一種利用高鐵赤泥回收鐵的方法與流程
2023-07-24 15:05:51
本發明屬於冶金技術領域，涉及一種赤泥回收鐵的處理方法，特別涉及一種利用高溫冶金熔渣處理高鐵赤泥回收鐵的方法。
背景技術：
赤泥是氧化鋁廠生產氧化鋁過程中外排的固體廢棄物，一般每生產1t氧化鋁約產生0.8～1.8t赤泥，其綜合利用率很低，據統計我國的赤泥堆存量已累計達到2億多t，既佔用大量土地，又造成環境汙染和安全隱患。赤泥中含有較多的鐵、鋁等有價元素，尤其採用拜耳法生產氧化鋁後外排的赤泥，普遍具有較高的鐵含量(fe2o3含量30％～70％)，因而這種高鐵赤泥的回收利用價值極高，首選便是回收其中的鐵，有效處理高鐵赤泥既減輕環保壓力又可獲得經濟效益。但由於高鐵赤泥中鈉等鹼金屬以及氧化鋁含量超標，一般不能直接用於常規高爐煉鐵，目前在工業生產中尚不能大量利用。
現有的高鐵赤泥處理方法中，主要採用還原焙燒和磁選等方式回收其中的鐵，例如中國專利cn102839249a《一種轉底爐直接還原高鐵赤泥生產鐵精粉的方法》、cn102628097a《一種流化床還原磁化處理赤泥製備鐵精粉的方法》、cn102626670a《一種迴轉窯還原磁化處理赤泥製備鐵精粉的方法》等分別採用轉底爐、流化床、迴轉窯等為主要工藝對赤泥進行還原焙燒再進行磁選來回收鐵；cn102851425a《一種高鐵赤泥鐵、鋁、鈉高效分離綜合利用的方法》先使用轉底爐直接還原再經過氧煤鐵浴熔融爐渣鐵分離來回收鐵；cn102816880a《一種高鐵赤泥煉鐵提鋁綜合利用的方法》採用高爐為主要工藝，要求赤泥製備小球團複合燒結礦或球團礦，然後將其和焦炭在不低於400℃溫度下分層熱裝入高爐，採用超氧甚至全氧鼓風進行冶煉的方法回收鐵；cn102134646a《以鋁業高鐵赤泥為原料直接製備金屬鐵和鋁精礦的方法》採用超細磨技術、co精細還原技術、非熔態分離等多種技術先還原再進行磁選回收鐵；此外還有如cn102329911a《低品位複雜難處理礦熔渣法製造粒鐵的工藝》等一些專利採用轉底爐等還原工藝將將赤泥還原成海綿鐵或粒鐵等來回收鐵等等。
目前的高鐵赤泥處理方法中，大都需增加專門裝置或設備，工序步驟多，致使工藝操作 複雜化；或控制條件嚴格、能耗高、回收率低，導致成本增加，難以實現工業生產大規模應用。
另一方面，鋼鐵企業在冶煉過程中會產生大量的高溫熔渣，主要包括高爐渣和鋼渣，溫度在1450℃～1650℃，雖然其處理應用工藝眾多，但顯熱回收利用目前仍是冶金行業的難題。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供一種利用高溫冶金熔渣處理高鐵赤泥回收鐵的方法，在無需增加專門裝置或設備的條件下，基於傳統鋼鐵企業現有流程工藝，實現一種低成本和簡便高效的處理高鐵赤泥並回收其中鐵的處理方法。
本發明目的是通過下面的技術方案實現的：
1.一種利用高鐵赤泥回收鐵的方法，包括以下步驟：
(1).將高鐵赤泥、還原劑、添加劑均勻混合製成10～30mm赤泥團塊。其特徵在於：配料組成中添加劑質量百分比為3-10wt％，合理搭配高鐵赤泥與還原劑配比，使赤泥團塊中碳與鐵氧化物滿足摩爾比為c/o＝1.2～1.5。所述還原劑包括煤粉、焦粉、焦化除塵灰中的一種，其固定碳質量百分含量大於70％，硫質量百分含量小於1％；所述添加劑為鐵酸鈣粉，其鐵酸鈣質量百分含量大於95％。
(2).將赤泥團塊提前加入到渣罐空罐中，然後在出渣時再將高溫熔渣注入，充分利用高溫熔渣熱量，使赤泥團塊在渣浴環境下實現快速熔融還原。赤泥團塊中的鐵氧化物被內配碳還原成熔融鐵，鋁氧化物等雜質熔於爐渣之中，部分還原揮發的鹼金屬及反應產生的煙塵由除塵設備集中處理。高溫熔渣包括鋼渣或高爐渣，其溫度為1450～1650℃。赤泥團塊加入量按每噸熔渣計為不超過50kg/t。
