高鐵廢渣活化分離利用的裝備的制作方法

本發明涉及環保利廢技術領域，具體涉及一種高鐵赤泥及鐵礦石廢料等高鐵廢渣活化分離利用的裝備。

背景技術：

當前，高鐵赤泥及鐵礦石廢料等高鐵廢渣的堆積量巨大，不只是浪費了大量的資源，亦給環境造成了巨大的污染及安全隱患。

高鐵赤泥主要為拜耳法赤泥，拜耳法赤泥氧化鐵及氧化鋁含量高，氧化鐵可達總量的28～34%，如平果鋁廠的拜耳法赤泥的化學成分一般為fe2o328～34%、al2o316～19%、sio27～9%、cao18～21%、tio26.5～7.5%、k2o0.04～0.1%、na2o2.2～8.6%、mgo0.3～0.8%、loss11～14%。目前，氧化鋁生產采用節能的拜耳法工藝已成為基本趨勢，而我國已是世界氧化鋁生產大國，2015年我國氧化鋁產能已占全球總產能的51.98%達7160.27萬噸，我國氧化鋁產量已占全球氧化鋁總產量的51.18%達5898.90萬噸，加上2017年將新投產產能600萬噸，總產能有望達到8000萬噸，2017年產量有望達到6560萬噸。一般每生產一噸氧化鋁約排出1.0～1.3t赤泥。

赤泥具有顆粒細、高保水、高粘性，赤泥的顆粒粒徑大多為>0.075mm3～6%，0.075～0.005mm87～92%，<0.005mm4～7%；比重大多為2840～2870g/m³；其主要礦物為文石和方解石、蛋白石、三水鋁石、針鐵礦、鋁針鐵礦、鮞綠泥石，還有少量的鈦礦物、菱鐵礦、水玻璃、鋁酸鈉、天然堿和火堿，且其中的含鐵礦物顆粒極細且被硅鋁酸鹽礦物覆裹，并大量的鐵直接固融在硅鋁酸鹽礦物晶格中。

赤泥及其附液中的污染物主要有堿、重金屬、氟化物、氯化物、硫酸鹽等，且赤泥的ph值達10.3～12，氟化物含量4.89～8.6mg/l，其浸出液的ph值達12.1～14，氟化物含量11.5～26.7mg/l。因此，赤泥（含附液）屬于強堿性有害廢渣，需進行無害化處置。

國外，氧化鋁生產企業的赤泥原先主要是填海堆存，現今赤泥填海堆存被明令禁止，筑壩堆存已成為主要的處理方式。國內，赤泥被大量的排入涵洞陰河和簡單的覆土填埋。近幾年，隨著環保的強化，赤泥大量的筑壩堆存，累積堆存量已超數億噸。赤泥堆場建設和維護費用高昂，且強堿性、高鹽度的赤泥廢液滲漏會造成土壤堿化，污染地下水源，亦破壞了周邊環境，帶來嚴重的環境問題，致使鋁工業的環保壓力劇增，已成為影響我國鋁工業可持續發展的棘手問題。圍繞赤泥的資源化利用及無害化處理兩大主題，國內外眾多科研院所和技術人員展開了多領域、多學科的赤泥綜合利用技術研究。大致可概括為：

1）利用燒結法赤泥生產水泥

利用燒結法低鐵低鋁高鈣赤泥生產水泥，我國自上世紀60年代起至今持續投入了巨大的人力、資金。但因堿含量高及影響窯況、產品質量偏低等問題，至今未能有效的工業大規模應用。

2）利用赤泥生產新型墻體材料及開發產品

在利用赤泥生產新型墻材方面，從“赤泥粉煤灰燒結磚”作為國家“九五”科技攻關重大項目至今，赤泥的系列項目年年都是國家級重大支撐攻關項目，投入的人力和資金十分巨大，進行了大量的技術開發，但這系列國家級科技成果項目都因經濟性差及產品開裂、泛霜等問題未能實現產業化。同樣，在利用赤泥制陶瓷濾料、塑膠填料、微晶玻璃、脫硫劑、煉鋼保護渣等產品的開發上，目前或處于進展中、或因產品質量問題、或因經濟性及高能耗與二次污染問題，離工業化應用大量消耗赤泥的目標尚遙遠。

