鐵鋁複合礦綜合利用的方法
2023-04-23 23:09:41
專利名稱：鐵鋁複合礦綜合利用的方法
技術領域：
本發明涉及鋼鐵冶金、有色金屬冶金、水泥生產等行業技術領域。是一種從鐵鋁複合礦 中提取鐵和鋁以及浸鋁尾渣生產水泥工業材料的綜合利用方法。
背景技術：
據有關資料介紹，鐵鋁複合礦廣泛分布於我國南方一些省區，這些地區資源總量達數億 噸。該礦主要由三水鋁石、針鐵礦、赤鐵礦和高嶺土組成，四者之和為80 85%，礦石中A1203 15~40%， Fe203 30~50%， Si02 4 15%，其有用礦物佔75%以上，且還含有釩、鎵等稀有金 屬，是一種具有巨大潛力的綜合利用新型礦產資源。
二十多年來，為實現鐵鋁複合礦的綜合利用，國內不少單位以及專家學者進行了不懈的 努力，都做了大量的工作，多年來先後完成一系列工藝方案的探索性試驗研究，如"先選礦 後再冶煉"、"先鋁後鐵"等。多家科研單位的試驗結果表明，採用"先選礦後再冶煉"工藝 路線難以有效地分離礦石中的鐵和鋁金屬；"先鋁後鐵"工藝路線雖然能回收礦石中的鐵、 鋁金屬，但回收率低，未能達到綜合利用礦產資源的效果。
前蘇聯採用高爐冶煉方案生產高鋁水泥是處理這類礦石可供參考的工藝，但該方法要求 高爐爐渣鋁矽比Al203/Si02>2。鐵鋁複合礦高爐冶煉的鋁矽比則介於1.6-1.9之間，不能滿足 該工藝的要求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，將鋼鐵冶金、有色金屬 冶金以及水泥生產等工藝進行有機結合處理鐵鋁複合礦，達到綜合利用礦產資源的效果。 本發明釆用以下技術方案達到上述目的，
一種鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，該方法包括如下步驟
將組分為A1203 15~40wt%， Fe203 30~50 wt%， Si02 4~15 wt。/。的鐵鋁複合礦、石灰石 粉、焦粉按重量比燒結礦鹼度CaO/SiO2-3.0 8.0的比例混合配礦，用燒結機進行燒結，燒結 的技術條件為抽風負壓3-10kPa，燒結時間20~30分鐘，燒結礦經破碎、篩分得到粒度 5-70mm的高鹼度燒結礦，高鹼度燒結礦成分TFe 20-40 wt%， A1203 15~30 wt%， CaO 20~60 wt%， Si02 3~12 wt%;高鹼度燒結礦轉鼓強度70%以上，軟化溫度1165。C以上，軟熔區間 20~200°C。
將所述高鹼度燒結礦與焦炭、石灰石按爐渣鹼度CaO/SiO^2.5 6.0重量比，進行高爐冶
4煉，爐溫控制在145(TC以上，此時渣鐵分離良好，生鐵、鋁酸鈣爐渣分別從鐵口、渣口排出， 達到鐵、鋁分離效果。獲得生鐵產品及鋁酸鈣爐渣，鋁酸鈣爐渣成分Al2O320~35wt%， CaO 40 60 wt%， Si0210~20 wt%。
鋁酸鈣爐渣經控制冷卻後自行粉化，控制冷卻條件為，控制冷卻速度2 3(TC/min，使得 爐渣中的鋁主要以12CaO7Al203物相、矽主要以2CaO.Si02物相存在。爐渣冷卻至120~600°C 時，因2CaOSi02發生相變而膨脹粉化。
將粉化後鋁酸鈣爐渣用碳酸鈉溶液浸出，浸出的條件為，碳酸鈉溶液濃度50~200g/L， 液固比=3~10:1重量比，浸出時間30~200分鐘；浸出率達到80%以上。
