一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法

2023-05-30 20:46:11

專利名稱：一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法
技術領域：
*.本發明涉及拜爾法的赤泥廢渣的綜合利用方法，具體地 說是利用制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥，達到赤泥的綜合利用。屬鋁 化工，環保和工業廢渣的利用技術範疇。
背景技術：
目前全世界生產的氧化鋁和氫氧化鋁，有90%以上是用 拜爾法生產的。所謂拜爾法，文獻1 (《氧化鋁生產工藝學》；中南工業 大學楊重愚教授主編，冶金工業出版社出版，1982年1月第一版)是這 樣報導的拜爾法是用苛性鹼在一定高溫和壓力下處理鋁土礦，以溶出 其中的氧化鋁而獲得鋁酸鈉溶液，並用加晶種分解的方法，使溶液中的 氧化鋁成為氫氧化鋁結晶析出。將母液經蒸發後返用於浸出鋁土礦而構 成拜爾法循環。
拜爾法流程簡單，能耗低，產品質量好，處理優質鋁土礦時產品成 本低。但隨著礦石鋁矽比降低，氧化鋁回收率下降，鹼耗上升，成本增 加，因此拜爾法只局限於處理優質鋁土礦，其鋁矽比至少不低於7-8， 通常在10以上。此外，拜爾法需要消耗價格比較昂貴的苛性鹼。
拜爾法生產氧化鋁，最根本的障礙就是鋁土礦中的二氧化矽Si02， 二氧化矽是拜爾法生產中最有害的雜質，因為二氧化矽是酸性氧化物， 用苛性鹼NaOH去溶解氧化鋁時，二氧化矽必然要與氫氧化鈉反應，必須 要消耗大量的鹼，不僅損失了鹼，而且還要損失大量的氧化鋁，因為最 終損失到渣中沉澱物是3Na20 3Al必i 5Si02 / H20，因此拜爾法赤泥中 必然含有相當數量的鹼和氧化鋁,特別是處理低品位鋁土礦時更為嚴重。生產一噸氧化鋁，要產出0.5-1.5噸赤泥(隨鋁土礦品位及生產方
法不同而異)，赤泥是氧化鋁廠最大的汙染物，防止赤泥汙染的根本出路 是解決赤泥的綜合利用問題。目前世界上每年產出約億噸的赤泥，只有 很少一部分得到利用，不少鋁廠由於赤泥處理不善，造成了嚴重的環境 汙染，還佔用大量的土地堆放。這是氧化鋁生產中存在的世界難題。拜
爾法赤泥的化學組成大體為
Si02 : 5-20%; A1A: 15-30%; FeA: 4-10%;
Ti02: 6-10%; Na20: 4-10%; CaO: 10-20%。
從拜爾法赤泥的化學組成看，除了 Na20、 Ti02外，其它化學組成都 是可作生產水泥的基本原料，只要將其中的Na20含量降至1%以下就可 以作為生產水泥的原料。我國水泥產品已達10多億噸，要大量消耗其它 的原材料，如將拜爾法赤泥中的鹼提出來，將赤泥的鹼含量降到1%以下， 完全可作水泥原料，變廢為寶，這是解決拜爾法赤泥的根本出路。
對於拜爾法赤泥的處理和利用，文獻l中報導有兩種方法 一種是 拜爾-燒結聯合法的串聯法，該法是對於中等品位的鋁土礦先以拜爾法處 理，提取其中大部分氧化鋁，然後再用鹼石灰燒結法，處理拜爾法赤泥， 進一步提取其中的氧化鋁和鹼，所得的鋁酸鈉溶液併入拜爾法系統。該 法優點是鋁礦石經兩次處理，因而氧化鋁提取率高，同時總投資和加工 費較低，缺點是拜爾法赤泥在迴轉窯中燒結比較困難，原因是燒結溫度 範圍窄，燒結過程難於控制以及熟料質量好壞難於保證。同時拜爾法和 燒結法兩大系統也難於平衡，生產穩定性差，正常生產難於維持，目前 工業生產上很少採用。第二種方法是拜爾-燒結聯合法的混聯法。為解決 串聯法出現的不足問題，提出了在拜爾法赤泥中添加一部分低品位的鋁 礦石進行燒結，這種方法使熟料鋁矽比提高，使爐料溶點提高，燒成溫 度範圍變寬，從而改善了燒結過程，還解決了用純串聯法處理低鐵鋁土礦時補鹼不足的問題，是處理高矽低鐵鋁土礦的有效方法，缺點是流程 很長，設備繁多，投資大，控制複雜等。
