用于净化红泥的方法和装置的制造方法
【专利说明】用于净化红泥的方法和装置
[0001]本发明涉及一种用于净化红泥的方法和进行该方法的装置。
[0002]红泥是由铝土矿生产铝的废产物，其是一种铝矿石，其主要包含铝矿物三水铝矿(水招矿，γ-A1 (0H)3)、勃姆石(γ-A1(OH))、水招石(α-A10(0H))，还有铁氧化物赤铁矿(Fe203)和针铁矿(FeO(OH))、粘土矿物高岭石和少量锐钛矿二氧化钛(Ti02)。最重要的生产国包括澳大利亚、中国、巴西、几内亚、牙买加和印度。生产了约95%的提取的铝土矿铝。
[0003]由招土矿生产招根据Carl Josef Bayer开发的Bayer方法来进行。该方法利用这样的事实，即磨细的铝土矿中所含的铝氢氧化物在升高的温度可以容易地溶解在氢氧化钠溶液中。因此，磨细的铝土矿在升高的压力(5-8巴)和160-200°C的温度与浓氢氧化钠溶液混合。进行以下反应:
[0004]铝土矿+Na0H — Na [A1 (OH) 4] +Fe203
[0005]获得了含有未溶解的残留物的铝酸钠溶液。这些残留物(所谓的红泥)通过例如过滤来分离。然后氢氧化铝可以从稀铝酸盐碱液中沉淀，并且在高于1000°c的温度煅烧来获得氧化铝。
[0006]红泥主要由铁和钛的氧化物以及不同的硅酸化合物，并且通过所含的氢氧化铁
(III)而呈现它特有的红色。取决于所用的铝土矿的品质，每吨所生产的铝获得1-1.6吨高价值的红泥，例如热带铝土矿，用欧洲铝土矿甚至获得3.2-3.7吨湿红泥。所得到的填埋成本占到铝生产总成本的约5%。
[0007]对红泥组成的更密切的观察揭示了相同的组成:20-65重量％的Fe203，10-27重量％ 的 A1203，5-25 重量％ 的 Ti02，8-10 重量％ 的 CaO，4-20 重量％ 的 Si02，1-2 重量％ 的 MgO和2-8重量％的Na20，并且取决于铝土矿的矿物学组成以及Bayer方法的单个工艺参数。
[0008]高碱性泥以前被倾卸或者排入河流中，而没有进一步的预防措施，其已经导致了对环境相当大的负担。今天，泥通常储存在密封的填埋场中，直到作为分散体存在的氢氧化物和硅酸盐大部分沉降。逸出的氢氧化钠溶液被重新使用，填埋场用沙和土覆盖，并且重新耕种。倾卸红泥的短期危害主要基于高含量的苛性氢氧化钠溶液。长期危害来自于有毒重金属含量，其取决于铝土矿的来源和类型，其中特别是有毒组分作为从泥中洗涤出的阴离子存在，例如氟尚子、砷酸根、络酸根和I凡酸根。
[0009]所谓的Kolontcir大灾难的例子特别清楚地揭示了在铝生产中大量红泥的问题。在2009年10月4日，作为Kolont<ir附近溃坝的结果，700, 000-1, 000, 000m3的红泥从Ayka的匈牙利村庄中的铝厂仓库中逸出，淹没了 40km2的区域，特别是几个村庄。泥流导致10人死亡，150人受伤。
[0010]虽然红泥在生态学上存在疑问，但是它也含有有价值的产物，特别是钛化合物。由于目前实践的红泥倾卸，这些有价值的产物没有任何进一步利用的倾向。
[0011]因此，迄今为止，已经调查了各种技术，以从红泥中获得有价值的材料。这种技术是还原干燥的红泥，随后通过磁力分离器回收铁(参见s.Kumar, R.Kumar,A.Bandopadhyasy? Review innovative methodologies for the utilizat1n of wastesfrom metallurgical and allied industries resources，Conservat1n and Recycling，48，2006，第 301-314 页)。