浸出後的料漿進行固液分離、洗滌、脫矽得到鋁酸鈉溶液和浸鋁尾渣，鋁酸鈉溶液經脫 矽精濾後通入高爐熱風爐產生的煙氣進行碳酸化分解產出氫氧化鋁，分解率90%以上，氫氧 化鋁質量達到國家一級品標準；氫氧化鋁經焙燒製得氧化鋁，氧化鋁質量達到國家一級品標 準。
浸鋁尾渣經分離洗滌後其化學成分及物理性能符合水泥生料要求，可用於生產水泥及水 泥混合材、混凝土細摻料。
將含C02體積含量為30~50%的高爐熱風爐的煙氣用於製備氫氧化鋁工藝過程的碳分工序。
採用高爐所產的高爐煤氣為燃料，用於氫氧化鋁製備氧化鋁的焙燒工序。 將所述浸鋁尾渣作為生產水泥、水泥混合材、混凝土細摻料的原料。 將所述浸鋁尾渣作為生產水泥原料，是將浸出尾渣與石灰石、輔料按重量比為 40 60:25 45:10-20的比例混合後生產水泥。
將所述浸鋁尾渣作為水泥混合材時，其摻量在15~45 wt%。 將所述浸鋁尾渣作為混凝土細摻料時，其摻量在10~25 wt%。
礦石中的稀有金屬釩在高爐冶煉時富集在生鐵中，通過生鐵吹氧得到釩渣，釩渣經鈉化 焙燒、浸出、淨化、沉釩、煅燒得到五氧化二釩。
本方法所述的高爐與傳統煉鐵高爐有一定差異，採用與高爐鐵口結構相同的高爐渣口， 並安裝泥炮。
採用本發明提供的方法，鐵鋁複合礦中的鐵、鋁、釩、鎵等有價元素可同時得到回收。 礦石中鐵回收率99%以上，鋁回收率80%以上。產出的氫氧化鋁、氧化鋁產品均達到一級品 標準。此外，浸出尾渣可作為水泥工業材料，產出的水泥產品物理、化學指標全部達到52.5P-I 矽酸鹽水泥標準；浸出尾渣作為水泥混合材，摻量不超過45wty。時，所製備的水泥可以滿足 42.5水泥強度等級要求；浸出尾渣作為混凝土細摻料，摻量不超過25wtM時，所製備的混凝 土試樣凍融循環20次全部合格，其強度損失和質量損失無明顯變化。高爐煤氣、熱風爐煙氣也得到有效的利用，不僅達到了綜合利用礦產資源的目的，同時也符合節能減排、循環經 濟的要求。
圖1是本發明所述鐵鋁複合礦綜合利用的方法工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例l
對照圖l，本發明所述鐵鋁複合礦綜合利用的方法，其步驟為
將組分為A1203 15~40wt%, Fe203 30 50 wt%， Si02 4~15 wt。/。的鐵鋁複合礦、石灰石 粉、焦粉按重量比燒結礦鹼度CaO/SiO2-3.0 8.0的比例混合配礦，用燒結機進行燒結，燒結 操作條件為點火溫度110(TC，點火用燃料為高爐煤氣，燒結負壓10kPa，燒結時間20-30 分鐘，得到高鹼度燒結礦。高鹼度燒結礦成分TFe33wt%， Al20324 wt%， CaO 32 wt%， SiO210wt%。
高鹼度燒結礦經破碎、篩分至粒度5 70mm，按重量比高爐爐渣鹼度CaO/SiO2=2.5~6.0， 配入一定焦炭、石灰石進行高爐冶煉，爐溫控制在1450 1600°C。此時，渣、鐵分離良好， 渣、鐵流動性好，產出生鐵產品及鋁酸鈣爐渣，同時產出高爐煤氣。礦石中的鐵回收率達到 99%以上。礦石中的鋁回收率達到80%以上。高爐煤氣經重力除塵器、旋風除塵器、布袋除 塵器收塵後用於熱風爐燃燒，為高爐提供熱風、燒結點火以及用於後工序的氫氧化鋁焙燒成 氧化鋁。熱風爐產出的煙氣C02含量為20 40。/。(體積百分比)。
高爐採用與鐵口結構相同的渣口，並在渣口安裝泥炮。 鋁酸鈣爐渣控制冷卻速度2~30°C/min，冷卻至120 600°C以下時自行粉化。
