专利名称：以铝业高铁赤泥为原料直接制备金属铁和铝精矿的方法
技术领域：
本发明属于固体废弃物再资源化利用工艺领域，特别是提供一种以铝业高铁赤泥 为原料分别制备金属铁和铝精矿的工艺。
背景技术：
拜尔法生产氧化铝过程中产生赤泥中氧化铁、氧化铝、氧化钠含量高，具有资源再 利用价值。赤泥作为资源再利用的技术有数十种，但绝大部分均处于实验室研究阶段，还 不能够广泛应用。目前铝业高铁赤泥资源化利用主要采用还原焙烧和磁选结合的方法，对 赤泥中铁元素进行提取。该方法存在着铁元素回收利用效益较低，操作工艺复杂，温度高， 还原时间长等缺点。高铁赤泥资源化利用水平较低，难以实现赤泥全部作为资源利用，零排 放。我国是氧化铝生产大国，2009年生产氧化铝2378万吨，约占世界总产量的30%， 产生的赤泥近3000万吨。每生产一吨氧化铝约产生1 1. 5吨赤泥，目前我国赤泥综合利 用率仅为4%，累积堆存量达到2亿吨。赤泥大量堆存，既占用土地，浪费资源，又易造成环 境污染和安全隐患。我国铁矿石以及铝土矿资源紧缺，目前对国外依存度均在50%以上，高 铁赤泥的资源化利用不但有利于解决赤泥带来的污染问题，同时也将有利于缓解我国资源 压力。
发明内容
本发明提出将高铁赤泥看作资源的理念，指出高铁赤泥中含有30%以上的铁元 素，20 %以上的氧化铝以及8 %以上的氧化钠含量；由于其中有较高的氧化钠含量，不适用 直接用于高炉炼铁等钢铁冶金工序；可首先对高铁赤泥进行脱碱处理，而后进行铁、铝资源 的回收利用。因此提出了“铝业高铁赤泥再资源化的概念”:即采用温室气体(X)2脱碱技术对 铝业高铁赤泥进行脱碱，分离得脱碱赤泥和NaHCO3溶液，继而采用CO精细还原技术将脱碱 赤泥中铁元素还原成金属铁，予以湿法磁选分离并蒸馏NaHCO3溶液，可获得金属铁、NaHCO3 以及高氧化铝含量的铝精矿。以铝业高铁赤泥为原料直接制备金属铁和铝精矿的方法，其特征是首先采用温室 气体CO2脱碱技术对铝业高铁湿赤泥进行脱碱，分离得到脱碱赤泥和NaHCO3溶液，实现了 钠元素和其它物质的分离，NaHCO3溶液经蒸馏可得到NaHCO3固体；采用超细磨技术对脱碱 赤泥进行处理得到超细粉干料；使用CO精细还原技术对超细粉干料进行还原，得到还原产 物；使用非熔态分离技术对还原产物进行磁选分离得到金属铁和以氧化铝为主的铝精矿， 实现了金属铁和其它物质的分离。如上所述温室气体(X)2脱碱技术将湿赤泥按一定比例置于清水中，导入(X)2气体 搅拌混勻成悬浊液，溶液由强碱性转化为中性，进而将悬浊液静置，固体沉淀至容器下部， 将沉淀与溶液分离得到脱碱赤泥以及NaHCO3溶液，脱碱赤泥可进行资源化再利用，NaHCO3 溶液可蒸馏回收NaHCO3固体。CO2脱碱过程的参数控制
(1)脱碱温度50 70°C ；(2)脱碱 CO2 流量0. 5 lL/min ；(3)脱碱时间1 1. 5h ；(4)湿赤泥和水质量比2/5。如上所述超细磨技术是将脱碱赤泥在130°C条件下烘干、粗磨、筛分后使用超级 涡流磨进行超细磨得到超细粉料。超细磨过程的参数控制(1)研磨气体压力> 0. 5MPa ；(2)分选机转速4500 5000r/min。如上所述CO精细还原技术用经超细磨所得超细粉料在750 950°C温度和70 100% CO气氛下进行还原得到还原产物。CO精细还原过程的参数控制为(1)超细粉料颗粒粒径< 10 μ m ；(2)还原温度750 9000C ；(3)还原气氛70 100% CO ；(4) CO 流量0. 