专利名称：一种利用黄铁矿处理赤泥的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用赤泥处理的方法，其特征在于采用黄铁矿与赤泥共混烧结， 不仅可以中和赤泥的碱性，还可以使赤泥中的氧化铁转化为具有磁性的四氧化三铁加以回收，并使处理后赤泥成为耐火材料原料。
背景技术：
氧化铝生产时排出的大量尾矿渣，由于其中含有大量的氧化铁，外观呈红色，并且含有大量残留的碱液呈粘稠状，故称为赤泥。平均每生产1吨氧化铝产生1. 0-2. 0吨赤泥。全世界每年赤泥排放量约6000万吨，我国仅山东铝厂、山西铝厂、平果铝厂、中州铝厂、 贵州铝厂五大铝厂每年排出赤泥量就达600万吨，累积堆存量5000万吨，而其利用率仅为 15%左右。如此大量的赤泥，堆存不但需要大量的基建费用，而且占用和污染土地，已成为重大的环境污染源。赤泥的化学成分及矿物组成取决于原矿品位、生产方法、技术水平、生产过程中添加剂的物质成分及其新生成的化合物成分。以拜耳法为例，由于其原料铝土矿中二氧化硅的含量小，添加石灰较少，故赤泥主要组分是Si02、CaO、Fe203、Al2O3^Na2O, Ti02、K2O等，此外还含烧碱成分和微量其他有色金属等。目前，对于赤泥的综合利用措施主要归纳为两方面 一是提取赤泥中的有价金属，如氧化铝、氧化铁、氧化钛、钒等；二是将赤泥中的氧化铁含量降至以下可作为水泥或耐火砖等大宗材料的原料。赤泥中氧化铁含量在20-30%左右，主要存在形式是Fe2O3和Fe304。赤泥中的氧化铁的提取方法之一是用废酸溶出赤泥中的金属元素，然后利用铁离子易水解特性，经沉淀富集。例如文献1将洗涤后的赤泥用盐酸溶出，得到的滤液调整其PH值在2. 2-3. 5，经沉淀和压滤，得到铁的化合物。这种方法需要大量的无机酸，造成二次污染。另一类提取赤泥中氧化铁的方法是将赤泥与还原剂共混焙烧，使氧化铁转化为具有磁性的四氧化三铁经磁选富集。文献2以某钢铁厂的喷吹煤粉作为固体还原剂，将其与赤泥按一定比例混合制团后在高温条件下进行还原焙烧，磁选出铁精矿。文献3将赤泥质量的7-75%的焦炭或无烟煤、赤泥质量的0-16 %含钙化合物或6-45 %的含铝化合物加入赤泥中，混合后置于电炉中，然后在1400-1800°C条件下熔融还原，保温0. 5-4小时，自然冷却后破碎分离，得到硅铁合金和铝酸钙材料，硅铁合金可作为炼钢的脱氧剂和合金剂。文献4将赤泥晾干后与煤和海绵铁粉混合，挤压成型、干燥，与工业煤一同加进回转窑还原焙烧，冷却后送磁选工序并磨细，得到的海绵铁粉与粘连剂和生石灰混合后挤压成型、干燥，得到海绵铁球块产品。文献5将赤泥、硅石、还原剂和助溶剂加入冶炼炉内进行还原熔炼，炉温为1600-1900°C，还原熔炼3-4小时，从冶炼炉的出液口放液得到硅铁合金熔体，4-10小时后，从冶炼炉出液口放液，得到刚玉熔体。利用还原剂将赤泥中氧化铁转化为磁性四氧化三铁、再经磁选富集的方案是一种利于实现工业化的技术方案。本发明提出利用黄铁矿处理赤泥，可同时实现中和碱度和磁选富集氧化铁的目的。
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2009-06-17.