[0012]从文献中还已知的是在适合的炉(例如鼓风炉体)中熔化红泥，而不预还原，由此在1600-1700 °C获得用于水泥工业的生铁和铝熔块(参见F.P.Piga，L.StoppaRecovering metals from red mud generated during alumina Product1n.J0M，45(11)，1993，第 55-59 页；R.Kumar, S.Srikanth，P.Ramachamdrarao，L.1.Leontiev, A，1.Kholkin，V.V.Belove 编辑，Phase stability in the Fe203-Al203_Na2C03-C system andits implicat1ns in the Processing of red mud，Metallurgy of nonferrous andraremetals，2002，第 137-53 页；R.Kumar, J.P.Srivastava, J.P.Premchand，Utilizat1nof iron values of red mud for Metallurgical applicat1ns，in:Bandopadhyay A,Goswarni NG，Ramachandrarao P，编辑，Proceedings of the environmental and wastemanagement in nonferrous Metallurgical industries，1198，第 108-119 页)。
[0013]但是，这两种方法存在缺点，即就像仅熔化一样，固态中所含的金属组分的完全还原在高于1500°C的非常高的温度进行，和因此消耗了非常大量的能量来获得大量的红泥。还成问题的是，由于在这些温度从红泥产生钠蒸气，还原炉会被损坏。
[0014]CN102174664A描述了在旋转窑中还原红泥，其中将煤用作还原剂，并且存在1000-1550°C的较低工艺温度。由于反应温度低，它不能确保实现足够的实际还原程度。虽然这可以通过长保留时间来补偿，但是这又降低了该方法的经济性，并且另外包括了损坏旋转窖的危险。
[0015]所以，本发明的目标是提供一种方法和进行该方法的装置，使用该方法和该装置，可以以经济上有利的方式降低铝生产中获得的废物的量，并且至少部分红泥可以作为有价值的产物来回收。
[0016]根据本发明，该目标通过具有权利要求1的特征的方法来解决。在第一步骤中，将红泥至少部分还原，由此获得经还原的材料。在第二步骤中，含氧气体随后在适合的催化剂存在下流过(穿过)该经还原的材料。
[0017]步骤1中的还原在800-1500°C，优选1000_1450°C的温度进行，由此可以降低反应器的负荷。该还原步骤的目标是将所获得的氧化铁还原成金属铁，从而其可以在第二步骤中进一步反应。
[0018]氢、烃(这里优选甲烷)、一氧化碳和/或煤同等适于作为还原剂。还可以想到还原剂的混合物，特别是当使用气态还原剂时。适合的还原剂的选择首先取决于所用反应器的类型。以还原剂氢和C0为例，在还原阶段中进行的反应将如下所示，通过该反应，氧化铁均在三个步骤中被还原成单质铁:
[0019]Fe203+H2— Fe 304+H20
[0020]Fe304+H2— 3Fe0+H 20[0021 ] Fe0+H2—Fe+H 20
[0022]或者
[0023]3Fe302+C0 — 2Fe304+C02
[0024]Fe304+C0 — 3Fe0+C02
[0025]FeO+CO — Fe+C02
[0026]仍然以较大量包含的氧化物二氧化硅、氧化铝和氧化镁在所应用的1000-1450 °C的反应温度是稳定的。所含的二氧化钛部分地还原成Magn6li相；所形成的黑钛石Ti305可溶于酸，并且可以依靠硫酸盐工艺转化成二氧化钛(Ti02)，由此在这里生产了对于颜料市场有价值的产物。
[0027]在第二方法步骤中，在适于铁氧化的催化剂的存在下，用含氧介质穿过该经还原的材料。由于反应的进行，前述经还原的铁用氧进行氧化，由此根据以下反应式形成了铁锈:
[0028]4Fe+302— 2Fe 203
[0029