赤泥磁化焙烧综合利用系统及工艺的制作方法

本发明涉及矿物资源利用
技术领域：
，更具体的说，它涉及一种赤泥磁化焙烧综合利用系统及工艺。
背景技术：
：赤泥是有色制铝工业从铝土矿中提取氧化铝后的废渣，因为含氧化铁，表面呈赤色泥状，为强碱性，一般每生产1吨氧化铝产出1.5吨赤泥。赤泥的化学组成较为复杂，主要包括al2o3、sio2、fe2o3、cao、tio2、na2o，此外还含有少量稀有金属。目前赤泥存量众多，一般以堆存为主，下雨后cao、na2o与雨水反应形成强碱性废液，强碱废液直接污染地表和地下水源，直接危害人类健康。因而最大限度的减少或更除赤泥的产生和危害，实现多渠道、大数量的资源化利用，已迫在眉睫。现有技术参考申请公布号为cn108396157a的中国发明专利申请，其公开了一种红土镍矿硫酸浸出液和硅胶螯合树脂提纯生产硫酸镍钴的方法，包括：1)将红土镍矿(褐铁矿型、过渡层型、腐质层型)磨矿至-0.15mm占95％以上的矿粉；2)将磨矿后的红土镍矿过渡层型加入硫酸和水进行常压浸出，分离浸出液1和滤渣1；3)褐铁矿型放入高压釜，加入硫酸和水进行高压浸出，分离浸出液2和滤渣2；4)将浸出液加入到腐植层红土镍矿中进行中和除杂浸出，分离中和液和滤渣3；5)加入双氧水反应沉淀，固液分离，分离出滤液和滤渣4；5)将滤液进行硅胶螯合树脂分离生产硫酸镍和硫酸钴；6)在滤渣中加入煤粉，进行磁化焙烧，然后进行弱磁磁选，分离出铁精矿和尾渣；7)尾液除锰；8)尾渣排放。该发明申请虽然能够提取分离出铁精矿，但是存在以下不足：该方法对赤泥进行磁化焙烧时，煤粉与赤泥混合后，赤泥可能被过渡还原，导致赤泥还原为非磁性产品，在进行磁选时较多的含铁非磁性物质随尾渣一起排出，造成浪费。申请公布号为cn108118141a的中国发明专利申请公开了一种化工冶金综合处理利用赤泥的方法，以廉价而兼有固相还原和气相还原的褐煤作fe2o3还原剂，石灰石作分散剂及al2o3的转化组合剂，在保证还原气氛的还原转化设备中进行赤泥中铁和铝结构的转化焙烧，使得fe2o3还原为磁化可选的fe3o4和fe；al2o3为可蒸煮溶浸的al2(co3)3焙烧转化物料经一次磁选制得铁精矿产品，二次焙烧磁选制得还原铁粉产品；富铝尾渣、蒸煮浸铝同时氧化絮凝脱硅，浸出铝溶液以氨水合成碱式碳酸铝铵（沉淀），碱式碳酸铝铵干燥、焙解制得纳米活性氧化铝产品，母液浓缩结晶制得副产品碳酸铝铵。该发明申请可以生产出较高品味的精铁矿，但存在以下不足：褐煤作为还原剂时，由于褐煤中存在太多的灰分，导致还原中的各种反应难以控制，使得生产精铁矿的效率较低。综上，亟需研究一种提高从赤泥中选铁效率的系统和工艺，提高资源利用率。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种赤泥磁化焙烧综合利用系统，通过新式气基还原的磁化焙烧系统，高效筛选出精铁矿，并提高赤泥的综合利用率。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种赤泥磁化焙烧综合利用系统，包括按工序依次设置的搅拌机、烘干机、回转窑、磁选机、压滤机，搅拌机的进料口通过第一输送设备连接外部赤泥源，搅拌机的出料口通过第二输送设备与烘干机的进料口连接；烘干机与回转窑之间设有球磨机，烘干机的出料口通过第三输送设备与球磨机的进料口连接，球磨机的出料口与回转窑的进料口连接；回转窑上设置有焦炉煤气管道，回转窑的出料口通过第四输送设备与磁选机的进料口连接；磁选机上设有磁性出口和非磁性出口，非磁性出口通过第五输送设备与压滤机的进料口连接。