CN113333437B

CN113333437B - 一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法

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Publication number: CN113333437B
Application number: CN202110599533.6A
Authority: CN
Inventors: 潘晓林; 吴鸿飞; 于海燕
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2021-05-31
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2041-05-31
Also published as: CN113333437A

Abstract

一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法，包括以下步骤：(1)准备高钙赤泥、高铁赤泥、碱液和添加剂为原料；高钙赤泥、高铁赤泥和添加剂中CaO和SiO₂的质量比为(2～2.5):1，Fe₂O₃与Al₂O₃的质量比为(1～2):1；添加剂为石灰、石灰乳或电石渣；(2)原料混合制成矿浆；(3)矿浆加热至220～280℃碱热处理，然后冷却至90～105℃；(4)反应料浆固液分离；(5)反应渣进行3～5级逆流洗涤，制成超低碱赤泥；(6)反应液返回拜尔法生产氧化铝的流程。本发明的方法氧化钠和氧化铝的回收率高；生产成本低；可以完美嫁接现有的氧化铝生产工艺，实现规模化处理。

Description

一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法

技术领域

本发明属于固废处理技术领域，具体涉及一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法。

背景技术

赤泥是铝土矿高温高压溶出产生的高碱度固体废弃物，其产出量因矿石品位、生产方法、技术水平而异，每生产1t氧化铝，通常将产生0.8～1.5t的赤泥。目前赤泥主要依靠大面积的堆场堆放，不但占用了大量土地，而且由于赤泥的pH值高达10～12以上，对生态环境造成巨大的安全隐患。同时，赤泥中的有价金属也未被充分利用，造成资源的极大浪费。近年来，许多科研单位致力于赤泥的无害化和资源化利用，尤其是赤泥中铝和碱的回收；目前赤泥中碱和铝的回收方法主要有酸溶法、碱石灰烧结法、高压水化学法、亚熔盐法等；然而，上述方法目前均未形成高效利用和适用于大规模推广的技术支撑体系和工业应用前景；例如：酸溶法存在腐蚀设备要求高，投资大，铁铝分离、酸回收难等问题；碱石灰烧结法存在能耗高，流程长，赤泥难烧结等问题；高压水化学法和亚熔盐法存在碱液浓度高，设备要求苛刻，流程长，蒸发难等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法，将高钙赤泥、高铁赤泥混合进行碱热处理，同步回收赤泥中的氧化铝和氧化钠，使处理后赤泥的碱含量降低到0.5％以下，以实现赤泥的无害化、资源化和全量化利用，缩短流程同时，经济化规模处理高钙赤泥和高铁赤泥。

本发明的综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法包括以下步骤：

(1)准备高钙赤泥、高铁赤泥、碱液和添加剂为原料；高钙赤泥、高铁赤泥和添加剂中CaO和SiO₂的质量比为(2～2.5):1，并且Fe₂O₃与Al₂O₃的质量比为(1～2):1；添加剂为石灰、石灰乳或电石渣；碱液为氢氧化钠溶液或高苛性比铝酸钠溶液，高苛性比铝酸钠溶液的苛性比≥10；

(2)将原料混合制成矿浆；

(3)将矿浆进行碱热处理，碱热处理后冷却获得反应料浆；

(4)将反应料浆固液分离，获得反应液和反应渣；

(5)将反应渣进行逆流洗涤，制成超低碱赤泥；

(6)将反应液返回拜尔法生产氧化铝的流程。

上述的高钙赤泥中CaO的质量含量15～25％，高铁赤泥中Fe₂O₃的质量含量为25～60％。

上述的碱液的苛碱浓度以Na₂O计为180～240g/L。

上述的矿浆的固体浓度为250～450kg/m³。

上述的步骤(3)中，碱热处理的温度为220～280℃，时间0.5～2h；碱热处理后冷却至90～105℃。

上述的逆流洗涤为3～5级逆流洗涤。

上述的超低碱赤泥中铝硅比(Al₂O₃和SiO₂的质量比)为0.3～0.6，Na₂O的质量含量≤0.5％。

上述的高钙赤泥为一水铝石型铝土矿经拜耳法溶出后的赤泥。

上述的高铁赤泥为三水铝石型铝土矿经拜耳法溶出后的赤泥。

上述的步骤(3)中，碱热处理采用管道化溶出器、压煮器或高压反应釜。

上述的步骤(4)中，固液分离采用的设备为沉降槽、过滤机或压滤机。

上述的超低碱赤泥用于提铁、炼钢造渣剂、土壤修复、矿坑回填或制备建材。

上述的反应液为苛性比(Na₂O与Al₂O₃的摩尔比)3～6的低苛性比铝酸钠溶液。

上述的步骤(6)中，反应液返回拜尔法生产氧化铝的流程中，用于调整溶出料浆浓度，或用于晶种分解工序调整种分原液浓度，或者用于原料工序调配循环母液。

与现有技术相比，本发明的技术优势如下：

(1)赤泥提铝脱碱同步完成，不仅能够回收赤泥中钠硅渣和水化石榴石中的氧化铝，同时可回收高铁赤泥中的一水软铝石、(铝)针铁矿和氢氧化铝中的氧化钠和氧化铝的回收率能够分别达到90％和60％以上；

