高铁废渣活化分离利用的装备的制作方法

本发明涉及环保利废技术领域，具体涉及一种高铁赤泥及铁矿石废料等高铁废渣活化分离利用的装备。

背景技术：

当前，高铁赤泥及铁矿石废料等高铁废渣的堆积量巨大，不只是浪费了大量的资源，亦给环境造成了巨大的污染及安全隐患。

高铁赤泥主要为拜耳法赤泥，拜耳法赤泥氧化铁及氧化铝含量高，氧化铁可达总量的28～34%，如平果铝厂的拜耳法赤泥的化学成分一般为fe2o328～34%、al2o316～19%、sio27～9%、cao18～21%、tio26.5～7.5%、k2o0.04～0.1%、na2o2.2～8.6%、mgo0.3～0.8%、loss11～14%。目前，氧化铝生产采用节能的拜耳法工艺已成为基本趋势，而我国已是世界氧化铝生产大国，2015年我国氧化铝产能已占全球总产能的51.98%达7160.27万吨，我国氧化铝产量已占全球氧化铝总产量的51.18%达5898.90万吨，加上2017年将新投产产能600万吨，总产能有望达到8000万吨，2017年产量有望达到6560万吨。一般每生产一吨氧化铝约排出1.0～1.3t赤泥。

赤泥具有颗粒细、高保水、高粘性，赤泥的颗粒粒径大多为>0.075mm3～6%，0.075～0.005mm87～92%，<0.005mm4～7%；比重大多为2840～2870g/m³；其主要矿物为文石和方解石、蛋白石、三水铝石、针铁矿、铝针铁矿、鲕绿泥石，还有少量的钛矿物、菱铁矿、水玻璃、铝酸钠、天然碱和火碱，且其中的含铁矿物颗粒极细且被硅铝酸盐矿物覆裹，并大量的铁直接固融在硅铝酸盐矿物晶格中。

赤泥及其附液中的污染物主要有碱、重金属、氟化物、氯化物、硫酸盐等，且赤泥的ph值达10.3～12，氟化物含量4.89～8.6mg/l，其浸出液的ph值达12.1～14，氟化物含量11.5～26.7mg/l。因此，赤泥（含附液）属于强碱性有害废渣，需进行无害化处置。

国外，氧化铝生产企业的赤泥原先主要是填海堆存，现今赤泥填海堆存被明令禁止，筑坝堆存已成为主要的处理方式。国内，赤泥被大量的排入涵洞阴河和简单的覆土填埋。近几年，随着环保的强化，赤泥大量的筑坝堆存，累积堆存量已超数亿吨。赤泥堆场建设和维护费用高昂，且强碱性、高盐度的赤泥废液渗漏会造成土壤碱化，污染地下水源，亦破坏了周边环境，带来严重的环境问题，致使铝工业的环保压力剧增，已成为影响我国铝工业可持续发展的棘手问题。围绕赤泥的资源化利用及无害化处理两大主题，国内外众多科研院所和技术人员展开了多领域、多学科的赤泥综合利用技术研究。大致可概括为：

1）利用烧结法赤泥生产水泥

利用烧结法低铁低铝高钙赤泥生产水泥，我国自上世纪60年代起至今持续投入了巨大的人力、资金。但因碱含量高及影响窑况、产品质量偏低等问题，至今未能有效的工业大规模应用。

2）利用赤泥生产新型墙体材料及开发产品

在利用赤泥生产新型墙材方面，从“赤泥粉煤灰烧结砖”作为国家“九五”科技攻关重大项目至今，赤泥的系列项目年年都是国家级重大支撑攻关项目，投入的人力和资金十分巨大，进行了大量的技术开发，但这系列国家级科技成果项目都因经济性差及产品开裂、泛霜等问题未能实现产业化。同样，在利用赤泥制陶瓷滤料、塑胶填料、微晶玻璃、脱硫剂、炼钢保护渣等产品的开发上，目前或处于进展中、或因产品质量问题、或因经济性及高能耗与二次污染问题，离工业化应用大量消耗赤泥的目标尚遥远。

3）赤泥作为路基材料

赤泥作为道路材料是以烧结法赤泥与粉煤灰、石灰、水泥等为主要原料，2004年即以重大产学研合作项目实施了示范应用工程，具有成本低廉，可节省黄土资源等，但客观上仍只是转移了污染。