通过采用上述技术方案，赤泥经过第一输送设备运送到搅拌机内，同时向搅拌机中按比例加入添加剂并充分搅拌，以防止硅铝与铁高温结合。混合料通过第二输送设备转移到烘干机进行干燥，干燥后的混合料经过球磨机研磨成细颗粒状。将细颗粒状态的混合料通过第三输送设备送到回转窑，焦炉煤气管道向回转窑内通入焦炉煤气，混合料在高温下与焦炉煤气发生还原反应，由于气基还剂中不存在灰分，赤泥还原效率和效果大大提高，生产效率和产品质量提高。然后排入水池中冷却，部分赤泥转化成磁性的铁和fe3o4。还原后的物料通过第四输送设备运到磁选机进行筛分，磁性的铁和fe3o4从磁性出口排出，剩余的非磁性尾渣通过非磁性出口排出，非磁性尾渣经过第五输送设备移送到压滤机进行压滤，作为其他用途。磁性的铁和fe3o4将铁富集，大大提高铁品位，使得赤泥中的铁得以回收利用。非磁性尾渣可作为建筑材料用材料，减少了固体废弃物排放，有利于赤泥的综合利用。本发明进一步设置为：所述压滤机的出料口通过第六输送设备连接有混料机。通过采用上述技术方案，非磁性尾渣经过第六输送设备运送到混料机内，同时向混料机内加入石灰石、砂岩等原料混合，磨成水泥生料，经回转窑烧成水泥熟料，再经掺入混合材磨制成水泥。本发明进一步设置为：所述混料机的出料口通过第七输送设备连接有成型机。通过采用上述技术方案，非磁性尾渣经过第六输送设备运送到混料机内，同时向混料机内根据非磁性尾渣重量按照配比每1kg加入粉煤灰0.8-0.9kg、砂石0.7-0.8kg、石膏0.1-0.2kg、石灰0.2-0.3kg及水2.0-2.5kg，然后混合搅拌均匀形成混合料；混合料在成型机的作用下可以支撑砖坯，以便制作成免烧砖，提高非磁性尾渣的利用价值。本发明进一步设置为：所述磁选机内部自进料口向出料口方向依次设有第一磁场区和第二磁场区，第一磁场区强度为800-1000hs，第二磁场区强度为1400-2500hs。通过采用上述技术方案，经过还原后的赤泥中含有磁性的铁和fe3o4，经过第一磁场区时大部分的磁性物质被筛选分离，然后少部分的磁性物质在第二磁场区的强磁作用下进一步被筛选分离，分级筛选有效提高磁性物质的提取。本发明进一步设置为：所述回转窑与烘干机之间设有热交换器。通过采用上述技术方案，热交换器可以将回转窑的烟气余热传递到烘干机内部，充分利用热量对烘干机内的混合料进行干燥，节约能源。针对现有技术存在的不足，本发明的另一个目的在于提供一种赤泥磁化焙烧综合利用工艺，利用新的磁化焙烧工艺，提高赤泥中铁的分离率。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种赤泥磁化焙烧综合利用工艺，包括以下步骤：s1：检测分析并配料：对赤泥取样进行检测分析，得到赤泥中各组分构成以及含量，向其中按比例加入抑制硅钛铝与铁高温结合的添加剂；s2：搅拌烘干：将配比好的赤泥进行搅拌30-60min，使得物料混合均匀，然后干燥，干燥温度为180-200℃；s3：焙烧还原：将干燥后的物料研磨成颗粒状，然后进行焙烧还原，还原温度控制在750-1150℃，还原时间为15-60min；s4：磁选分离：将焙烧还原后的产品冷却后研磨，然后依次经过两级磁场进行筛分，分离出具有磁性的铁矿粉和非磁性尾渣。通过采用上述技术方案，由于按比例加入了抑制硅钛铝与铁高温结合的添加剂，使得焙烧还原时赤泥中的硅钛铝与铁不会结合，颗粒间不会粘接，由于烘干搅拌后的赤泥孔隙度高，并且粒度细，因此反应更加迅速。