粉化後的鋁酸鈣爐渣於常壓下，用濃度50 200g/L的Na2CO3溶液溶出，時間180min。 溶出後的料漿送固液分離工序，溶出液進行脫矽後，得到鋁酸鈉溶液。
鋁酸鈉溶液經精濾後，通入高爐熱風爐產出的煙氣進行碳酸化分解以產出氫氧化鋁。氫 氧化鋁經焙燒得到氧化鋁，焙燒用的燃料為高爐煤氣。
浸鋁尾渣可用於生產水泥等建築材料。
浸鋁尾渣與石灰石、輔料按重量配比50:40:10混合，在1100 150(TC煅燒，採用急冷工 藝製取水泥，產出的水泥產品物理、化學指標全部達到52.5PJ矽酸鹽水泥標準。
浸鋁尾渣作為水泥混合材，摻量20wtc/。時，所製備的水泥可以滿足42.5水泥強度等級 要求。
浸出尾渣作為混凝土細摻料，摻量10wtW時，所製備的混凝土試樣凍融循環20次全部 合格，其強度損失和質量損失沒有明顯變化。對於用含釩較高的鐵鋁複合礦，所產出的含釩生鐵經吹煉得到釩渣，釩渣經鈉化焙燒、 浸出、淨化、沉釩、煅燒得到五氧化二釩。 實施例2
本實施例是將浸鋁尾渣作為生產水泥原料、水泥混合材和混凝土細摻料的不同參數試驗 條件其餘條件與實施例l相同。
浸鋁尾渣與石灰石、輔料按重量配比45:35:20混合，在U00 1500'C煅燒，採用急冷工 藝製取水泥，產出的水泥產品物理、化學指標全部達到52.5PJ矽酸鹽水泥標準。
浸鋁尾渣作為水泥混合材，摻量30wt。/。時，所製備的水泥可以滿足42.5水泥強度等級 要求。
浸出尾渣作為混凝土細摻料，摻量15wt。/。時，所製備的混凝土試樣凍融循環20次全部 合格，其強度損失和質量損失沒有明顯變化。 實施例3
本實施例是將浸鋁尾渣作為生產水泥原料、水泥混合材和混凝土細摻料的又一不同參數
試驗條件其餘條件與實施例l相同。
浸鋁尾渣與石灰石、輔料按重量配比60:35:10混合，在1100 1500"C煅燒，採用急冷工 藝製取水泥，產出的水泥產品物理、化學指標全部達到52.5P，I矽酸鹽水泥標準。
浸鋁尾渣作為水泥混合材，摻量45 wt。/。時，所製備的水泥可以滿足42.5水泥強度等級要求。
浸出尾渣作為混凝土細摻料，摻量25wtn/。時，所製備的混凝土試樣凍融循環20次全部 合格，其強度損失和質量損失沒有明顯變化。
本發明的突出特點在於，突破普通高爐冶煉工藝技術，高爐在高鹼度、高含鋁的條件下 長期穩定順行，生產出合格生鐵和符合提取氧化鋁條件的鋁酸鈣爐渣；充分利用高爐煤氣、 燒結餘熱、高爐渣鐵餘熱、燒結和高爐煙氣等，在各個工藝環節統籌使用，實現綠色生產， 達到循環經濟和環境保護的要求。本發明經過實驗室理論研究、17m3高爐冶煉擴大試驗、50m3 高爐及配套工藝的工業化試驗，打通了工藝流程，取得了預期的試驗效果。
權利要求
1、一種鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟將組分為Al2O315～40wt％，Fe2O330～50wt％，SiO24～15wt％的鐵鋁複合礦、石灰石粉、焦粉按重量比燒結礦鹼度CaO/SiO2＝3.0～8.0的比例混合配礦，用燒結機進行燒結，燒結的技術條件為抽風負壓3～10kPa，燒結時間20～30分鐘，燒結礦經破碎、篩分得到粒度5～70mm的高鹼度燒結礦，高鹼度燒結礦成分TFe 20～40wt％，Al2O3 15～30wt％，CaO 20～60wt％，SiO2 3～12wt％；將所述高鹼度燒結礦與焦炭、石灰石按爐渣鹼度CaO/SiO2＝2.5～6.0重量比，進行高爐冶煉，獲得生鐵產品及鋁酸鈣爐渣，鋁酸鈣爐渣成分Al2O320～35wt％，CaO 