4）赤泥制农用肥

赤泥制农用肥技术包括将赤泥干燥制成粉或制成颗粒状用作土壤调理剂(又称赤泥硅肥或硅钙复合肥料)、或将赤泥加部分磷氮钾和/或有机废弃物制成颗粒状多元素复合肥用于耕地。虽赤泥制农肥的确可化解氧化铝生产企业的环保压力问题，但客观上仅是将集中的污染源转移扩散。

5）从赤泥中提取有价金属

从赤泥中提取钛、钪、镓、铌、钽、锆、钍和铀等等有价金属元素一直是国内外科研人员研究的课题。目前，采取的主要方法是高温还原熔炼和酸浸提取方法，但工艺复杂、能耗高，且二次污染严重，至今尚无可经济有效地富集提取而不产生二次污染的方法。

6）利用拜耳法赤泥选铁

从拜耳法赤泥中回收铁一直是国内外科研人员努力的目标。目前拜耳法赤泥中回收铁的方法大致可分为冶金方法和物理选矿方法两大类。

冶金方法主要是加入还原剂（主要为c）于高温冶炼炉中还原熔融分离为生铁和废渣，或将赤泥加碳于焙烧炉中高温还原焙烧，使赤泥中的弱磁性的赤铁矿和针铁矿于焙烧炉中高温还原焙烧成磁铁矿,再磨细，然后磁选分离出磁铁矿，磁选后的废渣弃置，或磁选分离的磁铁矿再经粉磨多级磁选去掉夹裹的大量硅铝酸盐杂质矿物，获得铁精矿粉。

物理选矿方法主要是磨浆浮选分离，或采用多级磁选或多级粉磨磁选，去除裹覆的硅铝酸盐矿物杂质后回收含铁矿物，磁选后的废渣弃置。

虽然，冶金方法和物理选矿方法目前均已产业化，且其中的拜耳法赤泥磁选方法经多轮磁选提纯可得到一些较高品位的铁精矿，但因赤泥中的含铁矿物大多超细且高度分散并被硅铝酸盐矿物覆裹着，无论是当前的冶金法或物理选矿方法，除效率较低、回收率较低、能耗较高且有二次污染外，其技术经济性都不尽人意，且仍有大量废渣需筑坝堆存。

另一方面，当前矿山选矿废料包括低品位铁矿、尾渣及大量的难选铁矿，大多被当作废料弃置而大量堆积或筑坝填埋。对于这些高铁废料，目前国内外的主要技术方法可概括为三类：

一是加碳高温还原为生铁和固体渣，其能耗高、二次污染大，且生铁一般含有害杂质高，回收率偏低，并有大量的废渣需处理。

二是加碳于还原炉内一起还原磁化焙烧，再粉磨后磁选，分离出的大量废渣弃置，其能耗高，二次污染大，回收率偏低，并有大量的废渣需处理。

三是悬浮磁化焙烧，矿料用球磨机粉磨成粉料，用碳或co或h2或nh3或ch4作还原剂，在一定的温度和还原气氛条件下，将其中的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等磁性很弱的铁矿石还原磁化变成磁铁矿，利用焙烧后铁矿与脉石的巨大磁性差异，磁选分离出铁矿。但这些悬浮直接还原彼此夹杂甚至裹覆的含铁矿物使之磁化的方法，其磁选后得到的铁品位低（大多在50%左右），铁回收率低，分选指标实际上很不理想，能耗高且所需消耗的还原剂量大，造成较严重的二次污染，还有大量的废渣需要另行处理。究其原因，其一是被称之为难选铁矿或废料中的含铁矿物是被硅铝酸盐类脉石矿物彼此夹杂甚至裹覆的，硅铝酸盐类脉石矿物没有被有效分解崩离之前，含铁矿物无自由之身，而这些悬浮磁化焙烧方法，并没有为彼此夹杂裹覆含铁矿物的硅铝酸盐类脉石矿物优先提供有效分解崩离的条件，不能释放出自由的铁氧化物；其二是所选用的还原剂碳或co或h2或nh3或ch4的还原能力偏弱，不能有效还原晶格中同晶置换的铁，如铝针铁矿、鲕绿泥石中的铁等。