(2)充分利用高铁赤泥中的氧化铁，无需添加铁源添加剂，省去了铁酸钠或铁酸钙的高温合成，大大降低了整个工艺的生产成本；

(3)赤泥碱热转化过程中实现了(铝)针铁矿向赤铁矿的转变，重新构造了赤泥的矿相组成，大幅提高了碱热转化赤泥的沉降性能；

(4)流程短，投资小，成本低，经济性强，可以完美嫁接现有的氧化铝生产工艺，实现对一水硬铝石型赤泥和三水铝石型赤泥的同时大规模化处理；

(5)碱热处理后的赤泥几乎不含碱，可以直接用于提铁、炼钢造渣剂、土壤修复、矿坑回填、制备建材等，真正实现了赤泥的无害化、资源化和全量化利用。

附图说明

图1为本发明的综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法流程示意图；

图2为本发明实施例1中的反应渣的X射线衍射图；

图3为本发明实施例1中的反应渣的扫描电镜微观形貌图。

具体实施方式

本发明实施例中采用的高钙赤泥为一水铝石型铝土矿经拜耳法溶出后的赤泥，采用的高铁赤泥为三水铝石型铝土矿经拜耳法溶出后的赤泥。

本发明实施例中固液分离采用的设备为沉降槽、过滤机或压滤机。

本发明实施例中反应液中Al₂O₃的回收率≥60％。

本发明实施例中碱热处理采用管道化溶出器、压煮器或高压反应釜。

本发明实施例中反应液中Na₂O的回收率≥90％。

本发明实施例中的添加剂为市购工业级产品。

本发明的高钙赤泥按质量百分比含Al₂O₃ 20～30％,SiO₂ 10～25％，Na₂O 4～12％，CaO15～25％，TiO₂ 4～10％，Fe₂O₃ 5～15％，铝硅比(Al₂O₃与SiO₂的质量比)1～2。

本发明的高铁赤泥按质量百分比含Al₂O₃ 15～25％，SiO₂ 6～20％，Na₂O 2～10％，CaO0～2％，TiO₂ 4～10％，Fe₂O₃ 25～60％，铝硅比(Al₂O₃与SiO₂的质量比)1～3。

本发明的高苛性比铝酸钠溶液的苛碱浓度以Na₂O计为180～240g/L，苛性比为10～30。

实施例1

流程如图1所示；

准备高钙赤泥、高铁赤泥、碱液和添加剂为原料；

高钙赤泥为山西一水铝石矿产生的高钙赤泥，按质量百分比含Al₂O₃ 28.53％,SiO₂ 16.78％，Na₂O 6.39％，CaO 16.34％，TiO₂ 5.40％，Fe₂O₃ 8.39％，其铝硅比为1.70；高铁赤泥为印度尼西亚三水铝石矿产生的高铁赤泥，按质量百分比含Al₂O₃ 21.13％，SiO₂11.33％，Na₂O 6.33％，CaO 0.72％，TiO₂ 8.14％，Fe₂O₃ 44.51％，其铝硅比为1.86；

添加剂为石灰；

高钙赤泥、高铁赤泥和添加剂中CaO和SiO₂的质量比为2.25:1，并且Fe₂O₃与Al₂O₃的质量比为2:1；

碱液为高苛性比铝酸钠溶液，苛性比30；

将原料混合制成矿浆；矿浆的固体浓度为350kg/m³；

将矿浆加热至250℃进行碱热处理，碱热处理时间1h，然后冷却至100℃获得反应料浆；

将反应料浆固液分离，获得反应液和反应渣；反应液为苛性比5的低苛性比铝酸钠溶液；反应渣的X射线衍射图如图2所示，扫描电镜微观形貌如图3所示；

将反应渣进行4级逆流洗涤，制成超低碱赤泥，其铝硅比为0.48，Na₂O的质量含量0.33％；超低碱赤泥用于提铁、炼钢造渣剂、土壤修复、矿坑回填或制备建材；

反应液返回拜尔法生产氧化铝的流程中，用于调整溶出料浆浓度，或用于晶种分解工序调整种分原液浓度，或者用于原料工序调配循环母液；

Na₂O和Al₂O₃的回收率分别为91.25％和73.08％。

实施例2

方法同实施例1，不同点在于：

(1)高钙赤泥为河南一水铝石矿产生的高钙赤泥，按质量百分比含Al₂O₃ 23.65％，SiO₂ 17.71％，Na₂O 4.18％，CaO 16.10％，TiO₂ 4.21％，Fe₂O₃ 8.40％，其铝硅比为1.34；高铁赤泥为几内亚三水铝石矿产生的高铁赤泥，按质量百分比含Al₂O₃ 16.16％，SiO₂7.07％，Na₂O 3.38％，CaO 1.06％，TiO₂ 6.12％，Fe₂O₃ 53.95％,其铝硅比为2.29；