相比传统焙烧需要花近3个小时的时间，反应的时间缩短，焙烧还原效率大大提高。磁选分离可以有效将含铁的矿物与其他物质进行分离，提高铁品位，为赤泥综合利用提供了新的途径。本发明进一步设置为：步骤s4中磁选分离后对非磁性尾渣进行处理，包括以下步骤：s1：向非磁性尾渣中按照配比每1kg加入生石灰0.15-0.25kg、硅石粉0.5-0.6kg、粉煤灰0.15-0.3kg，然后混合搅拌均匀形成混合料；s2：将混合料制成直径8-10cm的泥球，然后放到冲天炉中在1450-1500℃温度下进行熔融，得到熔融物；s3：将熔融物使用离心机成纤，并加入粘结剂生产出絮状矿物棉，再经过后处理制成岩棉制品。通过采用上述技术方案，非磁性尾渣能够做成岩棉制品，减少固体废弃物的排放，使得赤泥综合利用价值提高。本发明进一步设置为：步骤s4中磁选分离后对非磁性尾渣进行处理，包括以下步骤：s1：向非磁性尾渣中按照配比每1kg加入粉煤灰0.8-0.9kg、砂石0.7-0.8kg、石膏0.1-0.2kg、石灰0.2-0.3kg及水2.0-2.5kg，然后混合搅拌均匀形成混合料；s2：将混合料制成固定形状的砖坯；s3：将砖坯先在温度50℃、70％湿度下预养12小时，再在温度180℃、气压1.2mpa条件下养护8小时，得到免烧砖。通过采用上述技术方案，非磁性尾渣能够做成免烧砖，减少固体废弃物的排放，使得赤泥综合利用价值提高。本发明进一步设置为：步骤s4中磁选分离后对非磁性尾渣进行处理，包括以下步骤：s1：分析非磁性尾渣成分，向非磁性尾渣中加入以含硅量计过量1.3-1.5%的过硫酸钠混合；s2：将混料进行微沸蒸煮1-2h，压滤分离得到残渣和浸液；s3：向浸液中加入氨水并不断进行搅拌，静置后过滤；s4：将过滤得到的固体在200±10℃的温度下干燥至水分2-3%，然后在1200±10℃进行焙解，得到纳米活性氧化铝。通过采用上述技术方案，过硫酸钠的作用如下：一是其氧化作用使硅不成为低价易凝胶的sio32-，而成为高价不易凝胶的sio42-，二是提供了na+，使硅成为不易凝胶的大分子na2sio4，便于过滤分离。得到的纳米活性氧化铝比表面较大，孔隙率高、耐热性强，成型性好，具有较强的表面酸性和一定的表面碱性，被广泛应用作催化剂和催化剂载体等新的绿色化学材料，经济价值高，提高赤泥的综合利用价值。本发明进一步设置为：s3步骤中过滤得到的滤液浓缩结晶，晶体在100±10℃下进行干燥，得到碳酸铵。通过采用上述技术方案，得到的副产物碳酸铵可以用作肥料、灭火剂、洗涤剂，并用于医药、橡胶、发酵等工业，用途广泛，提高赤泥的综合利用价值。本发明进一步设置为：s2步骤得到的残渣浸入到硫酸中，硫酸的体积浓度为20%-40%，液固比为3:1，然后萃取并电解。通过采用上述技术方案，可以将残渣中含有的其他有色金属提取出来，得到镓、钪、钛、锆等材料，最大化利用赤泥。综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：1.由于按比例加入了抑制硅铝与铁高温结合的添加剂，使得焙烧还原时赤泥中的硅铝与铁不会结合，颗粒间不会粘接，由于烘干搅拌后的赤泥孔隙度高，并且粒度细，因此反应更加迅速，焙烧时间缩短到半小时左右。相比传统焙烧需要花近3个小时的时间，反应的时间缩短，焙烧还原效率大大提高。磁选分离可以有效将含铁的矿物与其他物质进行分离，分离得到的铁矿粉的tfe含量可达60%-63%，提高铁品位；2.