本發明屬于冶金技術領域，具體涉及一種氣基還原處理赤泥的方法。
背景技術：
赤泥是生產氧化鋁過程中產生的副產品，現階段并沒有有效的方式處理赤泥，主要采用堆放方式封存。目前我國赤泥的堆放量超過了2億噸，大量的赤泥堆放處理不僅沒有使資源得到充分利用，也對生態環境產生不利影響。
受限于赤泥的化學成分，至今尚無工業應用先例，對赤泥的研究僅僅處于實驗室階段。
氣基豎爐煉鐵技術是一種新型的煉鐵技術，具有原料適應性強、環境友好等優勢。氣基豎爐煉鐵技術是以主要成分為H2、CO的氣體作為還原劑在低于礦物熔點下進行還原，礦物與還原氣之間發生氣固還原反應，將原料礦物中金屬氧化物還原成單質的工藝流程。由于冶煉過程中系統溫度較低，不產生渣相，故豎爐對原料要求較低，可以處理高爐無法利用的貧雜礦、難選礦或冶金廢渣。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種氣基還原處理赤泥的方法，解決目前赤泥難以處理的問題。
本發明提供的氣基還原處理赤泥的方法包括如下步驟：
準備赤泥粉；
將所述赤泥粉與CaO和水混合后制成第一球團；
將所述第一球團干燥后焙燒成氧化球團；
將所述氧化球團送入氣基豎爐內還原，得到金屬化球團；
將所述金屬化球團冷卻、破碎、潤磨，然后再進行磁選，得到磁性物和磁選渣；
將所述磁性物用于煉鋼。
在本發明的一個實施方案中，所述方法還包括如下步驟：
將所述磁選渣與鈉鹽、CaO和水混合后制成第二球團；
將所述第二球團干燥后焙燒，得到焙燒產物；
將所述焙燒產物細磨后用水浸泡及攪拌，過濾后得到水浸溶液；
往所述水浸溶液中加入強酸，過濾后得到沉淀物；
將所述沉淀物焙燒，得到氧化鋁。
在本發明的一個實施方案中，所述赤泥粉與所述CaO和所述水的質量比為100:5:8-100:2:5。
在本發明的一個實施方案中，所述氧化球團在所述氣基豎爐內的還原時間為4-7h，所需還原氣的溫度為800-1000℃。
在本發明的一個實施方案中，所述第一球團焙燒的時間為5-15min、溫度為900-1200℃
在本發明的一個實施方案中，所述第一球團的直徑為8-16mm。
在本發明的一個實施方案中，將所述金屬化球團潤磨至≤75μm后再進行磁選。
在本發明的一個實施方案中，所述第二球團焙燒的時間為15-60min、溫度為1000-1200℃。
在本發明的一個實施方案中，將所述焙燒產物細磨至≤75μm后再用水浸泡并進行攪拌。
在本發明的一個實施方案中，所述焙燒產物在水中的浸泡及攪拌的時間為2-4h。
本發明采用氣基豎爐還原赤泥，無需冶金焦炭，不消耗焦煤，工藝流程短，省去了焦化步驟，降低了系統的能耗，且減少了污染物的排放。
本發明解決了赤泥無法利用的問題，綜合回收了赤泥中的鐵資源和鋁資源，效果良好，工藝簡單，適宜大規模的工業化生產。
采用本發明提供的工藝，赤泥中鐵和鋁的回收率高達90％以上。
在回收赤泥中的鋁資源時，赤泥的中鈉鹽得到利用，節省了鈉鹽的投入，減少了生產成本。
附圖說明
圖1為本發明實施例中的一種氣基還原處理赤泥的工藝流程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式進行更加詳細的說明，以便能夠更好地理解本發明的方案以及其各個方面的優點。然而，以下描述的具體實施方式和實施例僅是說明的目的，而不是對本發明的限制。
需要說明的是，本發明涉及的所有的百分數均為質量百分數。
本發明提供的氣基還原處理赤泥的方法包括以下步驟：
準備赤泥原料；
將赤泥原料進行干燥和細磨，得到赤泥粉；
將赤泥粉與CaO和水混合后制成球團(本發明將其稱為“第一球團”)；
將第一球團干燥后焙燒成氧化球團；
將氧化球團送入氣基豎爐內還原，得到金屬化球團；
