廣西平果鋁赤泥懸浮氯化焙燒工藝研究

廣西平果鋁赤泥懸浮氯化焙燒工藝研究

赤泥是氧化鋅行業(yè)產(chǎn)生的廢物。中國一家氧化鋅公司每生產(chǎn)1噸氧化，剩余1.0t%1.8噸赤污泥。2010年世界氧化鋁產(chǎn)量約為5.64×107t,中國氧化鋁產(chǎn)量約為2.9×107t,據(jù)此估計僅2010年中國的赤泥產(chǎn)量至少為2900萬噸。目前,中國赤泥累計存量已超過了億噸,如此大量赤泥的堆存,已對生態(tài)環(huán)境造成了嚴重威脅。目前,國內(nèi)外學者已針對赤泥的應用進行了大量研究,將赤泥用于冶金、建材、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護等行業(yè),雖然未能取得重大的進展,但這些研究都為赤泥的有效利用提供了豐富的理論和實踐指導,具有非常重要的意義。廣西平果鋁業(yè)公司是中國一家大型鋁業(yè)公司,年產(chǎn)氧化鋁200萬噸,年排放赤泥量達到200多萬噸。廣西平果鋁赤泥Fe2O3含量高達40%,含有豐富的稀有金屬,如鎵和鈧等,同時,CaO、SiO2含量也較高。另一方面,一段時間以來,全國鐵礦石的需求量一直處于高速增長的狀態(tài),鐵礦石長協(xié)價也從2005年的平均56.17美元/噸漲至2009年的128美元/噸,上漲幅度達116.39%。在這種情況下,從赤泥中提取鐵精礦,既是一種需要,也在經(jīng)濟上成為可能,鐵礦石價格的不斷攀升,為平果鋁赤泥綜合開發(fā)利用奠定了基礎。目前,廣西平果鋁業(yè)公司已建成了年處理規(guī)模為20萬噸的赤泥選鐵試驗場,生產(chǎn)的鐵精礦品位達到55%,但鐵回收率過于低,僅為21.29%,赤泥的經(jīng)濟價值沒有得到充分開發(fā),造成資源的浪費。本文分析研究了平果鋁赤泥的性質(zhì),根據(jù)研究結(jié)果以及平果鋁赤泥綜合利用現(xiàn)狀,對平果鋁赤泥的綜合利用提出了全新的系統(tǒng)方案,并對其可行性進行了探討。1赤泥資源組成分析平果鋁赤泥為拜耳法赤泥,由于平果鋁土礦含鐵量高,所以平果鋁赤泥中的鐵含量也較高,鐵以赤鐵礦形式存在。同時,平果赤泥中還富含Sc、Ga、Nb、Ta、Ti等稀有金屬。表1給出的是不同年份平果鋁赤泥的化學組成,由表中數(shù)據(jù)可見,平果鋁赤泥中Fe2O3很高,具有極高的提鐵開發(fā)價值。桂林工學院對平果赤泥中稀有元素含量進行了分析,結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?其中稀有金屬的含量均已達到該種金屬作為原礦的開采品位,蘊藏著巨大經(jīng)濟價值。已有的實驗研究發(fā)現(xiàn),赤泥的綜合利用,特別是從赤泥中提取金屬鐵,與赤泥的粒度組成、各粒級Fe2O3含量、礦物組成有密切關系。為了制定平果鋁赤泥綜合利用方案,對尾礦庫綜合取樣的赤泥進行了粒度和化學組成分析。赤泥樣品在干燥后打散,用篩分法測得其粒度組成,結(jié)果如表3所示。對各個粒級的赤泥用X射線熒光法分析其化學組成,結(jié)果如表4所示。從表中數(shù)據(jù)可看出,不同粒度的赤泥,各個組分含量變化幅度不是很大,說明所有元素在赤泥中分布基本均勻。對不同粒級的赤泥用X射線衍射法分析其物相組成,結(jié)果如表5所示。可以看出,平果鋁赤泥中鐵絕大部分是以赤鐵礦的形式存在的。2工藝技術及從有價金屬層級回收利用到產(chǎn)物的利用工藝國內(nèi)已有許多學者針對平果鋁赤泥選鐵做了研究,也有人研究了提取金屬鈧,但多數(shù)研究都限于一種金屬或兩種金屬的提取,除文獻外,尚無其它關于平果鋁赤泥梯級綜合利用的報道。從平果赤泥中選鐵的大多數(shù)工藝都是將赤泥和添加劑混合后,經(jīng)過壓塊-高溫焙燒-水冷或者還原氣氛冷卻-破粉碎-磁選得到磁鐵礦或海綿鐵,個別研究得到的鐵礦塊的品位和鐵的回收率都高達80%～90%,可以直接用于煉鋼。在回收鐵的同時,研究有效回收了鋁;研究有效回收了鋁、鈧和硫酸鈉,將剩余殘渣用于生產(chǎn)硫酸鹽水泥,實現(xiàn)了零排放的目標。但是,總體來說,現(xiàn)有的這些研究目前只限于實驗室研究,沒有成熟的工業(yè)化生產(chǎn)工藝,也無法實現(xiàn)赤泥大規(guī)模利用,且操作流程復雜,能耗較高,在進行選鐵時還原焙燒溫度偏高,普遍都在1000℃以上。要根據(jù)這些工藝來實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn),勢必會增大生產(chǎn)成本。因此,對于平果鋁赤泥,應該尋求在較低溫度下實現(xiàn)鐵的磁化焙燒及選出,同時要開發(fā)出不需進行造塊再燒結(jié)的可進行大規(guī)模處理赤泥新工藝,并形成從有價金屬梯級回收到殘渣利用的完整處理工藝流程。