一種利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的方法與流程
2023-06-13 16:25:16 2
本發明涉及工業廢渣資源化利用
技術領域：
，尤其涉及一種利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的方法。
背景技術：
：赤泥是以鋁土礦為原料生產氧化鋁過程中產生的極細顆粒強鹼性固體廢物，每生產一噸氧化鋁，大約產生赤泥0.8～1.5噸。隨著氧化鋁產量的逐年增長和鋁土礦品位的逐漸降低，赤泥的年產生量還將不斷增加，累積的赤泥不僅佔用大量土地，其中的鹼性物質還將汙染環境。因此，進行赤泥綜合利用已成為氧化鋁行業發展循環經濟，建設「資源節約型」和「環境友好型」社會的必然要求。赤泥的處理和綜合利用，一直是困擾世界各國氧化鋁生產的難題之一。現有技術中，科研人員做了很多相關研究，主要是提取其中的有價金屬和利用赤泥生產建築材料及過濾劑，如CN102838299A公開了利用電解錳渣和赤泥生產水泥、CN104028538B公開了赤泥酸化後適用於生產建築材料、發泡劑和消防產品、CN100370040公開了從赤泥中提取鈧的方法、CN104529518B公開了利用鉛鋅礦尾礦、赤泥和粉煤灰製備泡沫陶瓷、CN103464090B公開了赤泥經改性後吸附豔藍染料。但是現有技術中沒有關於利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的相關報導。技術實現要素：有鑑於此，本發明的目的在於提供一種利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的方法，減少高鐵錳礦的用量，提升了赤泥的利用價值，增加了廢料赤泥的處理量，保護環境，同時降低生產成本。為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：一種利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的方法，包括以下步驟：(1)將赤泥原料依次乾燥和氧化，得到氧化赤泥；(2)將所述步驟(1)得到的氧化赤泥在煤氣中進行還原焙燒，得到赤泥鐵粉；(3)將所述步驟(2)得到的赤泥鐵粉與回收錳粉、氧化錳粒和焦粒混合，將得到的混合物料焙燒得到赤鐵錳鋁複合材料。優選地，所述步驟(3)中混合物料包括以下質量含量的組分：赤泥鐵粉35～45％、錳粉和氧化錳粒之和45～55％、焦粒5～15％。優選地，所述步驟(3)的混合物料中還包括矽石，所述混合物料中矽石的質量含量為(0,1％]。優選地，所述步驟(3)中焙燒包括兩段焙燒，分別為第一段焙燒和第二段焙燒，所述第一段焙燒的溫度為600～1000℃，所述第二段焙燒的溫度為1050～1500℃。優選地，所述步驟(2)中還原焙燒的溫度為1000～1250℃，所述還原焙燒的時間為10～30min。優選地，所述步驟(1)中乾燥的溫度為100～400℃，所述氧化的溫度為450～950℃。優選地，所述步驟(3)焙燒後還包括：依次將所述焙燒產物冷卻和破碎。優選地，所述冷卻的溫度為20～100℃，所述冷卻的時間為10～20min。優選地，所述破碎的粒度為0.1～0.5mm。優選地，所述步驟(2)中還原焙燒後還包括：將還原焙燒的產物破碎。本發明提供了一種利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的方法，將赤泥原料依次乾燥和氧化，得到氧化赤泥，氧化赤泥在煤氣中進行還原焙燒，得到赤泥鐵粉，赤泥鐵粉與錳粉、氧化錳粒和焦粒混合，將得到的混合物料焙燒得到錳鐵複合材料。本發明提供的方法以赤泥為原料，減少了高鐵錳礦的用量，提升了赤泥的利用價值，增加了廢料赤泥的處理量，保護環境，同時降低生產成本；而且本發明製備得到的錳鐵複合材料性能優良，比普通錳鋁材料硬度更強，比普通錳鋁材料的鋁含量高，有害元素磷含量低。具體實施方式本發明提供了一種利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的方法，包括以下步驟：(1)將赤泥原料依次乾燥和氧化，得到氧化赤泥；(2)將所述步驟(1)得到的氧化赤泥在煤氣中進行還原焙燒，得到赤泥鐵粉；(3)將所述步驟(2)得到的赤泥鐵粉與錳粉、氧化錳粒和焦粒混合，將得到的混合物料焙燒得到赤鐵錳鋁複合材料。