將金屬化球團冷卻、破碎、潤磨，然后再進行磁選，得到磁性物和磁選渣；
將磁性物用于煉鋼。
拜耳法產生的赤泥鐵品位相比其他方法產生的赤泥鐵品位要高，基本上鐵品位在30％以上；此外大約存在有20％的氧化鋁和15％左右的二氧化硅，因此，本發明優選使用拜耳法赤泥。
本發明采用氣基豎爐還原赤泥，無需冶金焦炭，不消耗焦煤，工藝流程短，省去了焦化步驟，降低了系統的能耗，且減少了污染物的排放。采用本發明提供的工藝，赤泥中的鐵的回收率高達90％以上。
在本發明優選的實施例中，氧化球團在氣基豎爐內的還原時間為4-7h，所需還原氣的溫度為800-1000℃。在更優選的實施例中，氧化球團在氣基豎爐內的還原時間為6-7h，所需還原氣的溫度為850-950℃。本發明所用的還原氣的主要成分為H2和CO，排出的爐頂氣主要為CO2。可見，相對于高爐煉鐵工藝，本發明所需的能耗低，且污染物排放量少。
CaO和水反應后生成Ca(OH)2，本發明采用Ca(OH)2作為赤泥粉的粘結劑。在本發明優選的實施例中，赤泥粉、Cao、水的質量比為100:5:8-100:2:5。在此質量比下，制得的第一球團強度較好，在后續焙燒過程中不易粉碎。
在本發明優選的實施例中，赤泥粉的粒徑≤0.15mm，赤泥粉的粒徑過大時不易制成第一球團。此外，第一球團的直徑優選為8-16mm；太小，還原料柱透氣性太差；太大，還原阻力越大，不利于提高金屬化率，不利于回收赤泥中的鐵。
赤泥中的鐵主要是以氧化物的形式存在的，其中大部分為Fe2O3，Fe2O3經過焙燒后被氧化為具有磁性的Fe3O4，為后續的磁選過程創造條件。第一球團焙燒的時間越長、溫度越高，氧化反應越徹底。在本發明優選的實施例中，第一球團焙燒的時間為5-15min，溫度為900-1200℃。
在本發明優選的實施例中，金屬化球團冷卻后破碎，然后潤磨至≤75μm(過200目的篩網)，再在約1000Oe的磁場下進行磁選。磁選后得到磁性物和磁選渣。磁選渣即非磁性物，其主要成分為Al2O3、SiO2、Fe2O3和CaO，還有少量鈉鹽，其中，Al2O3的含量最多。
在進一步優選的實施例中，上述方法還包括如下步驟：
將磁選渣與鈉鹽、CaO和水混合后制成球團(本發明將其稱為“第二球團”)；
將第二球團干燥后焙燒，得到焙燒產物；
將焙燒產物細磨后用水浸泡及攪拌，過濾后得到水浸溶液和尾渣；
往水浸溶液中加入強酸，得到沉淀物和廢液；
將沉淀物焙燒，得到氧化鋁。
磁選渣中的Al2O3、SiO2與加入的鈉鹽、CaO在焙燒過程中發生反應，經過焙燒后變為鋁酸鈉和硅酸鈣等(即焙燒產物)，硅酸鈣不溶于水而鋁酸鈉易溶于水后，加入強酸后，鋁酸鈉分解為鈉鹽和Al(OH)3(即沉淀物)，Al(OH)3焙燒后脫水，變為氧化鋁。
在上述優選實施例中，對磁選渣進行了進一步的處理，鋁的回收率在90％以上，赤泥中的鋁得到了有效的回收，效果良好，工藝簡單，具有較高的應用價值。
本發明使用的鈉鹽可以是NaCl、Na2CO3或其他任何形式的鈉鹽，優選為Na2CO3。本發明使用的強酸的濃度在10％以下，優選的強酸為HCl。
鈉鹽、CaO和水的加入量取決于磁選渣中Al2O3及SiO2的含量。由于赤泥中含有少量鈉鹽，在本發明優選的實施例中，磁選渣、鈉鹽、CaO的質量比為10:1:1-10:3:4，水加入量為總料重的5％-10％。赤泥中的鈉鹽得到了利用，節約了鈉鹽的投入，減少了生產成本。
第二球團的直徑越小，焙燒的效果越小。在本發明優選的實施例中，第二球團的直徑≤35mm。
第二球團焙燒的時間越長、溫度越高，磁選渣中的Al2O3及SiO2與鈉鹽和CaO的反應越徹底。在本發明優選的實施例中，第二球團焙燒的時間為15-60min、溫度為1000-1200℃。