3）赤泥作為路基材料

赤泥作為道路材料是以燒結法赤泥與粉煤灰、石灰、水泥等為主要原料，2004年即以重大產學研合作項目實施了示范應用工程，具有成本低廉，可節省黃土資源等，但客觀上仍只是轉移了污染。

4）赤泥制農用肥

赤泥制農用肥技術包括將赤泥干燥制成粉或制成顆粒狀用作土壤調理劑(又稱赤泥硅肥或硅鈣復合肥料)、或將赤泥加部分磷氮鉀和/或有機廢棄物制成顆粒狀多元素復合肥用于耕地。雖赤泥制農肥的確可化解氧化鋁生產企業的環保壓力問題，但客觀上僅是將集中的污染源轉移擴散。

5）從赤泥中提取有價金屬

從赤泥中提取鈦、鈧、鎵、鈮、鉭、鋯、釷和鈾等等有價金屬元素一直是國內外科研人員研究的課題。目前，采取的主要方法是高溫還原熔煉和酸浸提取方法，但工藝復雜、能耗高，且二次污染嚴重，至今尚無可經濟有效地富集提取而不產生二次污染的方法。

6）利用拜耳法赤泥選鐵

從拜耳法赤泥中回收鐵一直是國內外科研人員努力的目標。目前拜耳法赤泥中回收鐵的方法大致可分為冶金方法和物理選礦方法兩大類。

冶金方法主要是加入還原劑（主要為c）于高溫冶煉爐中還原熔融分離為生鐵和廢渣，或將赤泥加碳于焙燒爐中高溫還原焙燒，使赤泥中的弱磁性的赤鐵礦和針鐵礦于焙燒爐中高溫還原焙燒成磁鐵礦,再磨細，然后磁選分離出磁鐵礦，磁選后的廢渣棄置，或磁選分離的磁鐵礦再經粉磨多級磁選去掉夾裹的大量硅鋁酸鹽雜質礦物，獲得鐵精礦粉。

物理選礦方法主要是磨漿浮選分離，或采用多級磁選或多級粉磨磁選，去除裹覆的硅鋁酸鹽礦物雜質后回收含鐵礦物，磁選后的廢渣棄置。

雖然，冶金方法和物理選礦方法目前均已產業化，且其中的拜耳法赤泥磁選方法經多輪磁選提純可得到一些較高品位的鐵精礦，但因赤泥中的含鐵礦物大多超細且高度分散并被硅鋁酸鹽礦物覆裹著，無論是當前的冶金法或物理選礦方法，除效率較低、回收率較低、能耗較高且有二次污染外，其技術經濟性都不盡人意，且仍有大量廢渣需筑壩堆存。

