利用量占利用总量的56.6％。该利用方式只回收铁元素，铁回收率20～<30％，仅适用于部分有磁化特点的赤泥。由于赤泥铁粉中钾钠存在，赤泥铁粉配入高炉铁精粉中比例低于20％。由于赤泥选铁选比低、仍然存有大量赤泥尾渣，对于我国以亿计的堆存量来说，消纳量相对较小。

由此，从赤泥中回收铁的系统有待研究。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种从赤泥中回收铁的系统，该系统通过细磨装置控制粉料粒度，使粉料充分混匀磨细，并且还原装置在还原性气氛和低温条件下实现赤泥粉料中铁氧化物还原和碱金属还原脱除，从而，有效地解决赤泥火法脱碱率低和能耗高的问题。并且针对煤基直接还原铁中硫含量高的特点，将脱碱物料冷却后再进行磨矿磁选，产出低硫含量的金属铁粉，解决现有工艺中赤泥铁粉中硫含量过高的技术难题。

根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种从赤泥中回收铁的系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：细磨装置，所述细磨装置具有赤泥粉末入口、碳基物料粉末入口和混合物料细粉出口；还原装置，所述还原装置具有混合物料细粉入口、还原气通气管道、含碱烟气出口和脱碱物料出口，所述混合物料细粉入口与所述混合物料细粉出口相连；冷却装置，所述冷却装置具有脱碱物料入口和冷却物料出口，所述脱碱物料入口与所述脱碱物料出口相连；以及磨矿磁选装置，所述磨矿磁选装置具有冷却物料入口、铁粉出口和排渣口，所述冷却物料入口与所述冷却物料出口相连。

根据本实用新型实施例的从赤泥中回收铁的系统，通过细磨装置对原料进行细磨处理和润磨处理有效控制粉料粒度，使粉料充分混匀磨细，而还原装置具有还原气通气管道，使原料在还原性气氛和低温条件下进行还原处理，实现赤泥粉料中铁氧化物还原和碱金属还原脱除，从而，有效地解决赤泥火法脱碱率低和能耗高的问题。并且针对煤基直接还原铁中硫含量高的特点，将脱碱物料经冷却装置冷却后再经磨矿磁选装置进行磨矿磁选，产出低硫含量的金属铁粉，从而，有效解决了现有工艺中赤泥铁粉中硫含量过高的技术难题。由此，利用本实用新型的系统从赤泥中回收铁，系统的结构简单，成本低，铁的回收率高，回收得到的铁粉的铁的品位高，硫的含量低，并且尾矿的碱含量低，可用于生产水泥。

任选地，该系统进一步包括：赤泥破碎装置，所述赤泥破碎装置具有赤泥入口和赤泥粉末出口，所述赤泥粉末出口与所述赤泥粉末入口相连；碳基物料破碎装置，所述碳基物料破碎装置具有碳基物料入口和碳基物料粉末出口，所述碳基物料粉末出口与所述碳基物料粉末入口相连。

任选地，所述还原装置为管式焙烧炉。

任选地，所述还原装置进行还原处理的温度为800-1150摄氏度。

任选地，所述冷却装置为水冷套式冷却装置。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本实用新型一个实施例的从赤泥中回收铁的方法的流程示意图；

图2显示了根据本实用新型一个实施例的从赤泥中回收铁的系统的结构示意图；

图3显示了根据本实用新型另一个实施例的从赤泥中回收铁的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，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。进一步地，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

从赤泥中回收铁的系统

根据本实用新型的另一方面，本实用新型提供了一种从赤泥中回收铁的系统。参考图2，根据本实用新型的实施例，对从赤泥中回收铁的系统进行解释说明，该系统包括：细磨装置100、还原装置200、冷却装置300和磨矿磁选装置400。下面参考图2对各装置进行解释说明：

