本发明涉及冶金炉料的技术领域，具体涉及一种利用中低品味拜耳法赤泥氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法。
背景技术：
脱磷剂，是指在铁水预处理中用于预脱磷的各种添加剂的总称。现有的转炉炼钢造渣时，使用的脱磷剂通常为氧化脱磷剂，是由作为氧源的易被还原的氧化剂和作为碱基的碱性氧化物以及助熔剂等物料组合形成，常见产品有苏打系脱磷剂、石灰系脱磷剂等。脱磷剂中作为碱基的碱性氧化物是为了与酸性氧化物p2o5生成磷酸盐，从而降低渣中p2o5的活度，即提高磷氧化生成的p2o5的稳定性。脱磷剂中常用的碱性氧化物通常为碱土金属的氧化物，例如na2o、cao等。
拜耳法是一种工业上广泛使用的从铝土矿中生产氧化铝的化工过程，赤泥为制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，据统计，生产1吨铝大约需要2吨的氧化铝，而生产1吨的氧化铝会产生1～1.8吨的赤泥，现阶段，氧化铝制造企业通常将赤泥作为废弃物，堆放在露天的环境中，这些赤泥会产生大量的粉尘，造成空气污染；同时，由于赤泥中含有游离碱和其它有害成分，会使得堆积地的土壤永久碱化，并污染堆积地地面下的水源，破坏生态平衡。
专利cn103352099a公开了利用拜耳法赤泥生产转炉冷却剂的方法，该方法经过磁选后，将主要成分含量较低的中低品位赤泥剔除，但是该中品味或低品位的赤泥中仍然还含有部分的fe2o3、sio2、al2o3、cao、na2o和tio2，若将该含铁中品位或含铁低品位的赤泥舍弃，不仅会造成浪费，而且赤泥污染问题还是没有得到解决。因此，如何对赤泥高效地利用，尤其是对含铁中低品位的拜耳法赤泥的高效利用是当前氧化铝制造企业亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法，用于解决现有拜耳法生产氧化铝的过程中，其产生的含铁中品位或含铁低品位的赤泥无法得到高效利用而造成浪费和环境污染的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法，其特征在于，包括如下步骤：
s1制取磁选赤泥：
对原料赤泥进行磁选，得到磁选赤泥；
s2制取脱磷剂前体：
向磁选赤泥中加入铝酸钙和碳酸钙，并混合形成脱磷剂前体，
其中，所述脱磷剂前体的成分包括：磁选赤泥的重量份数为1份，铝酸钙的重量份数为0～1份，碳酸钙的重量份数为0～1份；
s3制取转炉脱磷剂：
向脱磷剂前体中加入粘合剂，使得脱磷剂前体混合成型，并干燥至水分低于3％后，形成转炉脱磷剂。
优选地，所述步骤s1中原料赤泥为拜耳法中低品味赤泥，所述原料赤泥的成分包括：cao的重量份数为1～5份，sio2的重量份数为5～15份，al2o3的重量份数为10～15份，r2o的重量份数为5～10份，fe2o3的重量份数为40～60份，tio2的重量份数为2～3份，
其中，所述r2o为碱性氧化物。
优选地，所述步骤s1中经磁选所得的磁选赤泥成分包括：cao的重量份数为3～15份，sio2的重量份数为5～15份，al2o3的重量份数为6～16份，r2o的重量份数为3～10份，fe2o3的重量份数为45～70份，tio2的重量份数为1～3份，
其中，所述r2o为碱性氧化物。
优选地，所述步骤s1中磁选操作采用的是强磁场磁选机，且所述强磁场磁选机的磁场强度为16000gs。
优选地，所述步骤s2中铝酸钙的成分包括：al2o3的重量份数为50～55份，cao的重量份数为45～50份；
所述步骤s2中碳酸钙的质量分数为95～100％。
优选地，所述步骤s3中的粘合剂为质量分数是4～6％的硅溶胶。
具体地，所述步骤s3中加入粘合剂的脱磷剂前体在混料机中混合10～20min后送入压球机成型，之后在干燥窑中进行干燥处理。
具体地，所述干燥窑中的干燥温度为260～320℃。
具体地，所述步骤s3中制取所得的转炉脱磷剂成分包括：al2o3的重量份数为10～25份，fe2o3的重量份数为35～45份，sio2的重量份数为1～5份，cao的重量份数为25～40份，h2o的重量份数为0～3份，tio2的重量份数为1～2，r2o的重量份数为2～4，其中，所述r2o为碱性氧化物。
