权利要求

1.一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)、将高铁低硅赤泥、液碱、固体还原剂混合后造粒，获得生料球团，液碱添加量为按照摩尔比Na2O/Al2O3=1.0-2.5，固体还原剂添加量为按照摩尔比C/O=0.1-0.5，其中O为赤泥中Fe2O3的氧原子摩尔含量;

步骤(2)、将生料球团通过窑尾气烘干去除吸附水和部分结晶水，获得烘干球团;

步骤(3)、将烘干球团在惰性保护气体氛围下，采用干法焙烧方式，还原焙烧，焙烧温度为500-800℃;焙烧完成后，继续在惰性保护气体氛围下冷却降温至300℃及以下，获得熟料球团;

步骤(4)、将熟料球团与稀碱溶液进行湿磨浸出，控制液固比值为5-10;

步骤(5)、将浸出料浆进行液固分离，得到的液相为铝酸钠溶液，固相为提铝渣;

步骤(6)、铝酸钠溶液通过管道输送至氧化铝生产系统，回收配料液碱和氧化铝;

步骤(7)、采用超声预处理对提铝渣中磁铁矿和脉石成分进行分离;

步骤(8)、将提铝渣进行低强度湿法磁选，磁场强度设置为1000-3000Oe，获得铁精矿和选铁尾渣。

2.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，高铁低硅赤泥中粒径小于0.074mm的颗粒量占总质量的85%以上。

3.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，固体还原剂为煤粉、木屑有机质固体还原剂。

4.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，液碱为高浓度苛碱溶液，按质量浓度计含NaOH 540-600g/L、以Na2O计;Na2CO3 12-20g/L、以Na2O计;Al2O3 5-10g/L。

5.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，造粒通过圆盘造粒机造粒，获得的生料球团粒径为1-5cm。

6.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，惰性保护气体为氮气或氩气。

7.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，焙烧时间为0.5-3.0h。

8.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，稀碱溶液为NaOH 10-20g/L、Na2CO3 3-10g/L。

9.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，湿磨浸出采用具有分级衬板的格子型磨料粉碎机，内部装填钢球研磨介质，转速为15-30r/min。

10.根据权利要求1所述的一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，其特征在于：所述步骤(7)中，超声功率为100-300W，超声时间1-5min。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于冶金技术领域，尤其涉及一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法。

背景技术

[0002]高铁低硅赤泥是以三水铝石型铝土矿为原料提取氧化铝所产生的强碱性工业废弃物，由于其Fe2O3含量较高，一般介于10%-50%之间，故呈红色，又因其含有15%-25%的Al2O3，亦被视为潜在的铁、铝共生资源。目前，全球赤泥的堆存量已经超过40亿吨，并以每年1.8亿吨的速度持续增长。截至2023年，我国赤泥年产量已经超过1亿吨，赤泥的堆存量超过10亿吨，造成了巨大的环境安全隐患和资源浪费。从高铁低硅赤泥中高效回收铁、铝资源并实现有效减量一直是氧化铝乃至整个冶金行业面临的痛点问题。还原熔炼和还原烧结通常引入还原剂和碳酸钙或碳酸钠添加剂，实现铁的还原聚集和铝酸钙或铝酸钠的协同生成，再通过常压浸出回收铝资源，然而这些方法都需要对赤泥中的其余组分配钙从而显著提高了渣量。另外，通常还原温度高于1200℃，这使得上述方法处理效率低、能耗高、渣量较大、经济性较差。过多的还原剂和添加剂用量也造成了二氧化碳排量大、混料复杂且成本高、生料均匀性差等缺点。

[0003]中国专利申请CN112442565A，提出了赤泥与碳基还原剂混合制成含碳球团，将其与氧化钙混合置于回转窑和矿热炉，从而实现高铁赤泥中铁氧化物的梯度还原并以金属铁粒的形式回收，熔分渣则为易浸出回收氧化铝的铝酸钙渣，浸出产物铝酸钠溶液经过后续处理得到氧化铝产品。该方法虽解决了铁、铝类质同象难以分离的问题实现了有价元素的协同回收，但还原温度过高，能耗过高，铝酸钙渣浸出产物渣量大。

[0004]中国专利申请CN113604663A、CN107083467A和CN112609074A提出了在赤泥中添加还原剂、钠系和钙系或镁系添加剂，通过焙烧将赤泥中的氧化铁和氧化铝分别转化为金属铁和可溶性铝酸钠，后续通过弱磁选和浸出回收有价金属。这些方法以铝酸钠为目标产物，有效降低了反应所需温度，但生成金属铁、硅酸钙和硅酸镁所需能耗较高，排放的渣量仍然较大。