细磨装置100：根据本实用新型的实施例，该细磨装置100具有赤泥粉末入口101、碳基物料粉末入口102和混合物料细粉出口103。细磨装置将赤泥粉末和碳基物料粉末进行细磨处理和润磨处理，得到均匀的混合物料细粉。根据本实用新型的一些实施例，混合物料细粉中，粒度不大于0.02mm的混合物料细粉的质量分数不低于90％。由此，通过细磨装置将原料磨细可有效增大物料的接触面积，混合物料细粉混匀后再次磨细至粒度不大于0.02mm的混合物料细粉的质量分数不低于90％，可使混合物料的比表面积达到80m²/g以上，使赤泥内部晶格碱与碳基物料粉末充分接触，促进钠的还原挥发，并有利于在低温条件下实现低价铁氧化物的还原。

参考图3，根据本实用新型的实施例，该系统进一步包括：赤泥破碎装置500和碳基物料破碎装置600，其中，赤泥破碎装置500具有赤泥入口501和赤泥粉末出口502，其中，赤泥粉末出口502与赤泥粉末入口101相连，赤泥破碎装置500用于将赤泥进行破碎处理，得到赤泥粉末；碳基物料破碎装置600具有碳基物料入口601和碳基物料粉末出口602，其中，碳基物料粉末出口602与碳基物料粉末入口102相连，碳基物料破碎装置600用于将碳基物料进行破碎处理，得到碳基物料粉末。由此，在进入细磨装置前，对粒径较大的赤泥和碳基物料进行破碎处理，便于细磨处理得到粒径微小的细粉，使细磨处理的时间和能耗显著降低。

根据本实用新型的一些实施例，赤泥粉末中，粒度不大于0.043mm的赤泥粉末的质量分数不低于85％。由此，赤泥粉末的粒度小，便于通过润磨处理得到混合物料细粉，其中，粒度不大于0.02mm的混合物料细粉的质量分数不低于90％。

根据本实用新型的实施例，碳基物料粉末中，粒度不大于0.043mm的碳基物料粉末的质量分数不低于85％。由此，碳基物料粉末的粒度小，便于通过润磨处理得到混合物料细粉，其中，粒度不大于0.02mm的混合物料细粉的质量分数不低于90％。

根据本实用新型的一些实施例，赤泥粉末和碳基物料粉末按质量比为1：(0.15-0.4)进行所述润磨处理。由此，不仅铁氧化物的还原效果好，而且，有利于球团内碱金属的还原挥发，进而，碱金属的脱除率高，金属化球团的碱金属含量低，有效缓解金属化球团后续冶炼时碱金属对炉衬的侵蚀，并且得到的低碱尾矿可以用于水泥生产。如果碳基物料粉末的加入量过低，不利于实现碱的脱除和球团内铁氧化物的还原，而碳基物料粉末的加入量过高，则生产成本会增加，并且影响球团后续磨选分离，增大混合物料中的硫含量。

还原装置200：根据本实用新型的实施例，还原装置200具有混合物料细粉入口201、还原气通气管道202、含碱烟气出口203和脱碱物料出口204，其中，混合物料细粉入口201与混合物料细粉出口103相连，还原装置用于将混合物料细粉在还原气氛下进行还原处理，得到含碱炉气和脱碱物料。由此，在还原处理过程中，赤泥中的铁氧化物在还原气氛中被还原，而大量碱金属在煤粉的还原气氛下挥发而逸出进入烟气中，使球团中碱金属含量减少。

根据本实用新型的实施例，还原装置200为管式焙烧炉。由此，直接利用粉料即可还原处理，无需将原料进行造球成型处理，节省处理步骤，并且，管式焙烧炉的还原效率高，脱碱效果好。

根据本实用新型的实施例，还原气含有一氧化碳，且一氧化碳体积分数大于50％。由此，还原气中一氧化碳的浓度适宜，不仅促进还原反应进行，而且有效避免还原得到的金属铁被二次氧化。

根据本实用新型的一些实施例，还原处理的温度为800-1150摄氏度，时间为4-6小时，其中，需要说明的是，还原处理的温度是逐渐升温的过程，当反应温度由800摄氏度逐渐升高到1150摄氏度，不仅铁氧化物的还原效果好，而且，可以有效脱除赤泥中的碱金属。还原处理的温度在1100℃以下，仅能实现铁氧化物的还原，不能有效脱除赤泥中碱金属，而温度高于1150℃，容易引起物料软熔，增加磨矿成本并造成管式炉内炉衬的侵蚀。