9L/min ；(5)还原时间1. 5h。如上所述非熔态分离技术对还原产物进行湿法磁选处理，分别获得铁磁性物质 和非磁性物质。非熔态分离过程的参数控制为(1)磁铁磁感强度50 70mT ；(2)搅拌时间2 3min/次；(3)搅拌次数4 6次。一种与上述工艺配套温室气体(X)2脱碱装置，其特征是由(X)2气源系统、赤泥脱碱 反应系统和蒸馏系统三部分组成；其中(X)2气源系统包括(X)2气瓶和(X)2气体流量计；赤泥 脱碱反应系统包括脱碱反应器和恒温水浴锅；蒸馏系统即为蒸馏设备。各部件的连接关系 CO2气瓶经(X)2气体流量计和脱碱反应器连接，脱碱反应器放置在恒温水浴锅中，脱碱反应 器和蒸馏设备连接。对于上述使用温室气体CO2对铝业高铁赤泥脱碱过程，通过流量计控制 CO2气体的流量，脱碱容器置于恒温水浴锅中，导入(X)2气体搅拌混勻成悬浊液，溶液由强碱 性转化为中性，进而将悬浊液静置，固体沉淀至容器下部，将沉淀与溶液分离得到脱碱赤泥 以及NaHCO3溶液，最后使用蒸馏设备对NaHCO3溶液进行蒸馏得到NaHC03。一种与上述工艺配套使用的CO精细还原装置，其特征是由气源系统和还原系统 两部分组成；其中气源系统包括队气瓶、CO2气瓶、N2气体流量计、CO气体流量计、煤气重 整装置以及气体混合室组成；还原系统包括电阻炉、控制柜以及坩埚。各部件的连接关系 N2气瓶直接和队气体流量计连接，CO2气瓶经煤气重整装置连接CO气体流量计，N2气体流 量计、CO气体流量计经气体混合室和电阻炉连接，电阻炉和控制柜连接，坩埚放置在电阻炉 中。对于上述超细粉干料进行CO精细还原过程，通过流量计控制氮气、二氧化碳和煤气的 流量，坩埚置于管式电阻炉内，超细粉放在坩埚内通入一氧化碳气，还原生成的金属铁粉纯 度很高。本发明优点在100°C以下的低温条件使用温室气体(X)2对高铁赤泥进行脱碱处 理，并回收得到NaHCO3 ；在900°C以下的较低温度下将铁的氧化物予以还原，在固态下获得 的铁纯度很高，有利于还原后的铁元素和其他物质的分离；非熔态分离得到铁金属，其它物质以氧化铝为主用可用作铝精矿、脱氧剂或深度开发作为瓷器用原料，实现了铝业高铁赤 泥的全部资源化利用。
图1为温室气体(X)2脱碱装置示意图注2( 气源，5C02气体流量计，7脱碱反应器，8恒温水浴锅，9蒸馏设备。图2为CO精细还原装置示意图注图中m2气源，2C02气源，3煤气重整装置，4 气体流量计，6C0气体流量计，10 气体混合室，11电阻炉，12控制柜，13坩埚。图3为铝业高铁赤泥制备金属铁、NaHCO3和铝精矿工艺流程示意图注图中1氮气源，2( 气源，3煤气重整装置，4 气体流量计，5( 气体流量计， 6C0气体流量计，7脱碱反应器，8恒温水浴锅，9蒸馏设备，10气体混合室，11电阻炉，12控 制柜，13坩埚，14磁选装置。图4为超细粉料的粒度分布情况注图中q为粒度分布；Q为累积分布。图5为还原产物的粒度分布情况注图中q为粒度分布；Q为累积分布。