(2)添加剂为石灰乳，碱液为高苛性比铝酸钠溶液，苛性比20；高钙赤泥、高铁赤泥和添加剂中CaO和SiO₂的质量比为2:1，并且Fe₂O₃与Al₂O₃的质量比为1:1；

(3)矿浆的固体浓度为250kg/m³；

(4)将矿浆加热至280℃进行碱热处理，时间0.5h，冷却至105℃；

(5)反应液为苛性比6的低苛性比铝酸钠溶液；

(6)将反应渣进行5级逆流洗涤，制成超低碱赤泥，其铝硅比为0.39，Na₂O的质量含量0.48％；

Na₂O和Al₂O₃的回收率能够分别达为92.56％和73.40％。

实施例3

方法同实施例1，不同点在于：

(1)高钙赤泥为广西一水铝石矿产生的高钙赤泥，按质量百分比含Al₂O₃ 20.59％，SiO₂ 10.92％，Na₂O 3.41％，CaO 17.92％，TiO₂ 5.76％，Fe₂O₃ 32.51％，其铝硅比为1.89；高铁赤泥为澳大利亚三水铝石矿产生的高铁赤泥，按质量百分比含Al₂O₃ 25.59％，SiO₂19.30％，Na₂O 10.02％，CaO 1.87％，TiO₂ 5.36％，Fe₂O₃ 25.94％,其铝硅比为1.33；

(2)添加剂为电石渣，碱液为氢氧化钠溶液，苛碱浓度以Na₂O计为180g/L；高钙赤泥、高铁赤泥和添加剂中CaO和SiO₂的质量比为2.5:1，并且Fe₂O₃与Al₂O₃的质量比为1.5:1；

(3)矿浆的固体浓度为450kg/m³；

(4)将矿浆加热至220℃进行碱热处理，时间2h，冷却至90℃；

(5)反应液为苛性比4的低苛性比铝酸钠溶液；

(6)将反应渣进行3级逆流洗涤，制成超低碱赤泥，其铝硅比为0.53，Na₂O的质量含量0.25％；

Na₂O和Al₂O₃的回收率能够分别为90.94％和66.31％；

采用电石渣作为钙源，代替传统的石灰或石灰乳，可以达到以废治废的效果。

实施例4

方法同实施例1，不同点在于：

(1)添加剂为石灰乳，碱液为高苛性比铝酸钠溶液，苛性比10；高钙赤泥、高铁赤泥和添加剂中CaO和SiO₂的质量比为2.2:1，并且Fe₂O₃与Al₂O₃的质量比为1.8:1；

(2)矿浆的固体浓度为400kg/m³；

(4)将矿浆加热至260℃进行碱热处理，时间1.5h，冷却至95℃；

(5)反应液为苛性比3的低苛性比铝酸钠溶液；

(6)将反应渣进行5级逆流洗涤，制成超低碱赤泥，其铝硅比为0.42，Na₂O的质量含量0.33％；

Na₂O和Al₂O₃的回收率能够分别达为91.88％和69.89％。

Claims

1.一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）准备高钙赤泥、高铁赤泥、碱液和添加剂为原料；高钙赤泥、高铁赤泥和添加剂中CaO和SiO₂的质量比为（2~2.5）:1，并且Fe₂O₃与Al₂O₃的质量比为（1~2）:1；添加剂为石灰、石灰乳或电石渣；碱液为氢氧化钠溶液或高苛性比铝酸钠溶液，高苛性比铝酸钠溶液的苛性比≥10，碱液的苛碱浓度以Na₂O计为180~240g/L；高钙赤泥中CaO的质量含量15~25%，高铁赤泥中Fe₂O₃的质量含量为25~60%；

（2）将原料混合制成矿浆，矿浆的固体浓度为250~450kg/m³；

（3）将矿浆进行碱热处理，碱热处理后冷却获得反应料浆；

（4）将反应料浆固液分离，获得反应液和反应渣；

（5）将反应渣进行3~5级逆流洗涤，制成超低碱赤泥；超低碱赤泥中铝硅比为0.3~0.6，Na₂O的质量含量≤0.5%；

（6）将反应液返回拜尔法生产氧化铝的流程。

2.根据权利要求1所述一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法，其特征在于步骤（3）中，碱热处理的温度为220~280℃，时间0.5~2h；碱热处理后冷却至90~ 105℃。

3.根据权利要求1所述一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法，其特征在于步骤（4）中，固液分离采用的设备为沉降槽、过滤机或压滤机。

4.根据权利要求1所述一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法，其特征在于所述的反应液为苛性比3~6的低苛性比铝酸钠溶液。

5.根据权利要求1所述一种综合处理高钙赤泥和高铁赤泥的方法，其特征在于步骤（3）中，碱热处理采用管道化溶出器、压煮器或高压反应釜。