发明内容

[0005]鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，通过向高铁低硅赤泥中补充液碱和煤或木屑有机质等固体还原剂并焙烧，实现赤泥矿相的定向调控，以磁铁矿和铝酸钠的形式回收铁铝资源，显著降低了还原剂用量和反应温度。

[0006]为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，包括如下步骤：

步骤(1)、将高铁低硅赤泥、液碱、固体还原剂生料混合后造粒，获得生料球团，液碱添加量为按照摩尔比Na2O/Al2O3=1.0-2.5，固体还原剂添加量为按照摩尔比C/O=0.1-0.5，其中O为赤泥中Fe2O3的氧原子摩尔含量。

[0007]步骤(2)、将生料球团通过窑尾气烘干去除吸附水和部分结晶水，获得烘干球团;烘干去除吸附水和部分结晶水可以降低还原焙烧所需热量。烘干球团具备相对较高的抗压强度(单体球团强度大于50N)，能够有效避免运输和焙烧过程中的碎裂粉化现象。

[0008]步骤(3)、将烘干球团在惰性保护气体氛围下，采用干法焙烧方式，还原焙烧，焙烧温度为500-800℃;焙烧完成后，继续在惰性保护气体氛围下冷却降温至300℃及以下，防止还原产物中的磁铁矿被氧化为赤铁矿，获得熟料球团。该阶段的主要化学反应式如下：

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[0009]步骤(4)、将熟料球团与稀碱溶液进行湿磨浸出，控制液固比值为5-10。

[0010]步骤(5)、将浸出料浆进行液固分离，得到的液相为铝酸钠溶液，固相为提铝渣。

[0011]步骤(6)、铝酸钠溶液通过管道输送至氧化铝生产系统，回收配料液碱和氧化铝。

[0012]步骤(7)、采用超声预处理对提铝渣中磁铁矿和脉石成分进行分离，从而提高铁矿物的单体解离度进而促进铁精矿的磁选富集。

[0013]步骤(8)、将提铝渣进行低强度湿法磁选，磁场强度设置为1000-3000Oe，强磁性磁铁矿得到富集并与非磁性矿物分离开来，获得铁精矿和选铁尾渣。

[0014]进一步地，所述步骤(1)中，高铁低硅赤泥中粒径小于0.074mm即200目的颗粒量占总质量的85%以上。

[0015]进一步地，所述步骤(1)中，高铁低硅赤泥为三水铝石型铝土矿提取氧化铝所排放的副产物，按质量百分比计，含Fe2O340-60%、Al2O310-25%、SiO23-6%、TiO24-8%、CaO 1-3%、Na2O 1-3%。

[0016]进一步地，所述步骤(1)中，固体还原剂为煤粉、木屑有机质固体还原剂。按质量百分比计，煤粉含固定碳55-75%、挥发分25-35%、水分6-8%、灰分3-6%;木屑有机质含固定碳15-25%、挥发分65-80%、水分2-4%、灰分1-3%。

[0017]进一步地，所述步骤(1)中，液碱为高浓度苛碱溶液，按质量浓度计含NaOH 540-600g/L、以Na2O计;Na2CO312-20g/L、以Na2O计;Al2O35-10g/L。