磁化焙烧后的非磁性尾渣可用作建筑材料；作为铝钛及稀有元素提取的原料；作为干砂浆中细砂送入干混砂浆生产线；作为岩棉的生产原料；细磨分选后作为pvc填料，用途广泛，提高赤泥的综合利用率；3.磁化焙烧后的非磁性尾渣经过特殊处理可以得到纳米活性氧化铝和碳酸铵，提高赤泥的综合利用价值；4.磁化焙烧后的非磁性尾渣经过特殊处理可以得到镓、钒、钛、锆等材料，最大化利用赤泥。附图说明图1为实施例一中系统结构的示意图；图2为实施例一的工艺流程图；图3为实施例二的工艺流程图。附图标记：1、搅拌机；11、第一输送设备；12、第二输送设备；13、第三输送设备；14、第四输送设备；15、第五输送设备；16、第六输送设备；17、第七输送设备；18、第八输送设备；2、烘干机；3、回转窑；31、焦炉煤气管道；4、磁选机；5、压滤机；6、混料机；7、成型机。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。实施例一：一种赤泥磁化焙烧综合利用系统，如图1和图2所示，包括搅拌机1、烘干机2、回转窑3、磁选机4、压滤机5，在回转窑3上设有焦炉煤气管道31。搅拌机1上设有进料口和出料口，搅拌机1的进料口连接有第一输送设备11，第一输送设备11的另一端连接赤泥堆料区。搅拌机1可以采用九冶三维化工机械生产的dcs控制高粘度物料搅拌器，适合搅拌具有粘度的赤泥，使得混料充分。第一输送设备11可以是皮带输送机，赤泥经过第一输送设备11运输到搅拌机1中。在搅拌机1的进料口处设有添加剂漏斗，添加剂漏斗中放置有预先配制好的添加剂，添加剂在重力作用下均匀流下并落入搅拌机1内，使得赤泥与添加剂在搅拌机1的作用下充分混合。成分al2o3sio2fe2o3tio2caona2o灼减量含量，%11.592.8269.535.480.251.29.13在赤泥向搅拌机1运输前，对赤泥进行取样分析，分析其中的成分及含量，结果如下：然后根据赤泥成分调节添加剂的流量，使得添加剂与赤泥按照比例加入，以抑制硅铝等与铁的高温结合。添加剂可以是粉末状石灰石（caco3），石灰石与赤泥的重量比为0.1:1，石灰石的粒度控制在400-1000目，且700目以上占比95%以上。添加剂与赤泥混合搅拌后从搅拌机的出料口排出，烘干机2上设有干燥入口和干燥出口，干燥入口与搅拌机的出料口之间连接有第二输送设备12，混合料经第二输送设备12运输到烘干机2，烘干机2中设有热交换器，热交换器可以是申宸工业生产的烟气余热回收器，热交换器与回转窑3相连并进行热交换，充分利用回转窑3中烟气余热对混合料进行干燥，节省能源。混合料干燥后从干燥出口排出，经过第三输送设备13运输到回转窑3中，从焦炉煤气管道31向回转窑3中通入焦炉煤气，焦炉煤气的成分和含量如下：成分co2o2coh2ch4cnhmn2含量3.330.808.0755.2323.272.207.10回转窑3内的温度为750-1150℃。赤泥在回转窑3中焙烧还原，反应过程如下：3fe2o3+co=2fe3o4+co2↑3fe2o3+h2=2fe3o4+h2ofe3o4+4h2=3fe+4h2ocaco3=cao+co2↑al2o3+cao=ca(alo2)2sio2+cao=casio3由于烘干搅拌后的赤泥孔隙度高，并且粒度细，颗粒间不会粘接，因此反应更加迅速。相比传统焙烧需要花近3个小时的时间，反应的时间可以缩短为15-60min，焙烧还原效率大大提高，为了使得焙烧反应更充分，此处选择焙烧40min。