[发明专利]一种高铁赤泥铁、铝、钠高效分离综合利用的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种高铁赤泥铁、铝、钠等有价金属元素高效分离综合利用的方法。

背景技术

赤泥是一种氧化铝生产过程中所产生的固体废弃物。中国氧化铝企业每生产1t氧化铝则副产1.0~1.8t赤泥。目前，中国的赤泥堆存量已达2亿多吨，预计2015年将达到3亿吨。赤泥的堆存不仅需要维护，而且占用土地、污染环境、并且存在着安全隐患。

普遍采用的拜耳法生产氧化铝后外排的赤泥，其主要化学成分为：Fe₂O₃为10~70wt%、Al₂O₃为8~50wt%、SiO₂为7~15wt%、Na₂O为3~10wt%、CaO为10~25wt%，由此看出，赤泥中的铁含量比较丰富，但由于钠等碱金属以及氧化铝含量超标，不能直接用于炼铁或者直接还原生产金属化球团，在工业生产中未能得到大量使用。随着品位高、易分选的铁矿资源的日益减少，铁矿石价格持续高涨，迫切需要依靠技术进步来最大限度地开发如赤泥一类的复杂难选冶的贫化资源。

现阶段回收赤泥中氧化铝的生产方法主要是烧结法，该方法以拜耳法赤泥和碳酸钠混合，在1000℃以上进行烧结，得到固体铝酸钠烧结产物，然后用稀碱溶液溶出得到铝酸钠溶液，往溶液中通入CO2得到氢氧化铝，煅烧氢氧化铝即可得到氧化铝产品。残留在溶液中的碳酸钠可继续循环使用。回收氧化钠的方法是在未回收氧化铝的情形下，通过向赤泥里添加CaO进行水热反应，让氧化钠进入液相，进而达到回收氧化钠的目的。回收铁的方法一般是在常规烧结矿或球团矿或块矿等入炉炉料中添加少量赤泥，使含铁炉料中钠等碱金属含量≤0.35%，否则碱金属在炉内累积，破坏炉衬，此外，含铁炉料中的氧化铝含量要求使炉渣氧化铝含量尽量控制在7~15wt%之间，以防止高铝渣产生的炉墙粘结、炉缸堆积等破坏高炉正常冶炼的问题。

以上铝、铁、钠等的回收方法均存在能耗高、回收率低、经济上不可行和难以实现大规模工业应用等问题，严重制约赤泥中有价金属的回收和综合利用。

发明内容

针对以上问题，本发明提出一种高铁赤泥铁、铝、钠高效分离综合利用的方法。核心工艺步骤为：

（1）将赤泥制成合格的含碳球团；

（2）使用转底炉直接还原法还原赤泥中的铁、钠等金属氧化物;

（3）转底炉还原出的钠金属进入转体炉上层后氧化为氧化钠，从废气携带的烟尘中回收这些附着在烟尘上的氧化钠；

（4）将还原后的赤泥金属化球团热送进入铁浴式氧煤熔融还原炉，通过煤氧燃烧进行高温熔化，以完成铁、铝熔融分离；

（5）分离后的铁水送至炼钢系统，高铝高温熔渣经添加氧化钙改性后，控温冷却获得自粉性炉渣经传统浸出工艺提纯回收氧化铝。

本发明所述的高铁赤泥的化学成分为：Fe₂O₃为30~70wt%、Al₂O₃为10~50wt%、SiO₂为0~15wt%、Na₂O为0~10wt%，其余为水和其他杂质。

本发明所述的赤泥含碳球团是将具有上述化学成分的高铁赤泥和焦粉按照一定比例混合后使用压球机或造球机制成直径为8~30mm的球型或椭球型球团。造球时可适当配入铁精矿粉，提高入炉原料的品位，保证Fe₂O₃和Al₂O₃的总含量不小于50wt%，所用焦粉中的固定碳含量与高铁赤泥所含铁氧化物、钠氧化物和加入铁精矿所含的铁氧化物中的氧元素总含量的摩尔比为C/O=1.1~1.4。

本发明所述的转底炉直接还原法是将上述制成的赤泥含碳球团干燥、预热后布料装入转底炉内进行快速还原。装料层数控制在1~5层范围内。转底炉的热量来源于铁浴熔分炉产生的高温煤气经改质炉后送入转底炉内，与利用转底炉尾气预热的富氧空气燃烧，炉膛温度控制为1200~1450℃。转底炉料层内为强还原气氛，球团内的铁的氧化物和钠的氧化物，被球团内部的碳直接还原，还原时间为20~60min，得到金属化率为50~95%赤泥金属化球团。转底炉还原出的钠金属在球团表层高温还原势下形成钠蒸汽，钠蒸汽进入转体炉上层后被氧化为氧化钠，附着在烟尘上随废气排出，所以要从废气携带的烟尘中回收这些附着在烟尘上的氧化钠；