焙燒產物細磨后用水浸泡并進行攪拌，在本發明優選的實施例中，將焙燒產物細磨至≤75μm(過200目的篩網)。所用的水優選為溫水，其溫度優選為40-60℃。鋁酸鈉在溫水中的更容易溶解。水浸及攪拌的時間優選為2-4h，時間太短鋁酸鈉未完全溶解，時間太長，效率低。
下面參考具體實施例，對本發明進行說明。下述實施例中所取工藝條件數值均為示例性的，其可取數值范圍如前述發明內容中所示。下述實施例所用的檢測方法均為本行業常規的檢測方法。
實施例1
本實施例采用圖1所示的工藝流程處理拜耳法赤泥，具體如下：
準備赤泥原料；
將赤泥原料干燥至水分含量為5％以下，并進行細磨。選取1000g粒徑≤0.15mm的赤泥粉。
將上述赤泥粉與50gCaO和80g水放入混料機中，一起混合20min；然后將混合料放入圓盤造球機上，造成直徑為8mm的第一球團。
將第一球團放入105℃的烘干箱內烘干24h，然后送入焙燒爐中，在1200℃的氧化氣氛下焙燒15min，得到氧化球團。
將金屬化球團送入氣基豎爐中，通入溫度約為950℃的還原氣，還原4h，得到金屬化球團。
將金屬化球團冷卻后破碎，然后潤磨至≤75μm(過200目的篩網)，再在約1000Oe的磁場下進行磁選，得到磁性物和磁選渣。其中，磁性物為280g，磁選渣為650g。磁選物中金屬鐵粉的質量占磁性物質量的95％，磁選渣中Al2O3及SiO2的含量分別為40％和45％。
將磁性物用于煉鋼。
將磁選渣與65gNa2CO3、65gCaO和78g水混料20min，混合料在對輥壓球機上壓成直徑為30mm的第二球團。
將第二球團放入105℃的烘干箱內烘干24h，然后送入焙燒爐中，在1000℃下焙燒時間30min，得到焙燒產物。
將焙燒產物細磨至≤75μm(過200目的篩網)，然后加入過量的50℃的溫水中浸泡3h，過濾后得到水浸溶液和尾渣。
往水浸溶液中加入過量的濃度為10％的稀鹽酸，邊加邊攪拌使Al(OH)3沉淀出來，得到Al(OH)3沉淀和廢液。
將Al(OH)3沉淀進行焙燒脫水，得到氧化鋁粉。
本實施例中，赤泥中鐵和氧化鋁的回收率分別為90％和93％。
實施例2
本實施例采用圖1所示的工藝流程處理赤泥，具體如下：
準備赤泥原料；
將赤泥原料干燥至水分含量5％以下，并進行細磨。選取1000g粒徑≤1mm的赤泥粉。
將上述赤泥粉與20gCaO和50g水放入混料機中，一起混合15min；然后將混合料放入圓盤造球機上，造成直徑為16mm的第一球團。
將第一球團放入105℃的烘干箱內烘干24h，然后送入焙燒爐中，在1050℃的氧化氣氛下焙燒5min，得到氧化球團。
將金屬化球團送入氣基豎爐中，通入溫度約為800℃的還原氣，還原7h，得到金屬化球團。
將金屬化球團冷卻后破碎，然后潤磨至≤75μm(過200目的篩網)，再在約1000Oe的磁場下進行磁選，得到磁性物和磁選渣。其中，磁性物為250g，磁選渣為620g。磁選物中金屬鐵粉的質量占磁性物質量的94％，磁選渣中Al2O3及SiO2的含量分別為38％和48％。
將磁性物用于煉鋼。
將磁選渣與124gNa2CO3、186gCaO和65g水混料20min，混合料在對輥壓球機上壓成直徑為35mm的第二球團。
將第二球團放入105℃的烘干箱內烘干24h，然后送入焙燒爐中，在1100℃下焙燒時間30min，得到焙燒產物。
將焙燒產物細磨至≤75μm(過200目的篩網)，然后加入過量的55℃的溫水中浸泡并攪拌3h，過濾后得到水浸溶液和尾渣。
往水浸溶液中加入過量的濃度為8％的稀鹽酸，邊加邊攪拌使Al(OH)3沉淀出來，得到Al(OH)3沉淀和廢液。
將Al(OH)3沉淀進行焙燒脫水，得到氧化鋁粉。
本實施例中，赤泥中鐵和氧化鋁的回收率分別為90％和92％。
實施例3
本實施例采用圖1所示的工藝流程處理拜耳法赤泥，具體如下：
準備赤泥原料；