焙烧后的赤泥直接从回转窑3的窑尾排入到冷却水池中进行冷却，此时含铁赤泥已经变成灰黑色并具有良好的磁性。焙烧冷却后的固体物料经过第四输送设备14运输到球磨机，第四输送设备14可以是砂浆泵，固体物料在球墨机中磨细到80-150目，然后将磨细的物料投入到磁选机4，磁选机4可以是立环式磁选机，磁选机4有两级筛选区，第一级筛选区磁场为80-1200hs，此处选择1000hs，第二级筛选区磁场为1400-2500hs，此处选择2000hs。磁选机4上设有磁性出口和非磁性出口，磁选机4将固体物料的铁矿粉分选出来并从磁性出口排出，经过筛选的铁矿粉的tfe含量可达60%-63%。为了进一步提高铁的回收率，根据需要，可以将磁选机4筛选的物质再次投入回转炉3中进行二次还原焙烧，然后进行二次磁选。磁选分离后的非磁性部分从费磁性出口排出，经过第五输送设备15投送到压滤机5中进行压滤，第五输送设备15可以是皮带输送机，压滤机5可以是采用正基过滤生产的630型隔膜压滤机。将非磁性部分固体分离出来。然后将固体通过第六输送设备16输送到混料机6，第六输送设备16可以是螺旋输送机，混料机6可以是恒劲牌1000型强力搅拌机。在混料机6中按照配比每1kg非磁性固体中加入0.15-0.25kg的生石灰、0.5-0.6kg的硅石粉、0.15-0.3kg的粉煤灰进行搅拌混合。搅拌形成的混合料通过第七输送设备17运输到成型机7，第七输送设备17可以是螺旋输送机，成型机7可以是成球机。将混合料制成直径为8-10cm的泥球。然后放到冲天炉中在1450-1500℃温度下进行熔融，将熔融物使用离心机成纤，并加入粘结剂生产出絮状矿物棉，再经过后处理制成岩棉制品。根据需要，也可以在混料机6中按照配比每1kg非磁性固体中加入粉煤灰0.8-0.9kg、砂石0.7-0.8kg、石膏0.1-0.2kg、石灰0.2-0.3kg及水2.0-2.5kg进行混合搅拌。搅拌形成的混合料通过第七输送设备17运输到成型机7，第七输送设备17可以是螺旋输送机，成型机7可以是鼎新qtj6-15型免烧砖机。混合料在成型机7的作用下制作成空心砖坯，空心砖坯通过第八输送设备18移动到蒸压炉中，先在温度50℃、70％湿度下预养12小时，再在温度180℃、气压1.2mpa条件下养护8小时，得到免烧砖，作为建筑材料使用，提高综合利用率。该赤泥磁化焙烧综合利用工艺如下：（1）检测分析并配料：对赤泥取样进行检测分析，得到赤泥中各组分构成以及含量，按照赤泥中sio2和al2o3总重量1:1加入添加剂；（2）搅拌烘干：将配比好的赤泥进行搅拌30-60min，使得物料混合均匀，然后干燥，干燥温度为180-200℃；（3）焙烧还原：将干燥后的物料放入回转窑3中进行焙烧还原，还原温度控制在750-1150℃，还原时间为40min；焦炉煤气通入量与回转炉中赤泥量有关，约为60m³/t；（4）磁选分离：将焙烧还原后的产品冷却后用球磨机研磨到80-150目，然后依次经过800hs和1400hs的磁选机4进行筛分，分离出具有磁性的铁矿粉；（5）尾渣处理：将磁选分离后的非磁性物质进行压滤并干燥，根据需要制成建筑材料。根据需要，磁选分离后的非磁性物质还可以作为以下用途：（a）作为铝钛及稀有元素提取的原料；（b）作为干砂浆中细砂送入干混砂浆生产线；（c）作为岩棉的生产原料；（d）细磨分选后作为pvc填料。