综上所述，迫切需要一种全新的工艺与装备，以便大规模经济而高效的资源化分离利用高铁赤泥及铁矿石废料这类产生量巨大的高含铁含湿废料中的各主要组分作为不同企业生产用原料。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，提供一种高铁废渣活化分离利用的装备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高铁废渣活化分离利用的装备，包括烘干式粉碎装置、活化分解炉、活化粉料与碱尘分离装置、磁化转化装置和磁选分离装置；

所述烘干式粉碎装置包括给配料装置、烘干式粉碎机、收尘器和排风机，所述给配料装置的卸料溜管与烘干式粉碎机的进料口连通，所述烘干式粉碎机上部的粉料出口通过管道与收尘器的进口连通，所述收尘器的废气出口与排风机的进口连通，所述收尘器的粉尘出口通过输送器与活化分解炉的物料进口连通；

所述活化分解炉包括悬浮流化床分解炉、燃烧器和热风装置，所述燃烧器设于悬浮流化床分解炉的下部，与悬浮流化床分解炉内连通，所述热风装置的出风口通过管道与悬浮流化床分解炉的热风进口管道连通；

所述活化粉料与碱尘分离装置包括高温粉料分离装置、碱尘分离收集装置、碱尘余热回收装置、高温风机和碱尘仓，所述高温粉料分离装置的进料口与活化分解炉顶部出口的管道连通，所述高温粉料分离装置的卸料管道上设有锁风装置，所述高温粉料分离装置的卸料管道与磁化转化装置的进料口连通，所述高温粉料分离装置顶部的出风口与碱尘分离收集装置的进料口连通，所述碱尘分离收集装置的卸料管道上设有锁风装置，所述碱尘分离收集装置的卸料管道与碱尘余热回收装置的进料口连通，所述碱尘余热回收装置的卸料口与碱尘仓的进料口连通，所述碱尘分离收集装置的进风口设有冷风调节阀，所述碱尘分离收集装置的出风口与高温风机进风口连通，所述高温风机的出风口与烘干式粉碎机的热风进口连通；

所述磁化转化装置包括磁化转化炉、还原转化剂雾化加料装置、引风机和磁化粉料高温余热回收装置，所述还原转化剂雾化加料装置与磁化转化炉相连，所述磁化转化炉顶部的排气口与引风机的进口连通，所述引风机的出口通过管道与活化分解炉内的高温区连通，所述磁化粉料高温余热回收装置与磁化转化炉的出料口连通，所述磁化粉料高温余热回收装置的粉料出口与磁选分离装置的粉料进口连通，所述磁选分离装置分别与精铁矿库、活化粉料库的进料设备连通。

进一步，所述烘干式粉碎机与收尘器之间设有选粉机，所述烘干式粉碎机上部的粉料出口通过管道与选粉机的进口连通，所述选粉机的气体出口与收尘器的进口连通，所述选粉机的细粉出口通过输送器与活化分解炉的物料进口连通，所述选粉机的粗粉出口与烘干式破碎机上升风道连通。

进一步，所述燃烧器选用油和/或煤粉燃烧器，用于点火和调整悬浮流化床分解炉内的温度。

进一步，所述高温粉料分离装置为两级串联的高温粉料分离装置，包括第一级高温粉料分离装置和第二级高温粉料分离装置，所述第一级高温粉料分离装置的进料口与活化分解炉顶部出口的管道相连通，所述第一级高温粉料分离装置的出风口与第二级高温粉料分离装置的进料口连通，所述第二级高温粉料分离装置的出风口与高温风机进口连通，所述第一级高温粉料分离装置和第二级高温粉料分离装置的卸料管道上均设有锁风装置，所述第一级高温粉料分离装置和第二级高温粉料分离装置的卸料管道分别与磁化转化装置的进料口连通。

进一步，所述碱尘分离收集装置为两级串联的碱尘分离收集装置，包括第一级碱尘分离收集装置和第二级碱尘分离收集装置，所述第一级碱尘分离收集装置的进料口与高温粉料分离装置出风口相连通，所述第一级碱尘分离收集装置顶部出风口与第二级碱尘分离收集装置的进料口连通，所述第二级碱尘分离收集装置的出风口与高温风机进风口连通，所述第一级碱尘分离收集装置和第二级碱尘分离收集装置的卸料管道上均设有锁风装置，所述第一级碱尘分离收集装置和第二级碱尘分离收集装置的卸料管道分别与碱尘余热回收器进料口连通。