相比于现有技术，本发明所述的氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法具有以下优势：本发明通过对中低品味赤泥进行回收，并按照上述方法制备转炉脱磷剂，经核算和试验，成本为150～200元/吨，而一般企业生产的转炉脱磷剂成本在600～800元/吨，因此，采用本发明所述的氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法极大地节省了转炉脱磷剂的制备成本。同时，本发明所述的氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法也解决了中低品味赤泥占地和污染的问题。且本发明所述的氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法步骤简单，所采用的设备成本也较低。
将本发明所制取的转炉脱磷剂用于萍乡钢铁有限责任公司的转炉炼钢中，每一吨钢中加入5～7kg的脱磷剂，对使用效果进行检测，结果表明本发明所制得的转炉脱磷剂应用在转炉炼钢的过程中，能取得吹炼平衡，减轻喷溅，避免炉渣返干的效果，脱磷效率能达到90％左右，脱磷效果显著。
具体实施方式
本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步的描述。
本实施例提供一种氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法，具体包括如下步骤：
s1制取磁选赤泥：
对原料赤泥进行磁选，得到磁选赤泥。
赤泥亦称红泥，是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，一般含氧化铁量大、外观与赤色泥土相似，一般拜耳法赤泥的成分包括：sio2的重量份数为3～20，cao的重量份数为2～8，al2o3的重量份数为10～20，fe2o3的重量份数为30～60，mgo或na2o或k2o的重量份数为2～10，tio2的重量份数为微量～10。拜耳法赤泥经由第一次磁选能提取出含铁高品位的赤泥，该含铁高品位的赤泥可用于制取冷却剂，留下含铁中低品位的赤泥，含铁中低品位的赤泥中铁含量相较于含铁高品位赤泥中的铁含量有明显的降低。本实施例中所采用的原料赤泥即为经一次磁选后舍弃的拜耳法含铁中低品位赤泥，其成分包括：cao的重量份数为0～5份，sio2的重量份数为5～15份，al2o3的重量份数为10～15份，r2o的重量份数为5～10份，fe2o3的重量份数为45～50份，tio2的重量份数为2～3份，其中，所述r2o为碱性氧化物，一般为na2o或k2o。
由于本实施例中的原料赤泥为中低品味的赤泥，需对本实施例中的中低品味赤泥进行再一次磁选，故采用的装置为强磁场磁选机。本实施例所使用的磁选机中的磁源为稀土永磁体，其具有磁场高、梯度大、运行稳定、节能高效的优点。具体地，本实施例中的磁选机采用的是型号为pyg-15或pyg-25的磁选机，其磁场强度为16000gs，梯度达1070e/cm，适合于5～500目颗粒。其中，pyg-15型号的磁选机输送带宽度为1500mm，生产干矿能力为15t/h，pyg-25型号的磁选机输送带宽度为2500mm，生产干矿能力为25t/h。
磁选指的是根据矿物磁性不同，从矿物中分离有用矿物的选别方法。经由强磁场磁选机对原料赤泥的筛选，能提高所筛选出的赤泥中fe2o3的含量，降低所筛选的赤泥中cao、sio2、al2o3、r2o和tio2的含量，得到本实施例中的磁选赤泥，所得到的磁选赤泥成分包括：cao的重量份数为0～5份，sio2的重量份数为5～15份，al2o3的重量份数为6～16份，r2o的重量份数为3～10份，fe2o3的重量份数为45～65份，tio2的重量份数为1～3份，其中，所述r2o为碱性氧化物，一般为na2o或k2o。
s2制取脱磷剂前体：
向磁选赤泥中加入铝酸钙和碳酸钙，混合形成脱磷剂前体。
其中，所述脱磷剂前体的成分包括：磁选赤泥的重量份数为1份，铝酸钙的重量份数为0～1份，碳酸钙的重量份数为0～1份。