实施例二：一种赤泥磁化焙烧综合利用工艺，如图3所示，与实施例一的不同之处在于：对磁选分离后的非磁性尾料进行蒸煮压滤处理。将非磁性尾料及以渣含硅量计过量1.3-1.5%的氧化剂过硫酸钠混合，过硫酸钠的作用如下：一是其氧化作用使硅不成为低价易凝胶的sio32-，而成为高价不易凝胶的sio42-，二是提供了na+，使硅成为不易凝胶的大分子na2sio4，便于过滤分离。然后将混料放入可加热的反应釜中，反应釜内加入氢氧化钠溶液进行微沸蒸煮1-2h，使铝呈na2alo2溶出，使硅氧化成为非胶状的na2sio4（避免成为胶状的na2sio3），出料前30min分3次加入大分子凝聚剂改性聚丙烯酰胺。加入时间为：每隔5min加一次。总量为含硅量的0.002-0.005wt%。反应物料通过压滤机进行固液分离，得到浸液和渣。向氨水中通入过量的co2并结晶，得到固态碳酸氢铵，然后将固态碳酸氢铵和氢氧化铝放在30-90℃下反应，发生如下反应：2na2alo2+3h2o+co2=2al(oh)3↓+na2co3co2+nh3+h2o=nh4hco3al(oh)3+nh4hco3→nh4al(oh)2co3↓+h2o氨水按照所需数量过量20%数量加入，在加入过程中不断进行搅拌，由于该反应是吸热反应，因此在加入氨水的过程中不断加热，使得温度保持在30-50℃。为了避免前期反应过快导致吸热过多，氨水分批加入，前10min加入20%，然后在30min内加入60%，再用10min加入剩余20%。反应完成后，静置20min即可出料。在抽滤床上进行固液分离，洗涤抽干，离心机脱水。固态碱式碳酸铝铵移送到闪蒸干燥机中，在200±10℃的温度下干燥至水分2-3%，然后送至焙解炉中在1200±10℃进行焙解，nh4al(oh)2co3分解为n2、h2、与co2逸出，产物al2o3呈高细度、高比表面积的纳米活性氧化铝产出。将滤液转移到不锈钢三效蒸发器中进行浓缩结晶，晶体在振动流化床干燥机上100±10℃进行干燥，制得副产品碳酸铵。将渣放入到浸出槽中，然后向浸出槽中倒入硫酸，硫酸的体积浓度为20%-40%，液固比为3:1，并对浸出液使用p204、tbp和仲辛醇进行萃取，然后电解得到镓、钒、钛、锆等金属。实施例三：一种赤泥磁化焙烧综合利用工艺，与实施例一的不同之处在于：对磁选机分离出的铁精粉再进一步进行反浮选去杂并提高铁精粉品位。具体步骤如下：（1）将铁矿粉在球磨机中进行超细研磨至平均细度250目，其中250-300目占总量的90%以上。（2）将超细铁矿粉放入浮选槽中，加入水进行搅拌成浆水，使得超细铁矿粉悬浮在溶液中，溶液中铁矿粉的平均浓度为30g/l，水温控制在40℃，加入dbu调节浆水的ph值至11，搅拌转速为1200r/min。（3）向溶液中加入浮选剂，浮选剂与铁矿粉的质量比为0.1-0.15:1，最佳为0.12。浮选剂的成分为：25%%捕收剂lky、45%淀粉、30%cao。并进行搅拌10min，浮选时间为30min。（4）对反浮选出的物质进行进行精选处理，得到较为纯净的钛、铝化合物。赤泥磁化焙烧磁选后的铁精粉如果仍含有小部分部分钛、铝、硅等杂质，影响铁品位的提高，铁精粉中的杂质钛铝硅也影响了铁精粉的正产销售和利润。因此用反浮选的方式，选用浮选剂对钛、铝、硅进行进一步浮选浸出，从而将铁品味提高。通过对反浮选处理得到的超细铁精粉进行再次检测，品位较单独磁选后的铁含量提高7%-10%。以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12