进一步，所述还原转化剂雾化加料装置包括还原转化剂罐、泵和雾化加料装置，所述还原转化剂罐的出口与泵进口连通，所述泵出口经管道与雾化加料装置连通，所述雾化加料装置安置于磁化转化炉进料管道上和/或磁化转化炉内，确保还原转化剂与高温活化粉料定比混合。

进一步，所述磁化粉料高温余热回收装置内置磁化转化炉内或外置，与磁化转化炉出料口连通；为两级以上串联，确保磁化粉料快速冷却至100℃以下。

进一步，所述碱尘余热回收装置的热风出口、磁化粉料余热回收装置的热风出口分别与活化分解炉的热风装置进风口连通，热风装置的出风口与悬浮流化床分解炉的热风进口连通，用于回收高温粉料的余热作为活化分解炉的热风热能。

进一步，当高铁废渣中碱含量及锌等挥发性金属元素量含量没有或很低时，不设置碱尘分离收集装置、碱尘余热回收装置和碱尘仓，末级高温粉料分离收集装置的出风口通过连接管道与高温风机相连，连接管道上设置冷风调节阀。

本发明的技术原理：

针对高铁废渣的主要矿物成分是含铁矿物和硅铝酸盐类矿物，高铁赤泥的主要成分是含铁矿物、硅铝酸盐类矿物和碱，而设置碱自然富集分离、磁铁矿、活化硅铝酸盐类矿物粉料三类可用原料的分离工艺装备；针对高铁废渣因所含铁矿物为硅铝酸盐类矿物彼此夹杂裹覆、甚至大量的同晶置换，本为难选铁矿废料的具体情况，结合对硅铝酸盐类矿物活化利用的目标，将高铁废料和燃料共同制成混合粉，于活化分解炉内高效快速分解崩离为自由的活性氧化物，在将硅铝酸盐矿物等转化为活化粉料的同时，释放出自由的铁氧矿物，为含铁矿物的高效磁化转化创造出条件；针对硅铝酸盐矿物热分解崩离为各种氧化物时，于650℃以上尤其是700℃以上时，其中的碱氧化物及可能的锌会挥发主要进入高温烟气中，而实施活化粉料与富集碱尘等的分离。

采用高效的还原转化剂，强化磁铁矿的形成和重结晶晶形重整，且使之易于磁选分离，获得高品位铁精矿和高回收率。

本发明的有益效果：

本发明针对高铁废渣尤其是高铁赤泥保水性好、难以干燥的特点，采用烘干式粉碎系统制粉，效率高、处理量大，能耗低。

本发明以活化分解炉的高温废气余热解决烘干式粉碎系统所需的热风热能，以活化分解炉产生的活化粉料的高温余热解决磁化转化所需的温度和热能，以碱尘及活化粉料冷却过程中的余热回收解决活化分解炉内燃烧所需的热风热能，且强还原磁化转化过程产生的全部废气送入活化分解炉内高温氧化燃尽，既实现了全工艺系统热能的循环利用，热效率高，实际热耗低，又确保了安全无污染。

附图说明

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图中：1-烘干式粉碎装置，2-活化分解炉，3-活化粉料与碱尘分离装置，4-磁化转化装置，5-磁选分离装置，11-给配料装置，12-烘干式粉碎机，13-选粉机，14-收尘器，15-排风机，21-悬浮流化床分解炉，22-燃烧器，23-热风装置，31-高温粉料分离装置，31a-第一级高温粉料分离装置，31b-第二级高温粉料分离装置，32-碱尘分离收集装置，33-高温风机，34-碱尘余热回收装置，35-碱尘仓，36-冷风调节阀，41-磁化转化炉，42-还原转化剂雾化加料装置，43-引风机，44-磁化粉料高温余热回收装置。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1，本实施例包括烘干式粉碎装置1、活化分解炉2、活化粉料与碱尘分离装置3、磁化转化装置4和磁选分离装置5；

所述烘干式粉碎装置1包括给配料装置11、烘干式粉碎机12、选粉机13、收尘器14和排风机15，所述给配料装置11的卸料溜管与烘干式粉碎机12的进料口连通，所述烘干式粉碎机12上部的粉料出口通过管道与选粉机13的进口连通，所述选粉机13的气体出口与收尘器14的进口连通，所述收尘器14的废气出口与排风机15的进口连通，所述选粉机13的细粉出口与收尘器14的粉尘出口通过输送器与活化分解炉2的物料进口连通，所述选粉机13的粗粉出口与烘干式破碎机12上升风道连通；