文獻1中報導的對於拜爾法赤泥的兩種處理方法，對拜爾法的赤泥 中的氧化鋁和鹼有一定的回收，但是無論採用何種聯合法，最後產出的 赤泥渣，鹼含量仍然較高，也難開展對其利用，不能作生產水泥的原料， 仍然對環境造成嚴重汙染，並仍然佔有大量土地堆放。
對於拜爾法赤泥的利用，文獻2 (《一種新的石灰燒結-拜爾法聯合 生產氫氧化鋁的方法》，發明專利，申請號200710077821.5)報導的方 法是將拜爾法赤泥作為石灰燒結法生產氫氧化鋁中的浸出液的脫矽劑， 這是拜爾法赤泥的一個重要用途。但用量極為有限，不可能將大規模排 放的拜爾法赤泥渣處理利用掉，更不可能將已經大規模堆放的拜爾法赤 泥渣處理掉。
對於拜爾法赤泥的其它利用，有一些報導，例如有用拜爾法赤泥作 成砌塊磚，但都還存在許多問題，都未能對拜爾法赤泥的合理利用找到 根本出路，至今拜爾法赤泥仍是作為嚴重的汙染物，排放在自然環境之 中，並佔用了大量土地。

發明內容
本發明的目的在於解決拜爾法赤泥廢渣的綜合利用問 題，消除赤泥大量佔有土地堆放以及赤泥的鹼性造成強腐蝕汙染環境的 問題，本發明的目的是這樣實現的，即利用一種制塊石灰燒結法處理拜 爾法的赤泥廢渣，提取赤泥中的氧化鋁和鹼，並將提取氧化鋁和鹼後的 餘渣用作水泥原料，從而使拜爾法無廢渣排放，從根本上消除了拜爾法 赤泥對環境的嚴重汙染和佔用大量土地堆放的問題，同時使拜爾法所適 應的鋁土礦的鋁矽比範圍擴大，對資源利用率提高，做到節約資源和對 資源的循環利用，經濟效益和社會效益好。
具體方法是將拜爾法赤泥和石灰石或石灰及煤按一定比例配料，配料方法為先將拜爾法赤泥、石灰石和煤的灰份進行全分析，然後將
上述原料中的化學成分按照Ca0與Al必,的分子比為1:1， Ca0與Si02 的分子比為2:1， Ca0與Fe必,的分子比為3:1， Ca0與Ti02的分子比為 1:1的原理進行配料，通過分析和計算得出拜爾法赤泥和石灰石和煤的 具體配料比，配料後經混勻和粉磨後，加水製成塊狀，將乾燥塊狀物(生 料塊)堆碼在隧道窯的窯車上，推入隧道窯中進行煅燒，最佳的隧道窯 為平頂隧道窯，隧道窯的高溫段控制在IIO(TC至130(TC之間，燒結時間 2 5小時，燒結出的熟料塊經冷卻破碎和粉磨至120 160目後，用 80-150克/升碳酸鈉鹼液按固液比1 : 3配比在90-IO(TC下浸取，浸出時 間為1 5小時，浸出後經固液分離，含有鋁酸鈉的溶液合併入拜爾法溶 出礦漿的稀釋工段，餘渣經三次逆流水洗滌後送去水泥廠作水泥生產原 料。洗澡水用於配置碳酸鈉溶液和用於制塊。浸出液也可用碳分法析出 氫氧化鋁，母液循環使用。
本發明具有以下有益效果
1、 本發明的生產工藝是將拜爾法赤泥與石灰石配料後，製成塊放在 隧道窯中燒結，燒成溫度較寬，生產易於控制，克服了文獻l中的拜爾-燒結聯合串聯法中由於燒成溫度窄，燒結熟料的質量好壞難於保證，難 於控制，經常出現熟料粘窯壁和結大塊，造成停產等現象。
2、 本發明的生產工藝簡單，流程短，投資少，文獻l中的拜爾-燒 結聯合法流程長，設備繁多，控制複雜，投資大，本發明顯著優於文獻 1中的拜爾-燒結聯合法。