根據(jù)對赤泥利用已有的研究成果,綜合現(xiàn)有工業(yè)生產(chǎn)技術,作者提出如下方案:①提鐵。赤泥先經(jīng)過懸浮磁化焙燒,將其中的赤鐵礦轉(zhuǎn)化為磁鐵礦,采用磁選、反浮選工藝,最大限度從赤泥中選出高質(zhì)量的鐵精礦粉,此時赤泥中的其他有價金屬得到進一步富集。目前,國內(nèi)外關于赤泥懸浮磁化焙燒的研究未見有報道。②提取其他金屬。向提鐵后的渣中添加碳酸鈉二次燒結(jié)后,浸出其中的氧化鋁和氧化鎵,同時除去赤泥中的堿,然后采用特殊工藝富集提取赤泥中的鈧和鈦。③最后剩余的渣用于生產(chǎn)水泥、赤泥粉煤灰耐火保溫材料和建筑材料。2.1浮選加工工藝設計赤泥中的赤鐵礦經(jīng)磁化焙燒后,再通過磁選的辦法得以富集。磁化焙燒若采用回轉(zhuǎn)窯,需生料造粒和燒后磨細,生產(chǎn)成本高,所以選用懸浮磁化焙燒工藝。懸浮磁化焙燒工藝的最大特點是反應速度快,生產(chǎn)能力大,自動化水平高,生產(chǎn)調(diào)節(jié)靈活,生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定,熱耗低。赤泥的物料形態(tài)為粉料,可以省去傳統(tǒng)工藝中造球,最后再次粉磨的復雜工序。懸浮磁化焙燒工藝流程短,運行成本低。目前,西安建筑科技大學投資800余萬元建成了懸浮磁化焙燒熱模實驗平臺,進行了菱鐵礦的懸浮磁化焙燒——磁選試驗研究,菱鐵礦在560℃～800℃溫度下分解氧化焙燒得到磁鐵礦,然后磁選得到鐵精礦。采用懸浮磁化焙燒——磁選的方法,可以從鐵品位為21%～28%的菱鐵礦中獲得鐵品位56%～61%的鐵精礦,金屬回收率達80%～91%,效果非常良好。與菱鐵礦磁化焙燒過程不同的是,赤鐵礦的磁化焙燒過程是還原的過程,但兩者的反應過程都是通過熱交換在一定的氣氛下來完成的,因此,根據(jù)菱鐵礦已有的研究可以推斷,對含有赤鐵礦的赤泥采用懸浮磁化焙燒——磁選工藝,也可以達到較好的鐵礦物的回收效果,經(jīng)濟效益非常顯著。將赤泥懸浮磁化焙燒后,進行磁選,磁選流程設計為一粗一精,磁選后的粗精礦再經(jīng)反浮選得到精鐵礦粉。根據(jù)以往的經(jīng)驗,反浮選作業(yè)將入選的磁選精礦提高4個～5個百分點是有保證的,欲使最終精礦品位達到62%以上的指標,進入反浮選作業(yè)的磁選粗精礦品位最好達到58%以上。反浮選流程采用一粗、二掃工藝流程,采用陽離子浮選藥劑。同時,需要注意的是,赤泥焙燒后分散性非常好,適當提高一段打散產(chǎn)品的細度,使鐵礦物充分地達到單體分離,這樣可以減少尾礦中金屬的流失。2.2氧化鋁的生產(chǎn)工藝流程按照鐵的回收率85%計算,在提取赤泥中約31%的Fe2O3后,渣中的Al2O3含量升至25%,這對Al2O3的提取是有利的。向提鐵后的赤泥中加入石灰和純堿,按照燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁的流程,在1000℃左右的溫度二次燒結(jié),然后在堿液中進行鋁的溶出。再進行固液分離,此時鋁和鎵富集于母液中。采用樹脂萃取法回收母液中的鎵,利用離子有選擇的從母液中吸取鎵酸鈉,經(jīng)吸附鎵酸鈉后的種分母液繼續(xù)返回生產(chǎn)氧化鋁流程用于回收氧化鋁。向殘渣中加入石灰,脫去赤泥中的堿。對脫堿后的殘渣,提取其中的金屬鈧和鈦,鈧和鈦的提取是利用酸溶后控制條件進行萃取、反萃、凈化分離和電解等工藝來實現(xiàn)的。提取其他金屬的目的是為大規(guī)模利用剩余殘渣提供條件,其體現(xiàn)的是社會和環(huán)保效益。2.3含c、n的原料配比赤泥在提取鐵、鋁、鎵、鈧和鈦等有價金屬并脫堿后,殘渣組分主要為CaO%=42%,SiO2%=24%,Fe2O3%=8%,Al2O3%=7%。將殘渣和石灰按照2∶1的比例配料來生產(chǎn)水泥,熟料中的CaO含量為61%,SiO2含量為16%,Fe2O3含量為5.4%,Al2O3含量為4.6%,只需對SiO2、Al2O3進行微調(diào),就可以滿足水泥熟料化學組成要求(見表6),此時剩余殘渣已被徹底再利用,實現(xiàn)了生產(chǎn)的零排放,且有較高的經(jīng)濟效益。此外,殘渣可以作為原料,用于生產(chǎn)赤泥粉煤灰耐火保溫材料和建筑材料等。這些產(chǎn)品的生產(chǎn)在國內(nèi)外已有著非常成熟的技術工藝,在這里就不做贅述。3赤泥粉煤灰退火整理按照年處理150萬噸平果鋁赤泥來估算,可回收鐵精礦粉40萬噸,年產(chǎn)值約4億元;回收氧化鋁22萬噸,年產(chǎn)值7.25億元;提取金屬鎵30噸,年產(chǎn)