本發明將赤泥原料依次乾燥和氧化，得到氧化赤泥。本發明對所述赤泥原料的來源沒有任何特殊的限制，採用本領域技術人員熟知的鋁土礦生產氧化鋁過程中產生的廢棄赤泥。在本發明中，所述赤泥原料的品位優選為50.6％～70.3％，更優選為55.4～63.1％，最優選為60.2～62.7％。在本發明中，所述赤泥原料中CaO的含量優選為2.71～3.2％，更優選為2.8～2.9％。在本發明中，所述赤泥原料中鐵元素的含量優選為55～65％，更優選為60～62％。在本發明中，所述乾燥的溫度優選為100～400℃，更優選為150～350℃，最優選為200～300℃；所述乾燥的時間優選為30～60min，更優選為45～55min。本發明對所述乾燥的方式沒有任何特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的乾燥方式即可；在本發明實施例中優選採用熱氣流乾燥。在本發明中，所述赤泥原料乾燥後含水率優選為5～20％，更優選為10～15％。在本發明中，所述氧化的溫度優選為450～950℃，更優選為550～900℃，最優選為600～850℃；所述氧化的時間優選為5～30min，更優選為15～20min。得到氧化赤泥後，本發明將氧化赤泥在煤氣中進行還原焙燒，得到赤泥鐵粉。在本發明中，所述還原焙燒的溫度優選為1000～1250℃，更優選為1100～1200℃，所述還原焙燒的時間優選為10～30min，更優選為15～20min。在本發明中，對所述乾燥、氧化以及還原焙燒的裝置沒有任何特殊的限制，採用本領域技術人員熟知的裝置即可；在本發明實施例中優選在迴轉窯中進行乾燥、氧化以及還原焙燒，包括以下步驟：採用裝載機將赤泥原料通過給料機均勻達到迴轉窯進料口，首先進行預熱烘乾，赤泥原料在迴轉窯內和熱氣流逆向移動，乾燥後赤泥原料的含水率為20％，乾燥後的赤泥原料進入氧化段進行氧化，乾燥後的赤泥原料中的FeO和Fe2O3被氧化為Fe3O4，氧化後的赤泥進入還原段以煤氣作為燃料及還原劑被還原，得到赤泥鐵粉，之後進入迴轉窯冷卻帶進行冷卻。所述還原焙燒後，本發明優選將所述還原焙燒的產物破碎，得到赤泥鐵粉。在本發明中，粉碎後赤泥鐵粉的粒度優選為0.1～0.5mm，更優選為0.2～0.3mm。得到赤泥鐵粉後，本發明將赤泥鐵粉與錳粉、氧化錳粒和焦粒混合，將得到的混合物料焙燒得到赤鐵錳鋁複合材料。在本發明中，所述混合物料優選包括以下質量含量的組分：赤泥鐵粉35～45％、錳粉和氧化錳粒之和45～55％、焦粒5～15％，更優選包括：赤泥鐵粉40～42％、錳粉和氧化錳粒之和50～52％、焦粒10～12％。在本發明中，所述混合物料中還包括矽石，所述混合物料中矽石的質量含量優選為(0，1％]。在本發明中，所述矽石中SiO2的質量含量>95％，Al2O3的質量含量為1％～3％，其他一價金屬氧化物的質量含量為1％～2％。在本發明中，所述矽石與赤泥鐵粉與錳粉、氧化錳粒和焦粒混合。本發明對所述原料的加料順序沒有任何特殊的限定，採用本領域技術人員熟知的加料順序即可。在本發明中，所述錳粉的粒度為0～3mm，更優選為1～2mm。在本發明中，所述錳粉包括以下質量百分含量的組分：MnSiPS58～62％2％0.2％0.001％在本發明中，所述氧化錳粒包括以下質量百分含量的組分：MnFeAl2O3SiO2PH2O55.334.821.273.370.0310.67在本發明中，所述焦粒中C的質量含量為84～85％，S元素的質量含量為0.5～0.6％，其餘為雜質。在本發明中，所述焙燒優選包括兩段焙燒，具體為將所述混合物料依次進行第一段焙燒和第二段焙燒；所述第一段焙燒的溫度優選為600～1000℃，更優選為700～900℃；所述第一段焙燒的時間優選為1～3h，更優選為2～2.5h。在第一段焙燒的過程中，混合物料中殘餘的Fe3O4分解成Fe2O3，混合物料中錳礦含有的MnO2被分解為Mn2O3。在本發明中，所述第二段焙燒的溫度優選為1050～1500℃，更優選為1200～1450℃；所述第二段焙燒的時間優選為1～3h，更優選為1.5～2h。