本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种气基还原处理赤泥的方法。
背景技术：
赤泥是生产氧化铝过程中产生的副产品，现阶段并没有有效的方式处理赤泥，主要采用堆放方式封存。目前我国赤泥的堆放量超过了2亿吨，大量的赤泥堆放处理不仅没有使资源得到充分利用，也对生态环境产生不利影响。
受限于赤泥的化学成分，至今尚无工业应用先例，对赤泥的研究仅仅处于实验室阶段。
气基竖炉炼铁技术是一种新型的炼铁技术，具有原料适应性强、环境友好等优势。气基竖炉炼铁技术是以主要成分为H2、CO的气体作为还原剂在低于矿物熔点下进行还原，矿物与还原气之间发生气固还原反应，将原料矿物中金属氧化物还原成单质的工艺流程。由于冶炼过程中系统温度较低，不产生渣相，故竖炉对原料要求较低，可以处理高炉无法利用的贫杂矿、难选矿或冶金废渣。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种气基还原处理赤泥的方法，解决目前赤泥难以处理的问题。
本发明提供的气基还原处理赤泥的方法包括如下步骤：
准备赤泥粉；
将所述赤泥粉与CaO和水混合后制成第一球团；
将所述第一球团干燥后焙烧成氧化球团；
将所述氧化球团送入气基竖炉内还原，得到金属化球团；
将所述金属化球团冷却、破碎、润磨，然后再进行磁选，得到磁性物和磁选渣；
将所述磁性物用于炼钢。
在本发明的一个实施方案中，所述方法还包括如下步骤：
将所述磁选渣与钠盐、CaO和水混合后制成第二球团；
将所述第二球团干燥后焙烧，得到焙烧产物；
将所述焙烧产物细磨后用水浸泡及搅拌，过滤后得到水浸溶液；
往所述水浸溶液中加入强酸，过滤后得到沉淀物；
将所述沉淀物焙烧，得到氧化铝。
在本发明的一个实施方案中，所述赤泥粉与所述CaO和所述水的质量比为100:5:8-100:2:5。
在本发明的一个实施方案中，所述氧化球团在所述气基竖炉内的还原时间为4-7h，所需还原气的温度为800-1000℃。
在本发明的一个实施方案中，所述第一球团焙烧的时间为5-15min、温度为900-1200℃
在本发明的一个实施方案中，所述第一球团的直径为8-16mm。
在本发明的一个实施方案中，将所述金属化球团润磨至≤75μm后再进行磁选。
在本发明的一个实施方案中，所述第二球团焙烧的时间为15-60min、温度为1000-1200℃。
在本发明的一个实施方案中，将所述焙烧产物细磨至≤75μm后再用水浸泡并进行搅拌。
在本发明的一个实施方案中，所述焙烧产物在水中的浸泡及搅拌的时间为2-4h。
本发明采用气基竖炉还原赤泥，无需冶金焦炭，不消耗焦煤，工艺流程短，省去了焦化步骤，降低了系统的能耗，且减少了污染物的排放。
本发明解决了赤泥无法利用的问题，综合回收了赤泥中的铁资源和铝资源，效果良好，工艺简单，适宜大规模的工业化生产。
采用本发明提供的工艺，赤泥中铁和铝的回收率高达90％以上。
在回收赤泥中的铝资源时，赤泥的中钠盐得到利用，节省了钠盐的投入，减少了生产成本。
附图说明
图1为本发明实施例中的一种气基还原处理赤泥的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
需要说明的是，本发明涉及的所有的百分数均为质量百分数。
本发明提供的气基还原处理赤泥的方法包括以下步骤：
准备赤泥原料；
将赤泥原料进行干燥和细磨，得到赤泥粉；
将赤泥粉与CaO和水混合后制成球团(本发明将其称为“第一球团”)；
将第一球团干燥后焙烧成氧化球团；
将氧化球团送入气基竖炉内还原，得到金属化球团；
将金属化球团冷却、破碎、润磨，然后再进行磁选，得到磁性物和磁选渣；
将磁性物用于炼钢。
