处理赤泥的方法和系统与流程

本发明涉及处理赤泥的方法和处理赤泥的系统。

背景技术：

赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的最主要的固体废渣，目前，国内赤泥每年排放量超过3000万t，除少部分应用于水泥生产、制砖等用途外，大多湿法露天筑坝堆存，现今赤泥累积堆存已超过3.5亿吨。由于赤泥中碱含量过高，脱碱成本高，因而限制了赤泥在水泥中的应用。

从成分来看，赤泥中酸性氧化物含量特别高，尤其是Al₂O₃、SiO₂含量特别高，在还原过程中需要添加大量的石灰石作为碱性熔剂。不加入石灰石时或加入量较少时，球团不能得到充分的还原，金属化率很低，不利于后续渣铁分离。当加入较多的石灰石后，石灰石中CaO在高温下则与FeO、SiO₂、Al₂O₃形成钙铁橄榄石等低熔点化合物，导致球团软熔与耐火材料粘接严重，因此得到高金属化率的金属化球团比较难，现有的回转窑采用赤泥粉料烧结的方法，脱碱率虽能达到60％以上，但金属化率仅有50％-70％，铁回收率30％，设备易结圈，生产不顺。

从成型条件来看，赤泥持水性强，并且物料含水时黏性较大，物料容易团聚粘结在一起，因此采用圆盘造球工艺很难使母球持续长大，因而在进行还原时需要将赤泥和煤粉添加剂采用压球工艺制备球团，由于要保证压球落下强度指标，压球机压力较大时才能保证合格的球团强度，而此时球团的透气性较差，恶化了球团还原时碳还原的动力学条件。另外由于压制球团比较致密，赤泥中的碱金属在还原后不能得到挥发，导致直接还原过程中脱碱率很低，80％以上的碱金属都留在球团中，影响球团渣铁分离后炉渣或尾矿的综合利用。

由此，赤泥的直接还原处理方法有待研究。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种处理赤泥的方法，该方法同时采用高挥发份煤粉、高固定碳煤粉作为赤泥还原过程中的还原剂，利用煤粉的高挥发性加大球团孔隙率，促进铁氧化物的还原与碱金属的挥发，从而得到低碱金属含量、高金属化率的金属化球团。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种处理赤泥的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：将赤泥与高挥发份煤粉和高固定碳煤粉进行混合处理，以便得到混合物；将所述混合物进行成型处理，以便得到球团；将所述球团在还原气氛下进行还原焙烧处理，以便得到含碱烟气和金属化球团；以及将所述金属化球团进行渣铁分离处理，以便得到铁粉和尾渣。

根据本发明实施例的处理赤泥的方法，将高挥发份煤粉、高固定碳煤粉作为赤泥还原过程中的还原剂，利用煤粉的高挥发性加大球团孔隙率，促进铁氧化物的还原与碱金属的挥发，并防止物料软熔粘接造成的出料困难，从而得到低碱金属含量、高金属化率的金属化球团。利用该金属化球团通过渣铁分离处理得到铁粉，该铁粉的品位和回收率高。

另外，根据本发明上述实施例的处理赤泥的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，所述金属化球团的碱金属含量不高于1％，孔隙率不低于40％，所述还原焙烧处理的碱脱除率不低于80％。

根据本发明的实施例，所述高挥发份煤粉的挥发份含量不低于35质量％。

根据本发明的实施例，所述高固定碳煤粉的固定碳含量不低于82质量％。

根据本发明的实施例，所述赤泥与所述高挥发份煤粉和所述高固定碳煤粉按质量比100：(8-15)：(20-30)进行所述混合处理。

根据本发明的实施例，所述高挥发份煤粉的粒度为0.5-4mm。

根据本发明的实施例，所述高固定碳煤粉的粒度为0.074-0.1mm。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种实施前述的赤泥处理的方法的系统。根据本发明的实施例，该系统包括：混料装置，所述混料装置具有赤泥入口、高挥发份煤粉入口、高固定碳煤粉入口和混合物出口；成型装置，所述成型装置具有混合物入口和球团出口，所述混合物入口与所述混合物出口相连；还原焙烧装置，所述还原焙烧装置具有球团入口、还原气入口、含碱烟气出口和金属化球团出口，所述球团入口与所述球团出口相连；以及渣铁分离装置，所述渣铁分离装置具有金属化球团入口、铁粉出口和排渣口，所述金属化球团入口与所述金属化球团出口相连。

根据本发明实施例的赤泥处理系统，通过在混料装置设置高挥发份煤粉入口和高固定碳煤粉入口，将高挥发份煤粉、高固定碳煤粉与赤泥混合，并作为赤泥还原过程中的还原剂，利用煤粉的高挥发性加大球团孔隙率，促进铁氧化物的还原与碱金属的挥发，并防止物料软熔粘接造成的出料困难，从而得到低碱金属含量、高金属化率的金属化球团。利用该金属化球团通过渣铁分离装置进行渣铁分离处理得到铁粉，该铁粉的品位和回收率高。