(3).反應10～30min後採用通用的熔渣處理工藝進行後處理，再對冷卻渣進行磁選處理將渣鐵分離。
2.本發明中所述利用高鐵赤泥回收鐵的方法，其特徵在於步驟(1)中所述高鐵赤泥的主要化學成分為：fe2o3為30～70wt％，al2o3為5～30wt％，na2o為0～10wt％，其餘為sio2、cao及其它雜質。
3.本發明中所述利用高鐵赤泥回收鐵的方法，其特徵在於步驟(1)中所述赤泥團塊是將上述高鐵赤泥、還原劑和添加劑按一定比例均勻混合後，使用壓球機壓制的直徑10～30mm的團塊。具體為先將混合物料充分破碎碾壓，然後將其放入混料機中進行一次混合，待物料混合均勻後注入適量水進行二次混合，混合均勻後將最終的混合物料送入壓球機中，壓製成10～30mm團塊，待團塊乾燥至水分≤3％後備用。
4.本發明中所述利用高鐵赤泥回收鐵的方法，其特徵在於步驟(3)中所述的熔渣處理工藝包括熔渣的水淬處理工藝、熱潑處理工藝、熱悶處理工藝等通用成熟工藝。
本發明是利用鋼鐵企業的高溫熔渣處理赤泥，充分利用了熔渣的顯熱，將之用以實現赤泥團塊的熔融還原，並高效回收其中的鐵。
在高鐵赤泥中配入一定的碳質還原劑，同時利用高溫熔渣提供充足的熱量，鐵氧化物被內配碳還原成金屬鐵，並進一步滲碳熔化為熔融鐵。在1450～1650℃的高溫渣浴環境下，赤泥團塊的熱力學反應條件良好，同時熔渣注入時形成衝擊攪動作用，以及鐵氧化物與內配碳反應產生co氣體不斷逸出，也能大大發展氣-渣-金界面，使反應的動力學條件也顯著改善，實現赤泥團塊的快速熔融還原。
由於熔渣本身也含有少量的鐵氧化物，可能會與碳發生反應消耗一定碳，同時赤泥中的鹼金屬化合物在高溫條件下也有部分與碳反應，因此應控制碳氧比(c/o)使團塊的內配碳適當過量，試驗表明(c/o)＝1.2～1.5範圍條件下，本發明赤泥團塊可以充分的熔融還原。
赤泥團塊中加入一定量鐵酸鈣添加劑是為了促進熔融還原反應，提高渣鐵分離效率，由於鐵酸鈣的熔點較低，在1100多度即形成液相，可迅速改善反應的傳質條件，而且鐵酸鈣液相能與高熔點的cao等發生共熔反應，形成低熔點物質，渣相熔化性能得到改善，由於快速形成的低熔點渣與還原鐵的流動性差別較大，從而實現渣鐵分離的效率提高，加速熔融還原反應，最終提高鐵回收率。雖然添加適量螢石(caf2)添加劑也可以起到類似的效果，但由於螢石會對耐火材料及設備造成嚴重侵蝕，而且影響環境，故本發明中採用鐵酸鈣添加劑，試驗表明3-10wt％的添加量可以保證理想的反應效果。
赤泥團塊加入量按每噸熔渣計為不超過50kg，可以保證反應的充分完成。經過10～30min的充分反應，赤泥團塊中的鐵氧化物被內配碳還原成熔融鐵，鋁氧化物等雜質熔於熔渣，鹼金屬化合物部分進入熔渣，部分被還原揮發出來與產生的煙塵由除塵設備集中處理。然後利用通用成熟熔渣處理工藝進行後續處理，例如鋼渣採用熱潑處理工藝、熱悶處理工藝，高爐渣可採用水淬處理工藝，再通過磁選將渣鐵分離，完成鐵的回收，赤泥中的鐵回收率達到90％以上。
本發明方法與現有技術相比具有如下優點：
1.採用本發明方法處理高鐵赤泥，工序流程短，簡便易行，不需增加專門裝置或設備，全部利用鋼鐵企業已有設備；
2.採用本發明方法處理高鐵赤泥，充分利用了高溫熔渣熱量，而且在熔渣注入時形成攪動作用，同時鐵氧化物與內配碳反應產生的co氣體不斷逸出，能夠發展氣-渣-金的界面，使赤泥團塊在渣浴環境下的反應熱力學條件和動力學條件都很良好，從而實現快速熔融還 原，高效回收赤泥中的鐵分，鐵回收率達到90％以上；