铝酸钙是一系列由氧化钙和氧化铝在高温下烧结而成的无机化合物，本实施例中所选用的铝酸钙成分包括：al2o3的重量份数为40～55份，cao的重量份数为40～50份。
本实施例中所选用的碳酸钙的质量分数为95～100％。
氧化铁在脱磷剂中作为氧化剂而存在，氧化钙在脱磷剂中作为固定剂而存在，碳酸钙为脱磷剂的基体，由于本实施例中所得到磁选赤泥中氧化钙会出现含量不足的情况，不满足脱磷剂的要求，因此，需向所得到的磁选赤泥中适当加入铝酸钙和碳酸钙，高温使用中氧化铁会与氧化钙反应生铁酸钙，使得脱磷反应更趋于稳定。
2[p]+5(feo)+4(cao)(s)═4cao·p2o5(s)+5[fe]
随着脱磷剂中氧化钙含量的增大，氧化铁或氧化钙的活度也增大，则磷的分配比提高，整个反应不断向右进行，脱磷效果更好。另外，在氧化铝、r2o以及其他组分的协同作用下，使得脱磷后的成渣速度更快。
s3制取转炉脱磷剂：
向脱磷剂前体中加入粘合剂，使得脱磷剂前体混合成型，并干燥至水分低于3％后，形成转炉脱磷剂。
具体过程为：首先，将脱磷剂前体置于混料机中，然后向混料机中加入少量的粘合剂，在混料机中混合10～20min，脱磷剂前体和粘合剂混合均匀，然后将混料机中的混合物料输送到压球机中实现压制成型，压球机主要用于压制难以成型的粉状物料，成型后的物料最后由压球机送往干燥窑中进行干燥，优选地，根据本实施例中脱磷剂前体的成分，干燥窑中的干燥温度设定为260～320℃，在此温度下进行干燥，既不影响脱磷剂前体中各组分，也能提高物料的干燥效率。经干燥后使得物料中的水分低于3％，所得到的产品即为转炉脱磷剂。
具体地，为了不向转炉脱磷剂中引进其他杂质，本实施例中的粘合剂采用的是质量分数为4～6％的硅溶胶，硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。一般硅溶胶中的sio2会含有大量的水及羟基，在干燥过程中，当硅溶胶蒸发时，胶体粒子会牢固地附着在物体表面，粒子之间形成硅氧结合，从而使得最终形成的转炉脱磷剂紧固在一起。
通过上述步骤所制得的转炉脱磷剂的成分为：al2o3的重量份数为10～25份，fe2o3的重量份数为35～45份，sio2的重量份数为1～5份，cao的重量份数为25～40份，h2o的重量份数为0～3份，tio2的重量份数为1～2，r2o的重量份数为2～4，其中，所述r2o为碱性氧化物。
脱磷剂是在铁水预处理中用于预脱磷的各种添加剂的总称。脱磷剂以各种方式加入铁水中或铁水表面，使得脱磷剂与铁水中的磷反应生成磷的化合物，从而使磷固定在渣中或进入气相以达到铁水预脱磷的目的。本实施例中的脱磷剂在使用的过程中，脱磷反应在金属内部进行，氧化铁首先溶入金属，将磷氧化为五氧化二磷，有些甚至在金属中生成fe3p2o8，然后这些原子分子转入炉渣并与炉渣中的氧化钙反应，将氧化铁置换出来生成磷酸钙固定在炉渣中，从而达到脱磷效果。具体反应式如下：2[p]+5(feo)+4(cao)(s)═4cao·p2o5(s)+5[fe]。
本实施例通过对中低品味赤泥进行回收，并按照上述方法制备转炉脱磷剂，经核算和试验，成本为150～200元/吨，而一般企业生产的转炉脱磷剂成本在600～800元/吨，因此，采用本实施例所述的氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法极大地节省了转炉脱磷剂的制备成本。同时，本实施例所述的氧化铝尾矿(赤泥)生产转炉脱磷剂的方法也解决了中低品味赤泥占地和污染的问题。
将本实施例所制取的转炉脱磷剂用于萍乡钢铁有限责任公司的转炉炼钢中，每一吨钢中加入5～7kg的脱磷剂，对使用效果进行检测，结果表明本实施例所制得的转炉脱磷剂能使得转炉炼钢时吹炼平衡，减轻喷溅，避免炉渣返干，脱磷效率能达到85～95％，脱磷效果非常好。
下面列举了本发明的五个具体实施例。
实施例一
s1制取磁选赤泥：
对原料赤泥进行磁选，得到磁选赤泥。
本实施例中所选用的原料赤泥的成分包括：sio2的重量份数为15.0份，al2o3的重量份数为15.0份，na2o的重量份数为8.0份，fe2o3的重量份数为50.0份，tio2的重量份数为3.0份。