冷却装置300：根据本实用新型的实施例，冷却装置300具有脱碱物料入口301和冷却物料出口302，其中，脱碱物料入口301与脱碱物料出口204相连，冷却装置300用于将脱碱物料进行冷却处理，得到冷却物料。由此，热态脱碱物料易于被二次氧化后，使磨选后铁粉品位下降，将热态脱碱物料进行冷却处理，有效避免脱碱物料在后续的磨矿磁选处理中二次氧化，铁粉的品位更高。

根据本实用新型的实施例，冷却装置为水冷套式冷却装置。由此，装置的结构简单，冷却效果好，冷却成本低。

磨矿磁选装置400：根据本实用新型的实施例，该磨矿磁选装置400具有冷却物料入口401、铁粉出口402和排渣口403，其中，冷却物料入口401与冷却物料出口302相连，该磨矿磁选装置400将冷却物料进行磨矿磁选处理，得到铁粉和尾渣。由此，对冷却后的物料进行磨矿磁选处理，可以有效降低铁粉中的硫含量。

根据本实用新型的一些实施例，铁粉的含硫量不大于0.05质量％。由此，铁粉的硫含量低，并且，本实用新型将脱碱物料先冷却处理再磨矿磁选，实现低温还原耦合磨矿磁选，不仅脱硫效果好，而且脱硫成本低。

根据本实用新型的一些实施例，尾渣的碱金属含量不高于0.5质量％。由此，本实用新型实施例的系统脱碱效果好，尾渣中碱金属含量低，从而，尾渣可用于生产水泥，实现废物利用。

根据本实用新型实施例的从赤泥中回收铁的系统，通过细磨装置对原料进行细磨处理和润磨处理有效控制粉料粒度，使粉料充分混匀磨细，而还原装置具有还原气通气管道，使原料在还原性气氛和低温条件下进行还原处理，实现赤泥粉料中铁氧化物还原和碱金属还原脱除，从而，有效地解决赤泥火法脱碱率低和能耗高的问题。并且针对煤基直接还原铁中硫含量高的特点，将脱碱物料经冷却装置冷却后再经磨矿磁选装置进行磨矿磁选，产出低硫含量的金属铁粉，从而，有效解决了现有工艺中赤泥铁粉中硫含量过高的技术难题。由此，利用本实用新型的系统从赤泥中回收铁，系统的结构简单，成本低，铁的回收率高，回收得到的铁粉的铁的品位高，硫的含量低，并且尾矿的碱含量低，可用于生产水泥。

从赤泥中回收铁的方法

为了便于理解前述的从赤泥中回收铁的系统，在此提供了一种利用前述系统从赤泥中回收铁的方法。参考图1，根据本实用新型的实施例，对从赤泥中回收铁的方法进行解释说明，该方法包括：

S100细磨处理

根据本实用新型的实施例，将赤泥粉末和碳基物料粉末分别利用细磨装置进行细磨处理，然后进行润磨处理，得到均匀的混合物料细粉，其中，混合物料细粉中，粒度不大于0.02mm的混合物料细粉的质量分数不低于90％。由此，通过将原料磨细可有效增大物料的接触面积，混合物料细粉混匀后再次磨细至粒度不大于0.02mm的混合物料细粉的质量分数不低于90％，可使混合物料的比表面积达到80m²/g以上，使赤泥内部晶格碱与碳基物料粉末充分接触，促进钠的还原挥发，并有利于在低温条件下实现低价铁氧化物的还原。

根据本实用新型的实施例，赤泥粉末中，粒度不大于0.043mm的所述赤泥粉末的质量分数不低于85％。由此，赤泥粉末的粒度小，便于通过润磨处理得到混合物料细粉，其中，粒度不大于0.02mm的混合物料细粉的质量分数不低于90％。

根据本实用新型的实施例，碳基物料粉末中，粒度不大于0.043mm的所述碳基物料粉末的质量分数不低于85％。由此，碳基物料粉末的粒度小，便于通过润磨处理得到混合物料细粉，其中，粒度不大于0.02mm的混合物料细粉的质量分数不低于90％。