3.採用本發明方法處理高鐵赤泥，可實現高鐵赤泥的大規模綜合利用，不僅能減輕赤泥造成的環境、安全問題，同時可回收利用大量的鐵資源。
說明書附圖
圖1為本發明方法工藝流程簡圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例進行說明：
實施例1
使用混料機將高鐵赤泥、焦粉、鐵酸鈣粉按比例混合攪拌均勻，然後使用壓球機製成10～30mm赤泥團塊，待團塊乾燥至水分≤3％後備用。其中鐵酸鈣粉的配比為3.5wt％，其餘為高鐵赤泥和煤粉，煤粉中的固定碳含量與高鐵赤泥中鐵氧化物的氧含量摩爾比為c/o＝1.25。本實施例中高鐵赤泥的化學成分主要為：fe2o3為65.2wt％，al2o3為8.1wt％，na2o為2.4wt％，其餘為sio2、cao等其它雜質；焦粉的固定碳含量為85.6wt％，硫含量為0.9wt％；添加劑中鐵酸鈣含量為95.5wt％。
在煉鋼工區的渣罐空罐(裝渣量約32t)中裝入1.5t赤泥團塊，出渣時再將煉鋼熔渣注入，在1600℃左右的高溫渣浴環境及熔渣注入形成的衝擊、攪動作用下，赤泥團塊實現快速的熔融還原，鐵氧化物被還原成熔融鐵，鋁氧化物及其它雜質熔於渣中，部分還原揮發出的鹼金屬與反應產生的煙塵通過除塵設備集中處理，反應15min後，按正常鋼渣後處理工藝採用熱悶處理，再通過磁選將渣鐵分離，完成鐵的回收，經取樣分析計算得該技術條件下赤泥中的鐵回收率大於92.1％。
實施例2
使用混料機將高鐵赤泥、煤粉、鐵酸鈣粉按比例混合攪拌均勻，然後使用壓球機製成10～30mm赤泥團塊，待團塊乾燥至水分≤3％後備用。其中鐵酸鈣粉的配比為6.7wt％，其餘為高鐵赤泥和煤粉，煤粉中的固定碳含量與高鐵赤泥中鐵氧化物的氧含量摩爾比為c/o＝1.45。本實施例中高鐵赤泥的化學成分主要為：fe2o3為35.3wt％，al2o3為26.1wt％，na2o為9.2wt％，其餘為sio2、cao等其它雜質；煤粉的固定碳含量為71.2wt％，硫含量為0.5wt％；添加劑中鐵酸鈣含量為95.2wt％。
在煉鋼工區的渣罐空罐中按渣量的5.0％預先裝入赤泥團塊，出渣時再將煉鋼熔渣注入，在1600℃左右的高溫渣浴環境及熔渣注入形成的衝擊、攪動作用下，赤泥團塊實現快速的 熔融還原，鐵氧化物被還原成熔融鐵，鋁氧化物及其它雜質熔於渣中，部分還原揮發出的鹼金屬與反應產生的煙塵通過除塵設備集中處理，反應25min後，按正常鋼渣後處理工藝採用熱悶處理，再通過磁選將渣鐵分離，完成鐵的回收，經取樣分析計算得該技術條件下赤泥中的鐵回收率大於93.2％。
實施例3
使用混料機將高鐵赤泥、焦化除塵灰、鐵酸鈣粉按比例混合攪拌均勻，然後使用壓球機製成10～30mm赤泥團塊，待團塊乾燥至水分≤3％後備用。其中鐵酸鈣粉的配比為9.5wt％，其餘為高鐵赤泥和焦化除塵灰，焦化除塵灰中的固定碳含量與高鐵赤泥中鐵氧化物的氧含量摩爾比為c/o＝1.3。本實施例中高鐵赤泥的化學成分主要為：fe2o3為52.4wt％，al2o3為17.9wt％，na2o為5.2wt％，其餘為sio2、cao等其它雜質；焦化除塵灰的固定碳含量為82.2wt％，硫含量為0.7wt％；添加劑中鐵酸鈣含量為96.1wt％。
在煉鐵工區的渣罐空罐中按渣量的4.0％預先裝入赤泥團塊，出渣時再將高爐熔渣注入，在1500℃左右的高溫渣浴環境及熔渣注入形成的衝擊、攪動作用下，赤泥團塊實現快速的熔融還原，鐵氧化物被還原成熔融鐵，鋁氧化物及其它雜質熔於渣中，部分還原揮發出的鹼金屬與反應產生的煙塵通過除塵設備集中處理，反應20min後，將熔渣採用水淬工藝處理，冷卻後再通過磁選將渣鐵分離，完成鐵的回收，經取樣分析計算得該技術條件下赤泥中的鐵回收率大於90.5％。