具体实施例方式本发明的实施内容是将山东山铝高铁湿赤泥IOOgOFe = 27. 22 %, Al2O3 = 27. 26%, Na2O = 8. 18% )按本发明工艺进行再资源化处理。(1)使用温室气体(X)2脱碱技术对高铁湿赤泥进行脱碱将高铁湿赤泥IOOg置于250ml清水中，导入(X)2气体搅拌成悬浊液，溶液由强碱性 (PH = 11)转化为中性(PH 6 7)，即赤泥中钠元素大都转化为NaHCO3，进而将悬浊液静 置，固体沉淀至容器下部，将沉淀与溶液分离得到固体沉淀物脱碱赤泥和NaHCO3溶液。脱碱过程的参数控制1)脱碱温度50 70°C ；2)脱碱 CO2 流量0. 5 lL/min ；3)脱碱时间1 1. 5h ；4)赤泥和水质量比2/5。使用该工艺处理IOOg高铁湿赤泥，可得到91. 90g脱碱赤泥，267. 54g的NaHCO3溶 液，该过程脱碱率为86. 83%，对NaHCO3溶液进行蒸馏回收得到NaHCO3固体17. 33g。(2)使用超细磨技术对脱碱赤泥进行处理对脱碱赤泥在130°C烘干、粗磨、筛分后使用超级涡流磨进行超细磨得到粒度低于 IO4nm的超细粉料91. 75kg，初步实现了铁氧化物和其它氧化物的离解。超细磨过程参数控制1)研磨气体压力> 0. 5MPa ；2)分选机转速4500 5000r/min。
(3)使用CO精细还原技术处理超细粉料
将超细磨后超细粉料在750 900°C温度和70 100% CO气氛下进行精细还原， 还原过程的参数控制为1)超细粉料颗粒粒径< 10 μ m ；2)还原温度750 9000C ；(3)还原气氛70 100% CO ；(4) CO 流量0. 9L/min ；(5)还原时间1. 5h。使用该工艺可实现铁元素的金属化率高达95%以上，得到还原产物58. 14g，其中 金属铁25. 86g，且还原产物未发生烧结。(4)使用湿法磁选技术处理还原产物对还原产物进行湿法磁选，湿法磁选过程的参数控制为1)磁铁磁感强度50 70mT ；2)搅拌时间2 3min/次；3)搅拌次数4 6次。使用该工艺可分离得到铁磁性物质27. Mkg，其中金属铁含量> 95%尚混有少量 Al2O3杂质可直接用于炼钢过程中的精炼炉，用量约为钢水量的10%。非磁性物料量为10 104nm粒度的混合物30. 58g，其中Al2O3约为18. 82g，Si026 . 26g, TFe < 0. 5%可用作铝精 矿、脱氧剂或深度开发作为瓷器用原料。按本发明工艺路线对山铝典型高铁湿赤泥IOOg进行再资源化处理，分别获得金 属铁25. 86g、NaHC0317. 33g和可用作铝精矿、脱氧剂或深度开发作为瓷器用原料30. 58g，实 现了铝业高铁赤泥的全部再资源化利用。
权利要求
1.以铝业高铁赤泥为原料直接制备金属铁和铝精矿的方法，其特征是首先采用温室气 体(X)2脱碱技术对铝业高铁湿赤泥进行脱碱，分离得到脱碱赤泥和NaHCO3溶液，实现了钠元 素和其它物质的分离，NaHCO3溶液经蒸馏；得到NaHCO3固体；采用超细磨技术对脱碱赤泥进 行处理得到超细粉干料；使用CO精细还原技术对超细粉干料进行还原，得到还原产物；使 用非熔态分离技术对还原产物进行磁选分离得到金属铁和以氧化铝为主的铝精矿，实现了 金属铁和其它物质的分离。
2.如权利要求1所述以铝业高铁赤泥为原料直接制备金属铁和铝精矿的方法，其特征 是温室气体CO2脱碱技术为将高铁湿赤泥按一定比例置于清水中，导入(X)2气体搅拌混勻 成悬浊液，溶液由强碱性转化为中性，进而将悬浊液静置，固体沉淀至容器下部，将沉淀与 溶液分离得到脱碱赤泥以及NaHCO3溶液，脱碱赤泥进行资源化再利用，NaHCO3溶液通过蒸 馏回收NaHCO3固体；(X)2脱碱过程的参数控制为1)脱碱温度50 70°C；2)脱碱CO2 流量0. 5 lL/min ；3)脱碱时间1 1.5h ；4)湿赤泥和水质量比2/5。