根据本实用新型的一些实施例，赤泥粉末和碳基物料粉末按质量比为1：(0.15-0.4)进行所述润磨处理。由此，不仅铁氧化物的还原效果好，而且，有利于球团内碱金属的还原挥发，进而，碱金属的脱除率高，金属化球团的碱金属含量低，有效缓解金属化球团后续冶炼时碱金属对炉衬的侵蚀，并且得到的低碱尾矿可以用于水泥生产。如果碳基物料粉末的加入量过低，不利于实现碱的脱除和球团内铁氧化物的还原，而碳基物料粉末的加入量过高，则生产成本会增加，并且影响球团后续磨选分离，增大混合物料中的硫含量。

S200还原处理

根据本实用新型的实施例，还原装置将混合物料细粉在还原气氛下进行还原处理，得到含碱炉气和脱碱物料。由此，在还原处理过程中，赤泥中的铁氧化物在还原气氛中被还原，而大量碱金属在煤粉的还原气氛下挥发而逸出进入烟气中，使球团中碱金属含量减少。

根据本实用新型的实施例，还原气含有一氧化碳，且一氧化碳体积分数大于50％。由此，还原气中一氧化碳的浓度适宜，不仅促进还原反应进行，而且有效避免还原得到的金属铁被二次氧化。

根据本实用新型的一些实施例，还原处理的温度为800-1150摄氏度，时间为4-6小时，其中，需要说明的是，还原处理的温度是逐渐升温的过程，当反应温度由800摄氏度逐渐升高到1150摄氏度，不仅铁氧化物的还原效果好，而且，可以有效脱除赤泥中的碱金属。还原处理的温度在1100℃以下，仅能实现铁氧化物的还原，不能有效脱除赤泥中碱金属，而温度高于1150℃，容易引起物料软熔，增加磨矿成本并造成管式炉内炉衬的侵蚀。

S300冷却处理

根据本实用新型的实施例，冷却装置将脱碱物料进行冷却处理，得到冷却物料。由此，热态脱碱物料易于被二次氧化后，使磨选后铁粉品位下降，将热态脱碱物料进行冷却处理，有效避免脱碱物料在后续的磨矿磁选处理中二次氧化，铁粉的品位更高。根据本实用新型的一些实施例，利用水冷套式冷却装置进行该冷却处理。由此，冷却效果好，冷却成本低。

S400磨矿磁选处理

根据本实用新型的实施例，磨矿磁选装置将冷却物料进行磨矿磁选处理，得到铁粉和尾渣。由此，对冷却后的物料进行磨矿磁选处理，可以有效降低铁粉中的硫含量。

根据本实用新型的一些实施例，铁粉的含硫量不大于0.05质量％。由此，铁粉的硫含量低，并且，本实用新型将脱碱物料先冷却处理再磨矿磁选，实现低温还原耦合磨矿磁选，不仅脱硫效果好，而且脱硫成本低。

根据本实用新型的一些实施例，尾渣的碱金属含量不高于0.5质量％。由此，本实用新型实施例的方法脱碱效果好，尾渣中碱金属含量低，从而，尾渣可用于生产水泥，实现废物利用。

根据本实用新型实施例的从赤泥中回收铁的方法，通过细磨处理和润磨处理有效控制粉料粒度，使粉料充分混匀磨细，并在还原性气氛和低温条件下进行还原处理，实现赤泥粉料中铁氧化物还原和碱金属还原脱除，从而，有效地解决赤泥火法脱碱率低和能耗高的问题。并且针对煤基直接还原铁中硫含量高的特点，将脱碱物料进行冷却处理后再磨矿磁选，产出低硫含量的金属铁粉，从而，有效解决了现有工艺中赤泥铁粉中硫含量过高的技术难题。由此，利用本实用新型的方法从赤泥中回收铁，工艺流程简单，成本低，铁的回收率高，回收得到的铁粉的铁的品位高，硫的含量低，并且尾矿的碱含量低，可用于生产水泥。