另一方面，當前礦山選礦廢料包括低品位鐵礦、尾渣及大量的難選鐵礦，大多被當作廢料棄置而大量堆積或筑壩填埋。對于這些高鐵廢料，目前國內外的主要技術方法可概括為三類：

一是加碳高溫還原為生鐵和固體渣，其能耗高、二次污染大，且生鐵一般含有害雜質高，回收率偏低，并有大量的廢渣需處理。

二是加碳于還原爐內一起還原磁化焙燒，再粉磨后磁選，分離出的大量廢渣棄置，其能耗高，二次污染大，回收率偏低，并有大量的廢渣需處理。

三是懸浮磁化焙燒，礦料用球磨機粉磨成粉料，用碳或co或h2或nh3或ch4作還原劑，在一定的溫度和還原氣氛條件下，將其中的赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦等磁性很弱的鐵礦石還原磁化變成磁鐵礦，利用焙燒后鐵礦與脈石的巨大磁性差異，磁選分離出鐵礦。但這些懸浮直接還原彼此夾雜甚至裹覆的含鐵礦物使之磁化的方法，其磁選后得到的鐵品位低（大多在50%左右），鐵回收率低，分選指標實際上很不理想，能耗高且所需消耗的還原劑量大，造成較嚴重的二次污染，還有大量的廢渣需要另行處理。究其原因，其一是被稱之為難選鐵礦或廢料中的含鐵礦物是被硅鋁酸鹽類脈石礦物彼此夾雜甚至裹覆的，硅鋁酸鹽類脈石礦物沒有被有效分解崩離之前，含鐵礦物無自由之身，而這些懸浮磁化焙燒方法，并沒有為彼此夾雜裹覆含鐵礦物的硅鋁酸鹽類脈石礦物優先提供有效分解崩離的條件，不能釋放出自由的鐵氧化物；其二是所選用的還原劑碳或co或h2或nh3或ch4的還原能力偏弱，不能有效還原晶格中同晶置換的鐵，如鋁針鐵礦、鮞綠泥石中的鐵等。

綜上所述，迫切需要一種全新的工藝與裝備，以便大規模經濟而高效的資源化分離利用高鐵赤泥及鐵礦石廢料這類產生量巨大的高含鐵含濕廢料中的各主要組分作為不同企業生產用原料。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，提供一種高鐵廢渣活化分離利用的裝備。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：高鐵廢渣活化分離利用的裝備，包括烘干式粉碎裝置、活化分解爐、活化粉料與堿塵分離裝置、磁化轉化裝置和磁選分離裝置；

所述烘干式粉碎裝置包括給配料裝置、烘干式粉碎機、收塵器和排風機，所述給配料裝置的卸料溜管與烘干式粉碎機的進料口連通，所述烘干式粉碎機上部的粉料出口通過管道與收塵器的進口連通，所述收塵器的廢氣出口與排風機的進口連通，所述收塵器的粉塵出口通過輸送器與活化分解爐的物料進口連通；

所述活化分解爐包括懸浮流化床分解爐、燃燒器和熱風裝置，所述燃燒器設于懸浮流化床分解爐的下部，與懸浮流化床分解爐內連通，所述熱風裝置的出風口通過管道與懸浮流化床分解爐的熱風進口管道連通；

所述活化粉料與堿塵分離裝置包括高溫粉料分離裝置、堿塵分離收集裝置、堿塵余熱回收裝置、高溫風機和堿塵倉，所述高溫粉料分離裝置的進料口與活化分解爐頂部出口的管道連通，所述高溫粉料分離裝置的卸料管道上設有鎖風裝置，所述高溫粉料分離裝置的卸料管道與磁化轉化裝置的進料口連通，所述高溫粉料分離裝置頂部的出風口與堿塵分離收集裝置的進料口連通，所述堿塵分離收集裝置的卸料管道上設有鎖風裝置，所述堿塵分離收集裝置的卸料管道與堿塵余熱回收裝置的進料口連通，所述堿塵余熱回收裝置的卸料口與堿塵倉的進料口連通，所述堿塵分離收集裝置的進風口設有冷風調節閥，所述堿塵分離收集裝置的出風口與高溫風機進風口連通，所述高溫風機的出風口與烘干式粉碎機的熱風進口連通；

所述磁化轉化裝置包括磁化轉化爐、還原轉化劑霧化加料裝置、引風機和磁化粉料高溫余熱回收裝置，所述還原轉化劑霧化加料裝置與磁化轉化爐相連，所述磁化轉化爐頂部的排氣口與引風機的進口連通，所述引風機的出口通過管道與活化分解爐內的高溫區連通，所述磁化粉料高溫余熱回收裝置與磁化轉化爐的出料口連通，所述磁化粉料高溫余熱回收裝置的粉料出口與磁選分離裝置的粉料進口連通，所述磁選分離裝置分別與精鐵礦庫、活化粉料庫的進料設備連通。