所述活化分解炉2包括悬浮流化床分解炉21、燃烧器22和热风装置23，所述燃烧器22设于悬浮流化床分解炉21的下部，与悬浮流化床分解炉21内连通，所述热风装置23的出风口通过管道与悬浮流化床分解炉21的热风进口管道连通；

所述活化粉料与碱尘分离装置3包括高温粉料分离装置31、碱尘分离收集装置32、高温风机33、碱尘余热回收装置34和碱尘仓35，所述高温粉料分离装置31的进风口与活化分解炉2顶部出口的管道连通，所述高温粉料分离装置31的卸料管道上设有锁风装置，所述高温粉料分离装置31的卸料管道与磁化转化装置4的进料口连通，所述高温粉料分离装置31顶部的出风口与碱尘分离收集装置32的进料口连通，所述碱尘分离收集装置32的卸料管道上设有锁风装置，所述碱尘分离收集装置32的卸料管道与碱尘余热回收装置34的进料口连通，所述碱尘余热回收装置34的卸料口与碱尘仓35的进料口连通，所述碱尘分离收集装置32的进风口设有冷风调节阀，所述碱尘分离收集装置32的出风口与高温风机33进风口连通，所述高温风机33的出风口与烘干式粉碎机12的热风进口连通；

所述磁化转化装置4包括磁化转化炉41、还原转化剂雾化加料装置42、引风机43和磁化粉料高温余热回收装置44，所述还原转化剂雾化加料装置42与磁化转化炉41相连，所述磁化转化炉41顶部的排气口与引风机43的进口连通，所述引风机43的出口通过管道与活化分解炉2内的高温区连通，所述磁化粉料高温余热回收装置44内置于磁化转化炉41底部，与磁化转化炉41的出料口连通，所述磁化粉料高温余热回收装置44的粉料出口与磁选分离装置5的粉料进口连通，所述磁选分离装置5分别与精铁矿库、活化粉料库的进料设备连通。

本实施例中，所述还原转化剂雾化加料装置42包括还原转化剂罐、泵和雾化加料装置，所述还原转化剂罐的出口与泵进口连通，所述泵出口经管道与雾化加料装置连通，所述雾化加料装置安置于磁化转化炉41进料管道上和/或磁化转化炉41内。

本实施例中，所述高温粉料分离装置31为一级高温粉料分离装置。

本实施例中，所述碱尘分离收集装置32为一级碱尘分离收集装置。当然，也可为两级串联的碱尘分离收集装置，包括第一级碱尘分离收集装置和第二级碱尘分离收集装置，所述第一级碱尘分离收集装置的进料口与高温粉料分离装置出风口相连通，所述第一级碱尘分离收集装置顶部出风口与第二级碱尘分离收集装置的进料口连通，所述第二级碱尘分离收集装置的出风口与高温风机进风口连通，所述第一级碱尘分离收集装置和第二级碱尘分离收集装置的卸料管道上均设有锁风装置，所述第一级碱尘分离收集装置和第二级碱尘分离收集装置的卸料管道分别与碱尘余热回收器进料口连通。

本实施例中，所述碱尘余热回收装置34的热风出口、磁化粉料高温余热回收装置44的热风出口分别与活化分解炉2的热风装置23进风口连通。

实施例2

参照图2，本实施例与实施例1的区别在于：所述活化粉料与碱尘分离装置3省略了碱尘分离收集装置32、碱尘余热回收装置34和碱尘仓35，所述高温粉料分离装置31为两级串联的高温粉料分离装置，包括第一级高温粉料分离装置31a和第二级高温粉料分离装置31b，所述第一级高温粉料分离装置31a的进料口与活化分解炉2顶部出口的管道相连通，所述第一级高温粉料分离装置31a的出风口与第二级高温粉料分离装置31b的进料口连通，所述第二级高温粉料分离装置31b的出风口与高温风机33进口连通，所述第一级高温粉料分离装置31a和第二级高温粉料分离装置31b的卸料管道上均设有锁风装置，所述第一级高温粉料分离装置31a和第二级高温粉料分离装置31b的卸料管道分别与磁化转化装置4的进料口连通。

本实施例中，所述第二级高温粉料分离装置31b的出风口通过连接管道与高温风机33相连，连接管道上设置冷风调节阀36。