[0018]进一步地，所述步骤(1)中，生料混合采用混料机，混合时间为2-3h。

[0019]进一步地，所述步骤(1)中，造粒通过圆盘造粒机造粒，获得的生料球团粒径为1-5cm，含水率为15-25%。

[0020]进一步地，所述步骤(2)中，生料球团预热烘干采用烘干机，烘干温度为200-400℃、烘干时间为12-36h，热源为步骤(3)中干法焙烧产生的尾气。

[0021]进一步地，所述步骤(3)中，惰性保护气体为氮气或氩气。

[0022]进一步地，所述步骤(3)中，焙烧时间为0.5-3.0h。

[0023]进一步地，所述步骤(3)中，干法焙烧采用链篦机、隧道窑或回转窑。

[0024]进一步地，所述步骤(3)中，焙烧熟料的主要成分为四氧化三铁、铝酸钠、二氧化硅、二氧化钛和钛酸钙。

[0025]进一步地，所述步骤(4)中，稀碱溶液为NaOH 10-20g/L、Na2CO33-10g/L。

[0026]进一步地，所述步骤(4)中，湿磨浸出采用具有分级衬板的格子型磨料粉碎机，内部装填钢球研磨介质，转速为15-30r/min。

[0027]进一步地，所述步骤(4)中，浸出反应温度为70-85℃、浸出反应时间为5-30min。

[0028]进一步地，步骤(4)中，熟料球团的氧化铝和氧化钠浸出率分别高于88%和95%。

[0029]进一步地，步骤(5)中，液固分离采用沉降槽、过滤机或压滤机。

[0030]进一步地，所述步骤(7)中，超声处理采用槽式超声仪，超声功率为100-300W，超声时间1-5min。

[0031]进一步地，步骤(8)中，磁选铁精矿的品位和铁回收率分别高于55%和90%。

[0032]本发明的有益效果是：

(1)本发明采用以四氧化三铁为目标铁矿相的碱-磁化焙烧法，有效解决了传统还原烧结法回收赤泥中铁资源而造成的高能耗、高碳排等问题，有利于改善熟料焙烧性能，进而提高有价元素回收效率。

[0033](2)本发明在磁化焙烧过程中同步氧化铝钠化，并以铝酸钠形式浸出，解决了传统磁化焙烧不能回收赤泥中氧化铝的弊端，实现高铁低硅赤泥铁铝资源高效协同回收。

[0034](3)本发明由于焙烧温度较低，赤泥中石英相二氧化硅不参与反应，无需对其配料，与传统石灰烧结法或碱石灰烧结法提取赤泥中氧化铝相比渣量极少，赤泥的减量率高于90%。

[0035](4)本发明该方法的配料及焙烧流程简单，处理单位体积赤泥的效率更高。

[0036](5)本发明采用球团干法焙烧能有效解决湿法喷浆入窑所导致的焙烧均匀性差等问题，通过对窑尾气的二次利用能耗显著降低30%以上。

[0037](6)本发明磁选所得提铁尾渣经由焙烧活化，具备一定胶凝活性，可以作为原料被应用于低碳建筑材料制备，从而实现高铁低硅赤泥的全量化利用。

附图说明

[0038]图1为本发明的碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法流程示意图。

具体实施方式

[0039]为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

[0040]本发明提供了一种碱磁化焙烧综合处理高铁低硅赤泥的方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤(1)、将高铁低硅赤泥、液碱、固体还原剂混合后造粒，获得生料球团，液碱添加量为按照摩尔比Na2O/Al2O3=1.0-2.5，固体还原剂添加量为按照摩尔比C/O=0.1-0.5，其中O为赤泥中Fe2O3的氧原子摩尔含量。其中固体还原剂为煤粉、木屑有机质固体还原剂。液碱为高浓度苛碱溶液，按质量浓度计含NaOH 540-600g/L、以Na2O计;Na2CO312-20g/L、以Na2O计;Al2O35-10g/L。

[0041]步骤(2)、将生料球团通过窑尾气烘干去除吸附水和部分结晶水，获得烘干球团。

[0042]步骤(3)、将烘干球团在惰性保护气体氛围下，采用干法焙烧方式，还原焙烧，焙烧温度为500-800℃，焙烧时间为0.5-3.0h。焙烧完成后，继续在惰性保护气体氛围下冷却降温至300℃以下，获得熟料球团。

[0043]步骤(4)、将熟料球团与稀碱溶液进行湿磨浸出，控制液固比值为5-10;稀碱溶液为NaOH 10-20g/L、Na2CO33-10g/L。

[0044]步骤(5)、将浸出料浆进行液固分离，得到的液相为铝酸钠溶液，固相为提铝渣。

[0045]步骤(6)、铝酸钠溶液通过管道输送至氧化铝生产系统，回收配料液碱和氧化铝。

[0046]步骤(7)、采用超声预处理对提铝渣中磁铁矿和脉石成分进行分离，超声功率为100-300W，超声时间1-5min。

[0047]步骤(8)、将提铝渣进行低强度湿法磁选，磁场强度设置为1000-3000Oe，获得铁精矿和选铁尾渣。

[0048]本发明实施例中苛碱浓度(NK)为NaOH(以Na2O计)的质量体积浓度，碳碱浓度(NC)为Na2CO3(以Na2O计)的质量体积浓度，液固比(L/S)为浸出碱液体积与熟料质量之比。