進一步，所述烘干式粉碎機與收塵器之間設有選粉機，所述烘干式粉碎機上部的粉料出口通過管道與選粉機的進口連通，所述選粉機的氣體出口與收塵器的進口連通，所述選粉機的細粉出口通過輸送器與活化分解爐的物料進口連通，所述選粉機的粗粉出口與烘干式破碎機上升風道連通。

進一步，所述燃燒器選用油和/或煤粉燃燒器，用于點火和調整懸浮流化床分解爐內的溫度。

進一步，所述高溫粉料分離裝置為兩級串聯的高溫粉料分離裝置，包括第一級高溫粉料分離裝置和第二級高溫粉料分離裝置，所述第一級高溫粉料分離裝置的進料口與活化分解爐頂部出口的管道相連通，所述第一級高溫粉料分離裝置的出風口與第二級高溫粉料分離裝置的進料口連通，所述第二級高溫粉料分離裝置的出風口與高溫風機進口連通，所述第一級高溫粉料分離裝置和第二級高溫粉料分離裝置的卸料管道上均設有鎖風裝置，所述第一級高溫粉料分離裝置和第二級高溫粉料分離裝置的卸料管道分別與磁化轉化裝置的進料口連通。

進一步，所述堿塵分離收集裝置為兩級串聯的堿塵分離收集裝置，包括第一級堿塵分離收集裝置和第二級堿塵分離收集裝置，所述第一級堿塵分離收集裝置的進料口與高溫粉料分離裝置出風口相連通，所述第一級堿塵分離收集裝置頂部出風口與第二級堿塵分離收集裝置的進料口連通，所述第二級堿塵分離收集裝置的出風口與高溫風機進風口連通，所述第一級堿塵分離收集裝置和第二級堿塵分離收集裝置的卸料管道上均設有鎖風裝置，所述第一級堿塵分離收集裝置和第二級堿塵分離收集裝置的卸料管道分別與堿塵余熱回收器進料口連通。

進一步，所述還原轉化劑霧化加料裝置包括還原轉化劑罐、泵和霧化加料裝置，所述還原轉化劑罐的出口與泵進口連通，所述泵出口經管道與霧化加料裝置連通，所述霧化加料裝置安置于磁化轉化爐進料管道上和/或磁化轉化爐內，確保還原轉化劑與高溫活化粉料定比混合。

進一步，所述磁化粉料高溫余熱回收裝置內置磁化轉化爐內或外置，與磁化轉化爐出料口連通；為兩級以上串聯，確保磁化粉料快速冷卻至100℃以下。

進一步，所述堿塵余熱回收裝置的熱風出口、磁化粉料余熱回收裝置的熱風出口分別與活化分解爐的熱風裝置進風口連通，熱風裝置的出風口與懸浮流化床分解爐的熱風進口連通，用于回收高溫粉料的余熱作為活化分解爐的熱風熱能。

進一步，當高鐵廢渣中堿含量及鋅等揮發性金屬元素量含量沒有或很低時，不設置堿塵分離收集裝置、堿塵余熱回收裝置和堿塵倉，末級高溫粉料分離收集裝置的出風口通過連接管道與高溫風機相連，連接管道上設置冷風調節閥。

本發明的技術原理：

針對高鐵廢渣的主要礦物成分是含鐵礦物和硅鋁酸鹽類礦物，高鐵赤泥的主要成分是含鐵礦物、硅鋁酸鹽類礦物和堿，而設置堿自然富集分離、磁鐵礦、活化硅鋁酸鹽類礦物粉料三類可用原料的分離工藝裝備；針對高鐵廢渣因所含鐵礦物為硅鋁酸鹽類礦物彼此夾雜裹覆、甚至大量的同晶置換，本為難選鐵礦廢料的具體情況，結合對硅鋁酸鹽類礦物活化利用的目標，將高鐵廢料和燃料共同制成混合粉，于活化分解爐內高效快速分解崩離為自由的活性氧化物，在將硅鋁酸鹽礦物等轉化為活化粉料的同時，釋放出自由的鐵氧礦物，為含鐵礦物的高效磁化轉化創造出條件；針對硅鋁酸鹽礦物熱分解崩離為各種氧化物時，于650℃以上尤其是700℃以上時，其中的堿氧化物及可能的鋅會揮發主要進入高溫煙氣中，而實施活化粉料與富集堿塵等的分離。