拜耳法产生的赤泥铁品位相比其他方法产生的赤泥铁品位要高，基本上铁品位在30％以上；此外大约存在有20％的氧化铝和15％左右的二氧化硅，因此，本发明优选使用拜耳法赤泥。
本发明采用气基竖炉还原赤泥，无需冶金焦炭，不消耗焦煤，工艺流程短，省去了焦化步骤，降低了系统的能耗，且减少了污染物的排放。采用本发明提供的工艺，赤泥中的铁的回收率高达90％以上。
在本发明优选的实施例中，氧化球团在气基竖炉内的还原时间为4-7h，所需还原气的温度为800-1000℃。在更优选的实施例中，氧化球团在气基竖炉内的还原时间为6-7h，所需还原气的温度为850-950℃。本发明所用的还原气的主要成分为H2和CO，排出的炉顶气主要为CO2。可见，相对于高炉炼铁工艺，本发明所需的能耗低，且污染物排放量少。
CaO和水反应后生成Ca(OH)2，本发明采用Ca(OH)2作为赤泥粉的粘结剂。在本发明优选的实施例中，赤泥粉、Cao、水的质量比为100:5:8-100:2:5。在此质量比下，制得的第一球团强度较好，在后续焙烧过程中不易粉碎。
在本发明优选的实施例中，赤泥粉的粒径≤0.15mm，赤泥粉的粒径过大时不易制成第一球团。此外，第一球团的直径优选为8-16mm；太小，还原料柱透气性太差；太大，还原阻力越大，不利于提高金属化率，不利于回收赤泥中的铁。
赤泥中的铁主要是以氧化物的形式存在的，其中大部分为Fe2O3，Fe2O3经过焙烧后被氧化为具有磁性的Fe3O4，为后续的磁选过程创造条件。第一球团焙烧的时间越长、温度越高，氧化反应越彻底。在本发明优选的实施例中，第一球团焙烧的时间为5-15min，温度为900-1200℃。
在本发明优选的实施例中，金属化球团冷却后破碎，然后润磨至≤75μm(过200目的筛网)，再在约1000Oe的磁场下进行磁选。磁选后得到磁性物和磁选渣。磁选渣即非磁性物，其主要成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3和CaO，还有少量钠盐，其中，Al2O3的含量最多。
在进一步优选的实施例中，上述方法还包括如下步骤：
将磁选渣与钠盐、CaO和水混合后制成球团(本发明将其称为“第二球团”)；
将第二球团干燥后焙烧，得到焙烧产物；
将焙烧产物细磨后用水浸泡及搅拌，过滤后得到水浸溶液和尾渣；
往水浸溶液中加入强酸，得到沉淀物和废液；
将沉淀物焙烧，得到氧化铝。
磁选渣中的Al2O3、SiO2与加入的钠盐、CaO在焙烧过程中发生反应，经过焙烧后变为铝酸钠和硅酸钙等(即焙烧产物)，硅酸钙不溶于水而铝酸钠易溶于水后，加入强酸后，铝酸钠分解为钠盐和Al(OH)3(即沉淀物)，Al(OH)3焙烧后脱水，变为氧化铝。
在上述优选实施例中，对磁选渣进行了进一步的处理，铝的回收率在90％以上，赤泥中的铝得到了有效的回收，效果良好，工艺简单，具有较高的应用价值。
本发明使用的钠盐可以是NaCl、Na2CO3或其他任何形式的钠盐，优选为Na2CO3。本发明使用的强酸的浓度在10％以下，优选的强酸为HCl。
钠盐、CaO和水的加入量取决于磁选渣中Al2O3及SiO2的含量。由于赤泥中含有少量钠盐，在本发明优选的实施例中，磁选渣、钠盐、CaO的质量比为10:1:1-10:3:4，水加入量为总料重的5％-10％。赤泥中的钠盐得到了利用，节约了钠盐的投入，减少了生产成本。
第二球团的直径越小，焙烧的效果越小。在本发明优选的实施例中，第二球团的直径≤35mm。
第二球团焙烧的时间越长、温度越高，磁选渣中的Al2O3及SiO2与钠盐和CaO的反应越彻底。在本发明优选的实施例中，第二球团焙烧的时间为15-60min、温度为1000-1200℃。