[0049]本发明实施例中生料混合采用混料机，制球采用压球机，预热烘干采用烘干机。

[0050]本发明实施例中干法焙烧采用通有保护气体的回转窑，并置于保护气氛冷却槽冷却至300℃以下。

[0051]本发明实施例中湿磨浸出采用格子型磨料粉碎机，液固分离采用沉降槽、过滤机或压滤机。

[0052]实施例1

高铁低硅赤泥的主要化学成分(按质量百分比计)：Fe2O355.66%、Al2O317.90%、SiO24.80%、CaO 2.40%、TiO25.38%、Na2O 1.89%，铝硅比为3.7。

[0053]煤粉的主要化学成分(按质量百分比计)：固定碳60.40%、挥发分27.04%、水分6.72%、灰分5.84%。

[0054]木屑的主要化学成分(按质量百分比计)：固定碳19.28%、挥发分72.80%、水分3.43%、灰分4.49%。

[0055]液碱的主要化学成分(按质量百分比计)：NK570g/L、NC15.26g/L、CAO8.69g/L。

[0056]按照摩尔比C/O=0.2、Na2O/Al2O3=2.0添加煤粉和液碱溶液，生料球团的含水率为16.5%。

[0057]预热烘干的生料球团加热至700oC进行干法焙烧，焙烧时间为0.5h，随后在保护气氛中冷却至300oC。

[0058]浸出稀碱溶液的主要化学成分(按质量浓度计)：NK15g/L、Nc5g/L。

[0059]湿磨浸出保证熟料和碱液充分混合反应，控制浸出温度为85oC、浸出时间为15min、液固比为10。

[0060]低强度湿法磁选所用磁场强度为2200Oe。

[0061]超声处理功率为150W，超声时间2min。

[0062]焙烧熟料中Al2O3的回收率为90.17%，Na2O的回收率为96.17%;铁精矿品位为57.21%，铁回收率为90.72%。

[0063]实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

(1)按照摩尔比C/O=0.2、Na2O/Al2O3=1.6添加木屑和液碱溶液，生料球团的含水率为14.5%;

(2)预热烘干的生料球团加热至700oC进行干法焙烧，焙烧时间为1h，随后在保护气氛中冷却至300oC;

(3)焙烧熟料中Al2O3的回收率为88.48%，Na2O的回收率为94.82%;铁精矿品位为56.42%，铁回收率为90.24%。

[0064]实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

(1)按照摩尔比C/O=0.2、Na2O/Al2O3=1.6添加木屑和液碱溶液，生料球团的含水率为14.3%;

(2)预热烘干的生料球团加热至800oC进行干法焙烧，焙烧时间为1h，随后在保护气氛中冷却至250oC;

(3)焙烧熟料中Al2O3的回收率为88.07%，Na2O的回收率为95.25%;铁精矿品位为55.98%，铁回收率为90.58%。

[0065]实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

(1)高铁低硅赤泥的主要化学成分(按质量百分比计)：Fe2O357.52%、Al2O316.01%、SiO23.88%、CaO 2.16%、TiO26.02%、Na2O 1.55%，铝硅比为4.1;

(2)液碱的主要化学成分(按质量百分比计)：NK558.17g/L、NC17.21g/L、CAO7.45g/L;

(3)按照摩尔比C/O=0.22、Na2O/Al2O3=1.95添加煤粉和液碱溶液，生料球团的含水率为15.8%;

(4)生料球团加热至750oC进行干法焙烧，焙烧时间为0.5h，随后在保护气氛中冷却至200oC;

(5)焙烧熟料中Al2O3的回收率为89.90%，Na2O的回收率为96.47%;铁精矿品位为56.21%，铁回收率为90.95%。

[0066]实施例5

方法同实施例1，不同点在于：

(1)高铁低硅赤泥的主要化学成分(按质量百分比计)：Fe2O353.96%、Al2O316.16%、SiO27.07%、CaO 1.06%、TiO26.12%、Na2O 3.38%，铝硅比为2.3;

(2)液碱的主要化学成分(按质量百分比计)：NK558.17g/L、NC17.21g/L、CAO7.45g/L;

(3)按照摩尔比C/O=0.2、Na2O/Al2O3=2.2添加木屑和液碱溶液，生料球团的含水率为16.6%;

(4)生料球团加热至750oC进行干法焙烧，焙烧时间为0.5h，随后在保护气氛中冷却至300oC;

(5)焙烧熟料中Al2O3的回收率为90.21%，Na2O的回收率为96.69%;铁精矿品位为56.34%，铁回收率为91.35%。

[0067]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员对上述实施例进行改动、修改、替换和变型均属于本发明的范围内。

说明书附图(1)