采用高效的還原轉化劑，強化磁鐵礦的形成和重結晶晶形重整，且使之易于磁選分離，獲得高品位鐵精礦和高回收率。

本發明的有益效果：

本發明針對高鐵廢渣尤其是高鐵赤泥保水性好、難以干燥的特點，采用烘干式粉碎系統制粉，效率高、處理量大，能耗低。

本發明以活化分解爐的高溫廢氣余熱解決烘干式粉碎系統所需的熱風熱能，以活化分解爐產生的活化粉料的高溫余熱解決磁化轉化所需的溫度和熱能，以堿塵及活化粉料冷卻過程中的余熱回收解決活化分解爐內燃燒所需的熱風熱能，且強還原磁化轉化過程產生的全部廢氣送入活化分解爐內高溫氧化燃盡，既實現了全工藝系統熱能的循環利用，熱效率高，實際熱耗低，又確保了安全無污染。

附圖說明

圖1為本發明實施例1的結構示意圖；

圖2為本發明實施例2的結構示意圖；

圖中：1-烘干式粉碎裝置，2-活化分解爐，3-活化粉料與堿塵分離裝置，4-磁化轉化裝置，5-磁選分離裝置，11-給配料裝置，12-烘干式粉碎機，13-選粉機，14-收塵器，15-排風機，21-懸浮流化床分解爐，22-燃燒器，23-熱風裝置，31-高溫粉料分離裝置，31a-第一級高溫粉料分離裝置，31b-第二級高溫粉料分離裝置，32-堿塵分離收集裝置，33-高溫風機，34-堿塵余熱回收裝置，35-堿塵倉，36-冷風調節閥，41-磁化轉化爐，42-還原轉化劑霧化加料裝置，43-引風機，44-磁化粉料高溫余熱回收裝置。

具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。

實施例1

參照圖1，本實施例包括烘干式粉碎裝置1、活化分解爐2、活化粉料與堿塵分離裝置3、磁化轉化裝置4和磁選分離裝置5；

所述烘干式粉碎裝置1包括給配料裝置11、烘干式粉碎機12、選粉機13、收塵器14和排風機15，所述給配料裝置11的卸料溜管與烘干式粉碎機12的進料口連通，所述烘干式粉碎機12上部的粉料出口通過管道與選粉機13的進口連通，所述選粉機13的氣體出口與收塵器14的進口連通，所述收塵器14的廢氣出口與排風機15的進口連通，所述選粉機13的細粉出口與收塵器14的粉塵出口通過輸送器與活化分解爐2的物料進口連通，所述選粉機13的粗粉出口與烘干式破碎機12上升風道連通；

所述活化分解爐2包括懸浮流化床分解爐21、燃燒器22和熱風裝置23，所述燃燒器22設于懸浮流化床分解爐21的下部，與懸浮流化床分解爐21內連通，所述熱風裝置23的出風口通過管道與懸浮流化床分解爐21的熱風進口管道連通；