焙烧产物细磨后用水浸泡并进行搅拌，在本发明优选的实施例中，将焙烧产物细磨至≤75μm(过200目的筛网)。所用的水优选为温水，其温度优选为40-60℃。铝酸钠在温水中的更容易溶解。水浸及搅拌的时间优选为2-4h，时间太短铝酸钠未完全溶解，时间太长，效率低。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。
实施例1
本实施例采用图1所示的工艺流程处理拜耳法赤泥，具体如下：
准备赤泥原料；
将赤泥原料干燥至水分含量为5％以下，并进行细磨。选取1000g粒径≤0.15mm的赤泥粉。
将上述赤泥粉与50gCaO和80g水放入混料机中，一起混合20min；然后将混合料放入圆盘造球机上，造成直径为8mm的第一球团。
将第一球团放入105℃的烘干箱内烘干24h，然后送入焙烧炉中，在1200℃的氧化气氛下焙烧15min，得到氧化球团。
将金属化球团送入气基竖炉中，通入温度约为950℃的还原气，还原4h，得到金属化球团。
将金属化球团冷却后破碎，然后润磨至≤75μm(过200目的筛网)，再在约1000Oe的磁场下进行磁选，得到磁性物和磁选渣。其中，磁性物为280g，磁选渣为650g。磁选物中金属铁粉的质量占磁性物质量的95％，磁选渣中Al2O3及SiO2的含量分别为40％和45％。
将磁性物用于炼钢。
将磁选渣与65gNa2CO3、65gCaO和78g水混料20min，混合料在对辊压球机上压成直径为30mm的第二球团。
将第二球团放入105℃的烘干箱内烘干24h，然后送入焙烧炉中，在1000℃下焙烧时间30min，得到焙烧产物。
将焙烧产物细磨至≤75μm(过200目的筛网)，然后加入过量的50℃的温水中浸泡3h，过滤后得到水浸溶液和尾渣。
往水浸溶液中加入过量的浓度为10％的稀盐酸，边加边搅拌使Al(OH)3沉淀出来，得到Al(OH)3沉淀和废液。
将Al(OH)3沉淀进行焙烧脱水，得到氧化铝粉。
本实施例中，赤泥中铁和氧化铝的回收率分别为90％和93％。
实施例2
本实施例采用图1所示的工艺流程处理赤泥，具体如下：
准备赤泥原料；
将赤泥原料干燥至水分含量5％以下，并进行细磨。选取1000g粒径≤1mm的赤泥粉。
将上述赤泥粉与20gCaO和50g水放入混料机中，一起混合15min；然后将混合料放入圆盘造球机上，造成直径为16mm的第一球团。
将第一球团放入105℃的烘干箱内烘干24h，然后送入焙烧炉中，在1050℃的氧化气氛下焙烧5min，得到氧化球团。
将金属化球团送入气基竖炉中，通入温度约为800℃的还原气，还原7h，得到金属化球团。
将金属化球团冷却后破碎，然后润磨至≤75μm(过200目的筛网)，再在约1000Oe的磁场下进行磁选，得到磁性物和磁选渣。其中，磁性物为250g，磁选渣为620g。磁选物中金属铁粉的质量占磁性物质量的94％，磁选渣中Al2O3及SiO2的含量分别为38％和48％。
将磁性物用于炼钢。
将磁选渣与124gNa2CO3、186gCaO和65g水混料20min，混合料在对辊压球机上压成直径为35mm的第二球团。
将第二球团放入105℃的烘干箱内烘干24h，然后送入焙烧炉中，在1100℃下焙烧时间30min，得到焙烧产物。
将焙烧产物细磨至≤75μm(过200目的筛网)，然后加入过量的55℃的温水中浸泡并搅拌3h，过滤后得到水浸溶液和尾渣。
往水浸溶液中加入过量的浓度为8％的稀盐酸，边加边搅拌使Al(OH)3沉淀出来，得到Al(OH)3沉淀和废液。
将Al(OH)3沉淀进行焙烧脱水，得到氧化铝粉。
本实施例中，赤泥中铁和氧化铝的回收率分别为90％和92％。
实施例3
本实施例采用图1所示的工艺流程处理拜耳法赤泥，具体如下：
准备赤泥原料；