下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本实用新型的限制。

实施例1

利用本实用新型实施例的方法，以煤粉为还原剂，从赤泥中回收铁，具体步骤如下：

(1)将赤泥和还原剂细磨至-0.043mm占85％，以赤泥为100重量份计，配入25％的还原剂，重新将物料进行细磨，要求磨细粒度为-0.043mm占90％。

(2)将步骤(1)得到的混合粉料放置于管式焙烧炉内进行还原，还原炉内的初始温度为800℃，经过两小时升温升到1100℃，炉内通入含CO和N2的还原气，其中CO浓度为50％。保温3h之后，取出还原粉料。

(3)将还原粉料进行间接水冷。

(4)将步骤(3)水冷后的还原粉料进行磨矿磁选，磨矿时间为5min，得到TFe为91.1％、硫含量为0.04％的金属铁粉，尾渣中Na₂O含量为0.89％。由此，利用本实用新型实施例的方法回收得到的铁粉的铁的品位高，硫的含量低，并且尾矿的碱含量低，可用于生产水泥。

实施例2

利用本实用新型实施例的方法，以煤粉为还原剂，从赤泥中回收铁，具体步骤如下：

(1)将赤泥、还原剂细磨至-0.043mm占90％，以赤泥为100重量份计，配入25％的还原剂，重新将物料进行细磨，要求磨细粒度为-0.043mm占95％。

(2)将步骤(1)得到的混合粉料放置于管式焙烧炉内进行还原，还原炉内的初始温度为800℃，经过两小时升温升到1150℃，炉内通入含CO和N₂的还原气，其中CO浓度为50％。保温3h之后，取出还原粉料。

(3)将还原粉料进行间接水冷。

(4)将步骤(3)水冷后的还原粉料进行磨矿磁选，磨矿时间为5min，得到TFe为92.2％、S为0.04％的金属铁粉，尾渣中Na2O含量为0.67％。由此，利用本实用新型实施例的方法回收得到的铁粉的铁的品位高，硫的含量低，并且尾矿的碱含量低，可用于生产水泥。

实施例3

利用本实用新型实施例的方法，以煤粉为还原剂，从赤泥中回收铁，具体步骤如下：

(1)将赤泥、还原剂细磨至-0.043mm占90％，以赤泥为100重量份计，配入25％的还原剂，重新将物料进行细磨，要求磨细粒度为-0.043mm占95％。

(2)将步骤(1)得到的混合粉料放置于管式焙烧炉内进行还原，还原炉内的初始温度为800℃，经过两小时升温升到1150℃，炉内通入含CO和N₂的还原气，其中CO浓度为30％。保温3h之后，取出还原粉料。

(3)将还原粉料进行间接水冷。

(4)将步骤(3)水冷后的还原粉料进行磨矿磁选，磨矿时间为5min，得到TFe为90.2％、S为0.06％的金属铁粉，尾渣中Na2O含量为0.65％。由此，利用本实用新型实施例的方法回收得到的铁粉的铁的品位高，硫的含量低，并且尾矿的碱含量低，可用于生产水泥。

实施例4

利用本实用新型实施例的方法，以煤粉为还原剂，从赤泥中回收铁，具体步骤如下：

(1)将赤泥、还原剂细磨至-0.043mm占90％，以赤泥为100重量份计，配入15％的还原剂，重新将物料进行细磨，要求磨细粒度为-0.043mm占95％。

(2)将步骤(1)得到的混合粉料放置于管式焙烧炉内进行还原，还原炉内的初始温度为800℃，经过两小时升温升到1100℃，炉内通入含CO和N2的还原气，其中CO浓度为70％。保温3h之后，取出还原粉料。

(3)将还原粉料进行间接水冷。

(4)将步骤(3)水冷后的还原粉料进行磨矿磁选，磨矿时间为5min，得到TFe为93.05％、S为0.03％的金属铁粉，尾渣中Na₂O含量为0.33％。由此，利用本实用新型实施例的方法回收得到的铁粉的铁的品位高，硫的含量低，并且尾矿的碱含量低，可用于生产水泥。

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实用新型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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。