40～60wt％，SiO210～20wt％；鋁酸鈣爐渣經控制冷卻後自行粉化，控制冷卻條件為，控制冷卻速度2～30℃/min，爐渣於120～600℃時自行粉化；將粉化後鋁酸鈣爐渣用碳酸鈉溶液浸出，浸出的條件為，碳酸鈉溶液濃度50～200g/L，液固比＝3～10:1重量比，浸出時間30～200分鐘；浸出後的料漿進行固液分離、洗滌、脫矽得到鋁酸鈉溶液和浸鋁尾渣，鋁酸鈉溶液經碳酸化分解製取氫氧化鋁，再經焙燒得到氧化鋁產品；浸鋁尾渣經分離洗滌後可作為水泥工業材料。
2、 根據權利要求1所述的鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，其特徵在於將含C02 體積含量為30~50%的高爐熱風爐的煙氣用於製備氫氧化鋁工藝過程的碳分工序。
3、 根據權利要求1所述的鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，其特徵在於採用高爐 所產的高爐煤氣為燃料，用於氫氧化鋁製備氧化鋁的焙燒工序。
4、 根據權利要求1所述的鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，其特徵在於將所述浸 鋁尾渣作為生產水泥、水泥混合材、混凝土細摻料的原料。
5、 根據權利要求4所述的鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，其特徵在於將所述浸 鋁尾渣作為生產水泥原料，是將浸出尾渣與石灰石、輔料按重量比為40~60:25~45:10~20的 比例混合後生產水泥。
6、 根據權利要求4所述的鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，其特徵在於將所述浸 鋁尾渣作為水泥混合材時，其摻量在15~45 wt%。
7、 根據權利要求4所述的鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，其特徵在於將所述浸 鋁尾渣作為混凝土細摻料時，其摻量在10~25wt%。
8、 根據權利要求1所述的鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，其特徵在於以鐵鋁復 合礦或鐵鋁複合礦和石灰石作為主要原材料，同時產出鐵、鋁酸鈉，或同時產出鐵、鋁酸鈉、 水泥或水泥工業原料，各生產線配套聯產。
全文摘要
一種鐵鋁複合礦產資源綜合利用的方法，是將鐵鋁複合礦、石灰石粉、焦粉按比例混合配礦，在抽風負壓3～10kPa，燒結時間20～30分鐘的條件下燒結，將燒結得到的高鹼度燒結礦與焦炭、石灰石按爐渣鹼度CaO/SiO2＝2.5～6.0重量比，進行高爐冶煉，獲得生鐵產品及鋁酸鈣爐渣；鋁酸鈣爐渣經粉化後用碳酸鈉溶液浸出，浸出得的料漿進行固液分離、洗滌、脫矽得到鋁酸鈉溶液和浸鋁尾渣，鋁酸鈉溶液經碳酸化分解製取氫氧化鋁，再經焙燒得到氧化鋁產品；浸鋁尾渣可作為水泥工業材料。採用本發明提供的方法，可同時回收鐵鋁複合礦中的鐵、鋁、釩、鎵等有價元素。此外，浸鋁尾渣、高爐煤氣、熱風爐煙氣也得到有效的利用。
文檔編號C04B7/22GK101450843SQ20081010740
公開日2009年6月10日 申請日期2008年12月22日 優先權日2008年12月22日
發明者強 傅, 雷 瞿, 覃用寧, 雷偉明 申請人:廣西投資集團有限公司