发明内容
黄铁矿的主要成份为FeS2(二硫化亚铁)，其中Fe的氧化数为+2，S的氧化数为-1，两种元素均具有还原性，是一种天然的还原剂。FeS2与Fe2O3在隔绝空气条件下高温焙烧，根据硫的氧化产物不同，发生的反应方程式如下所示FeS2+4Fe203 = 3Fe304+2S①FeS2+16Fe203 = llFe304+2S02 ②两个化学方程式的化学计量比分别为Fe2O3 FeS2 = 5. 33 1和21. 33 1 (质量比)。本发明所述的利用黄铁矿处理赤泥方法，其特征在于赤泥与黄铁矿的混合比例， 赤泥中Fe2O3的含量与黄铁矿中FeS2的含量，介于21. 33 1-5.33 1(质量比)之间。若混合比例在上述范围之内，则赤泥和黄铁矿的混合物在温度600-800°C范围内、 隔绝空气条件下焙烧30分钟以上，即可使得赤泥中的Fe2O3转化为Fe304。若黄铁矿用量过低，则赤泥中部分Fe2O3不能完全转化；若黄铁矿用量过高，则过量的FeS2将自身热分解生成Fe203。即，无论焙烧温度、焙烧时间如何变化，处理后赤泥中将混杂有Fe2O3，即不能完全利用磁选除去全部铁氧化物。本发明所述的利用黄铁矿处理赤泥的方法，其中焙烧处理后赤泥中铁氧化物采用磁选法去除。所述磁选方法为公知的磁选方法。磁选出的磁选铁氧化物可作为炼铁原料使用。处理后赤泥中氧化铁含量低于2%，可作为耐火材料原料。本发明所述的利用黄铁矿处理赤泥的方法，具体描述如下(1)测定黄铁矿中FeS2的含量，将其粉碎，过筛取80-120目粉体；(2)将赤泥风干(不洗涤)，测定其中Fe2O3含量；(3)将赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe2O3含量与黄铁矿中FeS2含量之比为 21. 33 1-5. 33 1(质量比)混合；(4)混合物隔绝空气加热至600-800°C，保持0. 5-2小时。(5)采用公知磁选方法回收焙烧后混合物的磁性铁氧化物。(6)磁选出的铁氧化物可作为炼铁原料，处理后赤泥可用作耐火砖原料。
附图1.分析纯Fe2O3与FeS2 VX 5. 33 1 (质量比)的比例混合物在500°C >600°C、 700°C、800°C下管式炉氮气保护反应2小时后产物的XRD图。附图2分析纯Fe2O3与FeS2以5. 33 1 (质量比)的比例混合均勻在管式炉氮气保护下800°C反应2、1、0. 5小时后产物的XRD图。附图3 分析纯 Fe2O3 与 FeS2 按比例 23 1,21. 3 1,5. 33 1、4 1(质量比) 混合均勻，在管式炉氮气保护下，在700°C下反应2小时后产物的XRD图。附图4风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe2O3含量与黄铁矿中FeS2含量之比为 20 1的比例混合，700°C，氮气保护下在管式炉中反应2小时后产物的XRD图。附图5风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe2O3含量与黄铁矿中FeS2含量之比为 20 1的比例混合，700°C，氮气保护下在管式炉中反应2小时后产物实施例1以分析纯Fe2O3试剂与分析纯FeS2试剂考察混合比例、焙烧温度、焙烧时间对Fe2O3 至Fe3O4转化率的影响。将Fe2O3 与 FeS2 以质量比 5. 33 1 在 500°C、600°C、700°C、800°C下管式炉氮气保护反应2小时，测得XRD图如附图1所示，实验结果表明500°C的焙烧温度不足以使得转化完全，产物中还有其他铁氧化物，而600°C到800°C情况下反应物转化比较完全。将Fe2O3与FeS2按5. 33 1的比例混合均勻在管式炉氮气保护下800°C分别反应 2、1、0. 5小时后产物XRD图如附图2所示。实验结果焙烧时间对转化影响不大，0. 5小时即可实现转化。将Fe2O3与FeS2按比例23 1,21. 3 1,5. 33 1、4 1混合均勻，在管式炉氮气保护下，分别在700°C下反应2小时，测得XRD图附图3所示，表明反应物混合比例介于 21.3 1-5.33 1之间的焙烧产物为较纯净的Fe3O4，而低于或高出此范围，焙烧产物中混杂有较多的其他铁氧化物。实施例2风干赤泥，测得其中Fe2O3含量为18. 12%。将风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe2O3 含量与黄铁矿中FeS2含量之比为20 1的比例混合，于700°C氮气保护下在管式炉中反应 2小时。焙烧产物XRD如附图4所示，其中明显出现四氧化三铁特征峰。对产物进行VSM测试，测试结果如附图5所示。根据测得Ms = 7. 3250emU/g计算转化率为96. 2%。将焙烧产物进行磁选后，剩余物中Fe2O3含量为1.41%。实施例3风干赤泥，测得其中Fe2O3含量为7. 26%。将风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe2O3 含量与黄铁矿中FeS2含量之比为10 1的比例混合，600°C，氮气保护下在管式炉中反应 0. 5小时。产物Ms = 5. 0476emu/g，计算转化率95%。将焙烧产物进行磁选后，剩余物中 Fe2O3 含量为 1. 23%。
权利要求
1.一种利用黄铁矿处理赤泥的方法，其特征在于将风干赤泥与黄铁矿按照一定比例混合隔绝氧气焙烧，可使赤泥中Fe2O3转化为磁性Fe3O4，磁选出的铁氧化物可作为炼铁原料， 而处理后的赤泥中氧化铁含量低于2%。
2.如权利要求1所述的利用黄铁矿处理赤泥的方法，其中风干赤泥与黄铁矿按照赤泥中Fe2O3含量与黄铁矿中FeS2含量之比介于21. 33 1-5. 33 1 (质量比)的范围混合均勻后，在隔绝氧气条件下加热至600°C -800°C, 30分钟以上即可。
全文摘要
一种利用黄铁矿处理赤泥的方法，将风干赤泥与黄铁矿按照一定比例混合均匀后，在隔绝氧气条件下加热即可使赤泥中Fe2O3转化为磁性Fe3O4。利用该方法处理后的赤泥不但碱性被中和，而且处理后的赤泥中氧化铁含量低于2％，可作为耐火材料原料，而磁选出的铁氧化物可作为炼铁原料。
文档编号C01F7/02GK102206743SQ20111009913
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月20日 优先权日2011年4月20日
发明者万平玉, 吕子剑, 杨小帆, 赵博超, 钮因健, 陈咏梅 申请人:北京化工大学