將赤泥原料干燥至水分含量為5％以下，并進行細磨。選取1000g粒徑≤1mm的赤泥粉。
將上述赤泥粉與35gCaO和60g水放入混料機中，一起混合20min；然后將混合料放入圓盤造球機上，造成直徑為12mm的第一球團。
將第一球團放入105℃的烘干箱內烘干24h，然后送入焙燒爐中，在900℃的氧化氣氛下焙燒15min，得到氧化球團。
將金屬化球團送入氣基豎爐中，通入溫度約為1000℃的還原氣，還原6h，得到金屬化球團。
將金屬化球團冷卻后破碎，然后潤磨至≤75μm(過200目的篩網)，再在約1200Oe的磁場下進行磁選，得到磁性物和磁選渣。其中，磁性物為300g，磁選渣為630g。磁選物中金屬鐵粉的質量占磁性物質量的94％，磁選渣中Al2O3及SiO2的含量分別為42％和51％。
將磁性物用于煉鋼。
將磁選渣與189gNa2CO3、252gCaO和54g水混料20min，混合料在對輥壓球機上壓成直徑為35mm的第二球團。
將第二球團放入105℃的烘干箱內烘干24h，然后送入焙燒爐中，在1150℃下焙燒時間60min，得到焙燒產物。
將焙燒產物細磨至≤75μm(過200目的篩網)，然后加入過量的50℃的溫水中浸泡4h，過濾后得到水浸溶液和尾渣。
往水浸溶液中加入過量的濃度為9％的稀鹽酸，邊加邊攪拌使Al(OH)3沉淀出來，得到Al(OH)3沉淀和廢液。
將Al(OH)3沉淀進行焙燒脫水，得到氧化鋁粉。
本實施例中，赤泥中鐵和氧化鋁的回收率分別為91％和94％。
實施例4
本實施例采用圖1所示的工藝流程處理拜耳法赤泥，具體如下：
準備赤泥原料；
將赤泥原料干燥至水分含量為5％以下，并進行細磨。選取1000g粒徑≤1mm的赤泥粉。
將上述赤泥粉與40gCaO和70g水放入混料機中，一起混合20min；然后將混合料放入圓盤造球機上，造成直徑為9mm的第一球團。
將第一球團放入105℃的烘干箱內烘干24h，然后送入焙燒爐中，在950℃的氧化氣氛下焙燒10min，得到氧化球團。
將金屬化球團送入氣基豎爐中，通入溫度約為950℃的還原氣，還原5h，得到金屬化球團。
將金屬化球團冷卻后破碎，然后潤磨至≤75μm(過200目的篩網)，再在約1000Oe的磁場下進行磁選，得到磁性物和磁選渣。其中，磁性物為260g，磁選渣為680g。磁選物中金屬鐵粉的質量占磁性物質量的95％，磁選渣中Al2O3及SiO2的含量分別為41％和53％。
將磁性物用于煉鋼。
將磁選渣與160gNa2CO3、230gCaO和86g水混料20min，混合料在對輥壓球機上壓成直徑為35mm的第二球團。
將第二球團放入105℃的烘干箱內烘干24h，然后送入焙燒爐中，在1200℃下焙燒時間15min，得到焙燒產物。
將焙燒產物細磨至≤75μm(過200目的篩網)，然后加入過量的50℃的溫水中浸泡并攪拌3h，過濾后得到水浸溶液和尾渣。
往水浸溶液中加入過量的濃度為10％的稀鹽酸，邊加邊攪拌使Al(OH)3沉淀出來，得到Al(OH)3沉淀和廢液。
將Al(OH)3沉淀進行焙燒脫水，得到氧化鋁粉。
本實施例中，赤泥中鐵和氧化鋁的回收率分別為92％和93％。
從上述實施例可知，采用本發明提供的工藝，赤泥中鐵和鋁的回收率高達90％以上。
其次，本發明采用氣基豎爐還原赤泥，無需冶金焦炭，不消耗焦煤，工藝流程短，省去了焦化步驟，降低了系統的能耗，且減少了污染物的排放。
本發明解決了赤泥無法利用的問題，綜合回收了赤泥中的鐵資源和鋁資源，效果良好，工藝簡單，適宜大規模的工業化生產。
此外，在回收赤泥中的鋁資源時，赤泥的中鈉鹽得到利用，節省了鈉鹽的投入，減少了生產成本。
最后應說明的是：顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。