在第二段焙燒的過程中，第一段焙燒產物中含有的Fe2O3被還原為鐵，第一段焙燒產物中含有的Mn2O3被氧化為Mn3O4，得到的與混合物料中的矽石反應生成低價氧化物和金屬錳，反應式為：2Mn3O4+Si＝6MnO+SiO2；Mn3O4+2Si＝3Mn+2SiO2，得到的MnO通過焦粒直接還原為錳，沒有被還原的Mn3O4經焙燒後分解為MnO，繼續被矽石中的矽還原，反應式為：2MnO+Si＝2Mn+SiO2，即得到錳鐵合金。同時，赤泥鐵粉中含有的CaO能夠將MnO從矽酸鹽中置換出來，反應式為：CaO+MnO·SiO2＝MnO+CaO·SiO2，得到副產品電爐富渣，避免了生成物SiO2與MnO結合成矽酸鹽，造成反應物MnO活性降低的問題。在本發明中，所述第一段焙燒溫度升溫至第二段焙燒溫度之間的升溫速率優選為30～100℃/min，更優選為50～80℃/min。所述焙燒後，本發明優選將所述焙燒產物依次冷卻和破碎，得到赤鐵錳鋁複合材料。在本發明中，所述冷卻的溫度優選為20～100℃，更優選為30～80℃；所述冷卻的時間優選為10～30min，更優選為15～20min；所述冷卻的速率優選5～10℃/min，更優選為6～8℃/min。在本發明中，所述破碎的粒度優選為0.1～0.5mm，更優選為0.2～0.3mm。本發明提供了一種利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的方法，將赤泥原料依次乾燥和氧化，得到氧化赤泥，氧化赤泥在煤氣中進行還原焙燒，得到赤泥鐵粉，赤泥鐵粉與錳粉、氧化錳粒和焦粒混合，將得到的混合物料焙燒得到赤鐵錳鋁複合材料。本發明減少了高鐵錳礦的用量，提升了赤泥的利用價值，增加了廢料赤泥的處理量，保護環境，同時降低生產成本，得到的赤鐵錳鋁複合材料性能優良，比普通錳鋁材料硬度更強，比普通錳鋁材料的鋁含量高，有害元素磷含量低。下面結合實施例對本發明提供的利用赤泥製備赤鐵錳鋁複合材料的方法的製備方法進行詳細的說明，但是不能把它們理解為對本發明保護範圍的限定。實施例1取CaO含量為2.7％的赤泥原料進入迴轉窯中，在100℃下乾燥60min後，經450℃氧化30min，然後在1000℃下的煤氣中還原30min，破碎成粒度為0.5mm的顆粒後到赤泥鐵粉，取赤泥鐵粉、回收錳粉和氧化錳粒之和以及焦粒按照45：45：10的比例配料，攪拌均勻後通過爬升機入爐分段焙燒，先在600℃下焙燒2h，然後以50℃/min的速率升溫至1050℃，焙燒1h，然後經出爐、冷卻、精整、包裝出廠，得到赤鐵錳鋁複合材料回收率達到65％，副產品電爐富渣為30％，剩餘5％經過布袋除塵回收作二次利用再進爐冶煉。本實施例製得的赤鐵錳鋁複合材料比普通錳鋁材料硬度更強，比普通錳鋁材料的鋁含量高，有害元素磷含量低，大大降低了生產成本。實施例2取CaO含量為3.1％的赤泥原料進入迴轉窯中，在400℃下乾燥30min後，經900℃氧化5min，然後在1250℃下的煤氣中還原10min，破碎成粒度為0.1mm的顆粒後到赤泥鐵粉，取赤泥鐵粉、回收錳粉和氧化錳粒之和以及焦粒按照40：55：5的比例配料，攪拌均勻後通過爬升機入爐分段焙燒，先在1000℃下焙燒2h，然後以80℃/min的速率升溫至1500℃，焙燒3h，然後經出爐、冷卻、精整、包裝出廠，得到赤鐵錳鋁複合材料回收率達到72％，副產品富錳渣為23％，剩餘5％經過布袋除塵回收作二次利用再進爐冶煉。本實施例製得的赤鐵錳鋁複合材料比普通錳鋁材料硬度更強，比普通錳鋁材料的鋁含量高，有害元素磷含量低，大大降低了生產成本。實施例3取CaO含量為3.5％的赤泥原料進入迴轉窯中，在350℃下乾燥45min後，經900℃氧化15min，然後在120℃下的煤氣中還原20min，破碎成粒度為0.2mm的顆粒後到赤泥鐵粉，取赤泥鐵粉、回收錳粉、氧化錳粒和焦粒按照40：45：15的比例配料，攪拌均勻後通過爬升機入爐分段焙燒，先在900℃下焙燒2h，然後以100℃/min的速率升溫至1450℃，焙燒2h，然後經出爐、冷卻、精整、包裝出廠，得到赤鐵錳鋁複合材料回收率達到75％，副產品富錳渣為20％，剩餘5％經過布袋除塵回收作二次利用再進爐冶煉。本實施例製得的赤鐵錳鋁複合材料比普通錳鋁材料硬度更強，比普通錳鋁材料的鋁含量高，有害元素磷含量低，大大降低了生產成本。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3