经由pyg-15磁选机磁选所得到的磁选赤泥成分包括：cao的重量份数为3.0份，sio2的重量份数为15.0份，al2o3的重量份数为15.0份，r2o的重量份数为5.0份，fe2o3的重量份数为65.0份，tio2的重量份数为2.0份。
s2制取脱磷剂前体：
向上述磁选赤泥中加入铝酸钙，混合形成脱磷剂前体，其中，磁选赤泥、碳酸钙和铝酸钙之间的质量比为1：0.5：0.3。
本实施例中所采用的铝酸钙成分包括：al2o3的重量份数为50份，cao的重量份数为40份。
本实施例中所采用的碳酸钙的质量分数为100％。
s3制取转炉脱磷剂：
将步骤s2所制得的脱磷剂前体置于混料机中，然后向混料机中加入少量质量分数为4％的硅溶胶，在混料机中混合10min，然后将混料机中的物料输送到压球机中压制成型，成型后的物料继续输送到干燥窑中实现干燥，干燥窑中的干燥温度为300℃，干燥至物料中的水分为2.6％时，将物料从干燥窑中输出，得转炉脱磷剂。
本实施例所制取的转炉脱磷剂，成分包括：al2o3的重量份数为16.78份，fe2o3的重量份数为36.1份，sio2的重量份数为8.33份，h2o的重量份数为2.0份，cao的重量份数为29.44份，tio2的重量份数为1.1份，na2o的重量份数为2.78份。
将本实施例所制取的转炉脱磷剂用于萍乡钢铁有限责任公司的转炉炼钢中，每一吨钢中加入6kg的脱磷剂，脱磷效率为89.3％。
实施例二
s1制取磁选赤泥：
对原料赤泥进行磁选，得到磁选赤泥。
本实施例中所选用的原料赤泥的成分包括：cao的重量份数为5.0份，sio2的重量份数为5.0份，al2o3的重量份数为10.0份，na2o的重量份数为10.0份，fe2o3的重量份数为45.0份，tio2的重量份数为2.0份。
经由pyg-15磁选机磁选所得到的磁选赤泥成分包括：cao的重量份数为8份，sio2的重量份数为12份，al2o3的重量份数为17.0份，na2o的重量份数为6.0份，fe2o3的重量份数为55.0份，tio2的重量份数为2.0份。
s2制取脱磷剂前体：
向上述磁选赤泥中加入铝酸钙，混合形成脱磷剂前体，其中磁选赤泥、碳酸钙和铝酸钙之间的质量比为1：0.6：0.2。
本实施例中所采用的铝酸钙成分包括：al2o3的重量份数为50，cao的重量份数为40。
本实施例中所采用的碳酸钙的质量分数为95％。
s3制取转炉脱磷剂：
将步骤s2所制得的脱磷剂前体置于混料机中，然后向混料机中加入少量质量分数为6％的硅溶胶，在混料机中混合13min，然后将混料机中的物料输送到压球机中压制成型，成型后的物料继续输送到干燥窑中实现干燥，干燥窑中的干燥温度为310℃，干燥至物料中的水分为2.3％时，将物料从干燥窑中输出，得转炉脱磷剂。
本实施例所制取的转炉脱磷剂，成分包括：al2o3的重量份数为15份，fe2o3的重量份数为30.55份，sio2的重量份数为6.67，h2o的重量份数为2.30份，cao的重量份数为28.89，tio2的重量份数为1.1份，na2o的重量份数为3.7份。
将本实施例所制取的转炉脱磷剂用于萍乡钢铁有限责任公司的转炉炼钢中，每一吨钢中加入7kg的脱磷剂，脱磷效率为94.2％。
实施例三
s1制取磁选赤泥：
对原料赤泥进行磁选，得到磁选赤泥。
本实施例中所选用的原料赤泥的成分包括：cao的重量份数为3.2份，sio2的重量份数为5.0份，al2o3的重量份数为10.0份，na2o的重量份数为10.0份，fe2o3的重量份数为50.0份，tio2的重量份数为2.5份。
经由pyg-15磁选机磁选所得到的磁选赤泥成分包括：cao的重量份数为13.0份，sio2的重量份数为5.0份，al2o3的重量份数为12.0份，na2o的重量份数为3.7份，fe2o3的重量份数为62.0份，tio2的重量份数为1.3份。
s2制取脱磷剂前体：
向上述磁选赤泥中加入铝酸钙，混合形成脱磷剂前体，其中，磁选赤泥、碳酸钙和铝酸钙之间的质量比为1：0.8：0.1。
本实施例中所采用的碳酸钙的质量分数为98％。
s3制取转炉脱磷剂：
将步骤s2所制得的脱磷剂前体置于混料机中，然后向混料机中加入少量质量分数为5％的硅溶胶，在混料机中混合20min，然后将混料机中的物料输送到压球机中压制成型，成型后的物料继续输送到干燥窑中实现干燥，干燥窑中的干燥温度为260℃，干燥至物料中的水分为2.5％时，将物料从干燥窑中输出，得转炉脱磷剂。