所述活化粉料與堿塵分離裝置3包括高溫粉料分離裝置31、堿塵分離收集裝置32、高溫風機33、堿塵余熱回收裝置34和堿塵倉35，所述高溫粉料分離裝置31的進風口與活化分解爐2頂部出口的管道連通，所述高溫粉料分離裝置31的卸料管道上設有鎖風裝置，所述高溫粉料分離裝置31的卸料管道與磁化轉化裝置4的進料口連通，所述高溫粉料分離裝置31頂部的出風口與堿塵分離收集裝置32的進料口連通，所述堿塵分離收集裝置32的卸料管道上設有鎖風裝置，所述堿塵分離收集裝置32的卸料管道與堿塵余熱回收裝置34的進料口連通，所述堿塵余熱回收裝置34的卸料口與堿塵倉35的進料口連通，所述堿塵分離收集裝置32的進風口設有冷風調節閥，所述堿塵分離收集裝置32的出風口與高溫風機33進風口連通，所述高溫風機33的出風口與烘干式粉碎機12的熱風進口連通；

所述磁化轉化裝置4包括磁化轉化爐41、還原轉化劑霧化加料裝置42、引風機43和磁化粉料高溫余熱回收裝置44，所述還原轉化劑霧化加料裝置42與磁化轉化爐41相連，所述磁化轉化爐41頂部的排氣口與引風機43的進口連通，所述引風機43的出口通過管道與活化分解爐2內的高溫區連通，所述磁化粉料高溫余熱回收裝置44內置于磁化轉化爐41底部，與磁化轉化爐41的出料口連通，所述磁化粉料高溫余熱回收裝置44的粉料出口與磁選分離裝置5的粉料進口連通，所述磁選分離裝置5分別與精鐵礦庫、活化粉料庫的進料設備連通。

本實施例中，所述還原轉化劑霧化加料裝置42包括還原轉化劑罐、泵和霧化加料裝置，所述還原轉化劑罐的出口與泵進口連通，所述泵出口經管道與霧化加料裝置連通，所述霧化加料裝置安置于磁化轉化爐41進料管道上和/或磁化轉化爐41內。

本實施例中，所述高溫粉料分離裝置31為一級高溫粉料分離裝置。

本實施例中，所述堿塵分離收集裝置32為一級堿塵分離收集裝置。當然，也可為兩級串聯的堿塵分離收集裝置，包括第一級堿塵分離收集裝置和第二級堿塵分離收集裝置，所述第一級堿塵分離收集裝置的進料口與高溫粉料分離裝置出風口相連通，所述第一級堿塵分離收集裝置頂部出風口與第二級堿塵分離收集裝置的進料口連通，所述第二級堿塵分離收集裝置的出風口與高溫風機進風口連通，所述第一級堿塵分離收集裝置和第二級堿塵分離收集裝置的卸料管道上均設有鎖風裝置，所述第一級堿塵分離收集裝置和第二級堿塵分離收集裝置的卸料管道分別與堿塵余熱回收器進料口連通。

本實施例中，所述堿塵余熱回收裝置34的熱風出口、磁化粉料高溫余熱回收裝置44的熱風出口分別與活化分解爐2的熱風裝置23進風口連通。

實施例2

參照圖2，本實施例與實施例1的區別在于：所述活化粉料與堿塵分離裝置3省略了堿塵分離收集裝置32、堿塵余熱回收裝置34和堿塵倉35，所述高溫粉料分離裝置31為兩級串聯的高溫粉料分離裝置，包括第一級高溫粉料分離裝置31a和第二級高溫粉料分離裝置31b，所述第一級高溫粉料分離裝置31a的進料口與活化分解爐2頂部出口的管道相連通，所述第一級高溫粉料分離裝置31a的出風口與第二級高溫粉料分離裝置31b的進料口連通，所述第二級高溫粉料分離裝置31b的出風口與高溫風機33進口連通，所述第一級高溫粉料分離裝置31a和第二級高溫粉料分離裝置31b的卸料管道上均設有鎖風裝置，所述第一級高溫粉料分離裝置31a和第二級高溫粉料分離裝置31b的卸料管道分別與磁化轉化裝置4的進料口連通。

本實施例中，所述第二級高溫粉料分離裝置31b的出風口通過連接管道與高溫風機33相連，連接管道上設置冷風調節閥36。