将赤泥原料干燥至水分含量为5％以下，并进行细磨。选取1000g粒径≤1mm的赤泥粉。
将上述赤泥粉与35gCaO和60g水放入混料机中，一起混合20min；然后将混合料放入圆盘造球机上，造成直径为12mm的第一球团。
将第一球团放入105℃的烘干箱内烘干24h，然后送入焙烧炉中，在900℃的氧化气氛下焙烧15min，得到氧化球团。
将金属化球团送入气基竖炉中，通入温度约为1000℃的还原气，还原6h，得到金属化球团。
将金属化球团冷却后破碎，然后润磨至≤75μm(过200目的筛网)，再在约1200Oe的磁场下进行磁选，得到磁性物和磁选渣。其中，磁性物为300g，磁选渣为630g。磁选物中金属铁粉的质量占磁性物质量的94％，磁选渣中Al2O3及SiO2的含量分别为42％和51％。
将磁性物用于炼钢。
将磁选渣与189gNa2CO3、252gCaO和54g水混料20min，混合料在对辊压球机上压成直径为35mm的第二球团。
将第二球团放入105℃的烘干箱内烘干24h，然后送入焙烧炉中，在1150℃下焙烧时间60min，得到焙烧产物。
将焙烧产物细磨至≤75μm(过200目的筛网)，然后加入过量的50℃的温水中浸泡4h，过滤后得到水浸溶液和尾渣。
往水浸溶液中加入过量的浓度为9％的稀盐酸，边加边搅拌使Al(OH)3沉淀出来，得到Al(OH)3沉淀和废液。
将Al(OH)3沉淀进行焙烧脱水，得到氧化铝粉。
本实施例中，赤泥中铁和氧化铝的回收率分别为91％和94％。
实施例4
本实施例采用图1所示的工艺流程处理拜耳法赤泥，具体如下：
准备赤泥原料；
将赤泥原料干燥至水分含量为5％以下，并进行细磨。选取1000g粒径≤1mm的赤泥粉。
将上述赤泥粉与40gCaO和70g水放入混料机中，一起混合20min；然后将混合料放入圆盘造球机上，造成直径为9mm的第一球团。
将第一球团放入105℃的烘干箱内烘干24h，然后送入焙烧炉中，在950℃的氧化气氛下焙烧10min，得到氧化球团。
将金属化球团送入气基竖炉中，通入温度约为950℃的还原气，还原5h，得到金属化球团。
将金属化球团冷却后破碎，然后润磨至≤75μm(过200目的筛网)，再在约1000Oe的磁场下进行磁选，得到磁性物和磁选渣。其中，磁性物为260g，磁选渣为680g。磁选物中金属铁粉的质量占磁性物质量的95％，磁选渣中Al2O3及SiO2的含量分别为41％和53％。
将磁性物用于炼钢。
将磁选渣与160gNa2CO3、230gCaO和86g水混料20min，混合料在对辊压球机上压成直径为35mm的第二球团。
将第二球团放入105℃的烘干箱内烘干24h，然后送入焙烧炉中，在1200℃下焙烧时间15min，得到焙烧产物。
将焙烧产物细磨至≤75μm(过200目的筛网)，然后加入过量的50℃的温水中浸泡并搅拌3h，过滤后得到水浸溶液和尾渣。
往水浸溶液中加入过量的浓度为10％的稀盐酸，边加边搅拌使Al(OH)3沉淀出来，得到Al(OH)3沉淀和废液。
将Al(OH)3沉淀进行焙烧脱水，得到氧化铝粉。
本实施例中，赤泥中铁和氧化铝的回收率分别为92％和93％。
从上述实施例可知，采用本发明提供的工艺，赤泥中铁和铝的回收率高达90％以上。
其次，本发明采用气基竖炉还原赤泥，无需冶金焦炭，不消耗焦煤，工艺流程短，省去了焦化步骤，降低了系统的能耗，且减少了污染物的排放。
本发明解决了赤泥无法利用的问题，综合回收了赤泥中的铁资源和铝资源，效果良好，工艺简单，适宜大规模的工业化生产。
此外，在回收赤泥中的铝资源时，赤泥的中钠盐得到利用，节省了钠盐的投入，减少了生产成本。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。