本实施例所制取的转炉脱磷剂，成分包括：al2o3的重量份数为8.95份，fe2o3的重量份数为32.60份，sio2的重量份数为2.63份，h2o的重量份数为2.5份，cao的重量份数为34.20份，tio2的重量份数为0.68份，na2o的重量份数为1.95份。
将本实施例所制取的转炉脱磷剂用于萍乡钢铁有限责任公司的转炉炼钢中，每一吨钢中加入5kg的脱磷剂，脱磷效率为85.6％。
实施例四
s1制取磁选赤泥：
对原料赤泥进行磁选，得到磁选赤泥。
本实施例中所选用的原料赤泥的成分包括：cao的重量份数为5.0份，sio2的重量份数为10.0份，al2o3的重量份数为12.3份，k2o的重量份数为10.0份，fe2o3的重量份数为47.2份，tio2的重量份数为2.9份。
经由pyg-15磁选机磁选所得到的磁选赤泥成分包括：cao的重量份数为8.2份，sio2的重量份数为8.3份，al2o3的重量份数为12.8份，r2o的重量份数为7.3份，fe2o3的重量份数为60.4份，tio2的重量份数为3.0份。
s2制取脱磷剂前体：
向上述磁选赤泥中加入铁酸钙，混合形成脱磷剂前体，其中磁选赤泥、碳酸钙和铝酸钙之间的质量比为1：1：0.4。
本实施例中所采用的铝酸钙成分包括：al2o3的重量份数为50份，cao的重量份数为40份。
本实施例中所采用的碳酸钙的质量分数为100％。
s3制取转炉脱磷剂：
将步骤s2所制得的脱磷剂前体置于混料机中，然后向混料机中加入少量质量分数为6％的硅溶胶，在混料机中混合15min，然后将混料机中的物料输送到压球机中压制成型，成型后的物料继续输送到干燥窑中实现干燥，干燥窑中的干燥温度为310℃，干燥至物料中的水分为2.2％时，将物料从干燥窑中输出，得转炉脱磷剂。
本实施例所制取的转炉脱磷剂，成分包括：al2o3的重量份数为13.7份，fe2o3的重量份数为25.17份，sio2的重量份数为3.46份，h2o的重量份数为2.2份，cao的重量份数为35.1份，tio2的重量份数为2.0份，k2o的重量份数为3.04份。
将本实施例所制取的转炉脱磷剂用于萍乡钢铁有限责任公司的转炉炼钢中，每一吨钢中加入7kg的脱磷剂，脱磷效率为90.1％。
实施例五
s1制取磁选赤泥：
对原料赤泥进行磁选，得到磁选赤泥。
本实施例中所选用的原料赤泥的成分包括：cao的重量份数为8.3份，sio2的重量份数为11.3份，al2o3的重量份数为14.9份，k2o的重量份数为6.5份，fe2o3的重量份数为56.5份，tio2的重量份数为2.0份。
经由pyg-25磁选机磁选所得到的磁选赤泥成分包括：cao的重量份数为9.0份，sio2的重量份数为9.5份，al2o3的重量份数为16.0份，k2o的重量份数为3.0份，fe2o3的重量份数为61.2份，tio2的重量份数为1.0份。
s2制取脱磷剂前体：
向上述磁选赤泥中加入铝酸钙，混合形成脱磷剂前体，其中磁选赤泥、碳酸钙和铝酸钙之间的质量比为1：0.8：0.2。
本实施例中所采用的铝酸钙成分包括：al2o3的重量份数为50份，cao的重量份数为40份。
本实施例中所采用的碳酸钙的质量分数为100％。
s3制取转炉脱磷剂：
将步骤s2所制得的脱磷剂前体置于混料机中，然后向混料机中加入少量质量分数为4％的硅溶胶，在混料机中混合10min，然后将混料机中的物料输送到压球机中压制成型，成型后的物料继续输送到干燥窑中实现干燥，干燥窑中的干燥温度为300℃，干燥至物料中的水分为2.6％时，将物料从干燥窑中输出，得转炉脱磷剂。
本实施例所制取的转炉脱磷剂，成分包括：al2o3的重量份数为13份，fe2o3的重量份数为30.6份，sio2的重量份数为4.75份，h2o的重量份数为2.6份，cao的重量份数为32.5，tio2的重量份数为1.5份，k2o的重量份数为1.5份。
将本实施例所制取的转炉脱磷剂用于萍乡钢铁有限责任公司的转炉炼钢中，每一吨钢中加入7kg的脱磷剂，脱磷效率为92.3％。
应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。