3、 本發明能提取拜爾法赤泥中的氧化鋁達60%以上，鹼達80%以上， 對鋁土礦總的提取率可達90%以上，使得生產一噸氧化鋁耗鹼量可降到 20公斤以下，鹼耗指標為世界的先進水平。本發明處理拜爾法赤泥不僅 有良好的經濟效益，更主要的是帶來顯著的社會效益。4、本發明最顯著的有效成果是通過本發明的方法處理拜爾法赤泥 後，可使拜爾法赤泥的鹼降至1%以下，從而使處理後赤泥可以作為水泥 原料，變廢為寶，找到了拜爾法赤泥可大量利用的根本途徑，可達到拜 爾法赤泥的零排放的目的，解決了氧化鋁工業生產中最大的赤泥汙染環 境這一世界性的難題。
具體實施例方式本發明的實施例工業試驗是在貴州平壩宏大鋁化工 有限公司的技術中心試驗基地進行，試驗基地有長60米內空寬1.8米的
平頂隧道窯一座，窯上安裝為12個燒火用的自動噴煤機，有小L5球磨
機幹磨和溼磨各一臺，有各種礦石破碎設備，有溼法系統的浸取、過濾、 洗滌、輸送等各種設備。
實施例所採用的拜爾法赤泥為宏大鋁化工有限公司氧化鋁生產所產 出的拜爾法赤泥，石灰石為平壩地區當地的石灰石。
實施例1:
實施採用的拜爾法赤泥的化學組分A1A:24.53%， Si(kl3.87%， FeA:7. 48%; CaO:24. 22%， Ti02:7. 39%, Na化5. 2%。
實施採用的石灰石的化學組分CaO:53.34%， Mg0:1.34%， SiO"O. 17%， Fe20"0. 02% ，AIA:O. 50%， TiCU散量。
配料拜爾法赤泥與石灰石、煤的配料重量比為100: 42: 5，用電
子秤配料。
配料後用雙軸攪拌機混勻後，進入球磨機粉磨，細度達到120目， 篩餘量小於5%，從球磨機出來的生料粉，加入16%的水，再經雙軸攪拌 後，送入擠磚機製成大小為240X120X60(mra)的塊狀，將料塊堆碼在隧 道窯車上，每窯車放置600塊左右，碼好一車的料塊送進隧道窯中，每 40分鐘推車一次，裝有料塊的隧道窯車，在隧道窯中，通過乾燥帶、預 熱帶、高溫燒成帶，再經冷卻帶，每車從進窯到另一端出窯，需16個小時，隧道窯的高溫燒結溫度為1200±30°C，料塊在高溫帶停留時間為4 小時。從隧道窯經煅燒的熟料塊經顎式破碎和對滾機破碎後，進入溼法 球磨機，用120克/升的碳酸鈉溶液浸出，固液比為1: 3，浸出溫度為 95°C±5°C，時間為1小時，浸出液經取樣分析，取樣五次分析的平均數 據為Na20 :74.2g/L， A1A55. 07g/L。產生的渣經三次水逆流洗滌後， 烘乾後，全分析化學組成為A1A: 8. 53%; Si02: 13. 18%; Fe203: 6. 59%; CaO: 45.14%; Ti02 : 7 . 09%;歸:0.80%。浸出液經過濾後，濾液加入 到拜爾法溶出礦漿的稀釋工段。
實施結果鹼提取率為80%，氧化鋁的提取率達65%，渣含鹼量低於 1%，符合作水泥生產原料。
實施例2:
實施的工藝路線和操作方法同實施例1，只使用的拜爾法赤泥的化 學成分與配料比略有不同。
拜爾法赤泥的化學組分Al20:,:20 . 84%， Si02:13. 65%， FeA:7. 3%; Ca0:23. 5%， Ti02:7. 5%，歸6.0%。 石灰石化學組分與實施例1相同。
配料拜爾法赤泥與石灰石、煤的配料重量比為100: 43: 5，用電
子秤配料。
操作方法和條件完全同實施例1，只是浸出使用的碳酸鈉溶液濃度
改為100克/升。
得到浸出液Na20 :75. 1/L， Al20:i:57. 4g/L。 實施結果鹼提取率為80%，氧化鋁的提取率達65.5%。 渣經水洗滌後其化學組成為A1203: 7.8%; Si02: 11.5%; FeA:
6. 5%; Ti02: 7. 25%; CaO: 45. 2%; 歸:0. 85%。渣含鹼量低於1%，符
合作水泥生產原料。
權利要求
1. 一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法，其特徵是將拜爾法赤泥和石灰石或石灰及煤按一定比例配料，配料方法為先將拜爾法赤泥、石灰石和煤的灰份進行全分析，然後將上述原料中的化學成分按照CaO與Al2O3的分子比為1:1，CaO與SiO2的分子比為2:1，CaO與Fe2O3的分子比為3:1，CaO與TiO2的分子比為1:1的原理進行配料，通過分析和計算得出拜爾法赤泥和石灰石和煤的具體配料比，配料後混勻粉磨，加水製成塊狀，將乾燥塊狀物在隧道窯中控制溫度1100℃至1300℃，煅燒3～5小時，冷卻後破碎粉磨至120～160目，用80-150克/升碳酸鈉鹼液按固液比1∶3配比，在90-100℃下浸取0.5～2小時，浸出液併入拜爾法溶出礦漿的稀釋工段或浸出液用碳分法製取氫氧化鋁，浸渣經水洗滌後作水泥生產原料。
2. 根據權利要求1所述的一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法，其 特徵是配料後混勻粉磨的粒度不得小於120目，冷卻後粉磨粒度不得小於120 目，用100 120克/升，碳酸鈉溶液在95土5i:浸出時間1小時。
3. 根據權利要求1或2所述的一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法，其特徵是最佳的隧道窯為平頂隧道窯。
4. 根據權利要求3所述的一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法，其 特徵是加水製成的塊狀物最好是240X 120X60 (mm)類似的磚塊狀物。
5. 根據權利要求3所述的一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法，其 特徵是隧道窯的高溫燒結溫度為1200士5(TC，料塊在高溫帶停留時間為2 4 小時。
6. 根據權利要求1所述的一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法，其 特徵是浸取後的沉澱經三次水逆流洗滌，使渣中的鹼含量低於1%。
全文摘要
本發明是一種制塊石灰燒結法處理拜爾法赤泥的方法，是利用制塊石灰燒結法處理拜爾法的赤泥，達到赤泥的綜合利用。方法主要是將拜爾法的赤泥和石灰石按比例配料，經磨細、制塊、在1100℃～1300℃煅燒3～5小時後冷卻粉碎，用碳酸鈉溶液浸取，浸出液併入拜爾法溶出礦漿的稀釋工段，浸渣經水洗後作水泥原料。本發明能將赤泥中60％的氧化鋁和80％以上的鹼提出，回到拜爾法工藝流程中，使拜爾法對鋁土礦總提取率達90％以上，使生產一噸氧化鋁鹼耗降到20kg以下，使拜爾法所適應的鋁土礦鋁矽比範圍擴大，並從根本上消除赤泥大量佔有土地堆放以及赤泥的腐蝕性造成的環境汙染問題。
文檔編號C04B33/02GK101412616SQ20071007797
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月16日 優先權日2007年10月16日
發明者張西興, 朱雲勤, 胡兆平, 馬培艦, 馬武權 申請人:貴州平壩宏大鋁化工有限公司