3.如权利要求1所述以铝业高铁赤泥为原料直接制备金属铁和铝精矿的方法，其特征 是超细磨技术为将脱碱赤泥在130°C条件下烘干、粗磨、筛分后使用超级涡流磨进行超细 磨得到超细粉料，超细磨过程的参数控制为1)研磨气体压力>0. 5MPa ；2)分选机转速4500 5000r/min。
4.如权利要求1所述以铝业高铁赤泥为原料直接制备金属铁和铝精矿的方法，其特征 是CO精细还原技术为用经超细磨所得超细粉料在750 950°C温度和70 100% CO气 氛下进行还原得到还原产物。CO精细还原过程的参数控制为1)超细粉料粒径<ΙΟμ ;2)还原温度750 900°C；3)还原气氛70 100%CO ；4)CO 流量0. 9L/min ；5)还原时间1.5h。
5.如权利要求1所述以铝业高铁赤泥为原料直接制备金属铁和铝精矿的方法，其特 征是湿法磁选技术为对还原产物进行湿法磁选处理，分别获得铁磁性物质和非磁性物质； 湿法磁选分离过程的参数控制为1)磁铁磁感强度50 70mT；2)搅拌时间2 3min/次；3)搅拌次数4 6次。
6.一种与权利要求1或2制备金属铁和铝精矿的方法中所述的温室气体(X)2脱碱技术 配套使用的温室气体(X)2脱碱装置，其特征包括一种使用温室气体(X)2赤泥脱碱装置，其 特征是由(X)2气源系统、赤泥脱碱反应系统和蒸馏系统三部分组成；其中(X)2气源系统包括 CO2气瓶( 和CO2气体流量计(5)；赤泥脱碱反应系统包括脱碱反应器(8)和恒温水浴锅 (9)；蒸馏系统即为蒸馏设备(10)。各部件的连接关系C02气瓶( 经CO2气体流量计(5)和脱碱反应器(7)连接，脱碱反应器(7)放置在恒温水浴锅组成(8)中，脱碱反应器(7)和 蒸馏设备(9)连接。
7. 一种与权利要求1或4制备金属铁和铝精矿的方法中所述的CO精细还原技术配套 使用的CO精细还原装置，其特征是由；气源系统和还原系统两部分组成；其中气源系统包 括N2气瓶(1)、CO2气瓶(2)、N2气体流量计(3)、CO气体流量计(4)、煤气重整装置(6)以 及气体混合室(10)组成；还原系统包括电阻炉(11)、控制柜(12)以及坩埚(13)。各部件 的连接关系^气瓶⑴直接和N2气体流量计(3)连接，CO2气瓶⑵经煤气重整装置(6) 连接CO气体流量计0)，队气体流量计(3)、C0气体流量计(4)经气体混合室(10)和电阻 炉(11)连接，电阻炉(11)和控制柜(12)连接，坩埚放置(13)在电阻炉(11)中。
全文摘要
一种以铝业高铁赤泥为原料直接制备金属铁和铝精矿的方法，属于固体废弃物再资源化利用工艺领域。其特征是首先采用CO2脱碱技术对铝业高铁湿赤泥进行脱碱，分离得到脱碱赤泥和NaHCO3溶液，NaHCO3溶液经蒸馏可得到NaHCO3固体；采用超细磨技术对脱碱赤泥进行处理得到超细粉干料；使用CO精细还原技术对超细粉干料进行还原，得到还原产物；使用非熔态分离技术对还原产物进行磁选分离得到金属铁和以氧化铝为主的铝精矿。本发明优点是在100℃以下的低温条件使用CO2对高铁赤泥进行脱碱处理，并回收得到NaHCO3；在900℃以下的较低温度下将铁的氧化物予以还原；磁选分离得到高纯度铁金属和铝精矿，实现了铝业高铁赤泥的全部资源化利用。
文档编号C21B15/00GK102134646SQ20111010931
公开日2011年7月27日 申请日期2011年4月29日 优先权日2011年4月29日
发明者刘彦华, 吴龙, 李士琦, 王玉刚, 高金涛 申请人:李士琦