根据本发明的实施例，所述成型装置为高压对辊压球装置。

根据本发明的实施例，所述还原焙烧装置为焙烧炉。

根据本发明的实施例，该系统进一步包括：高挥发份煤破碎机，所述高挥发份煤破碎机具有高挥发份煤入口和高挥发份煤粉出口，所述高挥发份煤粉出口与所述混料装置的所述高挥发份煤粉入口相连；高固定碳煤破碎机，所述高固定碳煤破碎机具有高固定碳煤入口和高固定碳煤粉出口，所述高固定碳煤粉出口与所述混料装置的所述高固定碳煤粉入口相连。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的处理赤泥的方法的流程示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的处理赤泥的系统的结构示意图；

图3显示了根据本发明又一个实施例的处理赤泥的系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种处理赤泥的方法。参考图1，根据本发明的实施例，对该处理赤泥的方法进行解释说明，该方法包括：

S100混合处理

根据本发明的实施例，将赤泥与高挥发份煤粉和高固定碳煤粉进行混合处理，得到混合物。将高挥发份煤粉、高固定碳煤粉作为赤泥还原过程中的还原剂，利用煤粉的高挥发性加大球团孔隙率，优化球团内还原的动力学条件，促进铁氧化物的还原与碱金属的挥发，并防止物料软熔粘接造成的出料困难，从而得到低碱金属含量、高金属化率的金属化球团。

根据本发明的实施例，高挥发份煤粉的挥发份含量不低于35质量％。由此，煤粉中的高挥发份成份含量高，有利于加大球团的孔隙率，促进铁氧化物的还原与碱金属的挥发，并防止物料软熔粘接造成的出料困难。

根据本发明的实施例，高固定碳煤粉的固定碳含量不低于82质量％。由此，固定碳的还原成份含量高，有利于在还原焙烧处理中形成良好的还原气氛，还原效果好，金属化球团的金属化率高。

根据本发明的实施例，赤泥与高挥发份煤粉和高固定碳煤粉按质量比100：(8-15)：(20-30)进行所述混合处理。由此，赤泥与高挥发份煤粉和高固定碳煤粉的比例适宜，高挥发份煤粉中的挥发份成份含量适宜，保证球团具有适当的孔隙率，并且高固定碳煤粉的比例也适宜，使还原焙烧处理中形成良好的还原气氛，又无大量矿粉过量。如果高挥发份煤粉过低，则球团的孔隙率的提高不明显，进而，金属化球团的金属化率低；如果高挥发份煤粉过高，则大量粉煤浪费，并造成球团粉化。如果高固定碳煤粉的比例过低，还原剂不能维持较好的还原氛围，不利于达到高金属化率的球团；而高固定碳煤粉加入量过高，煤粉相对于矿粉过剩系数太大，容易造成球团粉化，并且增加还原剂成本。

根据本发明的实施例，高挥发份煤粉的粒度为0.5-4mm。由此，在该粒度范围内，高挥发份煤粉的挥发份释放速率适宜，有利于在球团上形成均匀的孔隙。如果高挥发份煤粉的粒度过细，挥发份释放过于迅速容易造成球团软熔；而高挥发份煤粉粒度过大，不仅不利于球团成型，而且还会影响球团的还原。

根据本发明的实施例，高固定碳煤粉的粒度为0.074-0.1mm。由此，高固定碳煤粉的粒度适宜，即使煤粉与赤泥充分接触，又充分利用了工业上难于应用的小粒径的煤粉，使生产成本更低。如果煤粉粒度过细，导致煤粉制备成本过高；如果煤粉粒度大于0.1mm，矿粉与煤粉接触不够充分，影响球团中铁氧化物的还原。

S200成型处理

根据本发明的实施例，将混合物进行成型处理，得到球团。由此，球团的粒径适宜，便于后续进行还原冶炼处理。

根据本发明的一些实施例，混合物中加入适量水再进行湿混，然后经高压对辊压制，形成球团，该制备过程不加入任何粘结剂。

S300还原焙烧处理

根据本发明的实施例，将球团在还原气氛下进行还原焙烧处理，得到含碱烟气和金属化球团。由此，在还原焙烧过程中，赤泥中的铁氧化物在还原气氛中被还原，而大量碱金属在煤粉的还原气氛下挥发而逸出进入烟气中，使球团中碱金属含量减少。

根据本发明的一些实施例，金属化球团的碱金属含量不高于1％，孔隙率不低于40％，还原焙烧处理的碱脱除率不低于80％。由此，利用本发明实施例的方法，球团的孔隙率高，甚至可增加到40％以上，可促进球团内碱金属的还原挥发，进而，碱金属的脱除率高，金属化球团的碱金属含量低，有效缓解金属化球团后续冶炼时碱金属对炉衬的侵蚀，并且得到的低碱尾矿可以用于水泥生产。

根据本发明的实施例，还原焙烧装置为焙烧炉。由此，利用常用的焙烧炉即可进行还原焙烧，系统投资成本低，并且，还原效果好，效率高。

根据本发明的一些实施例，还原焙烧处理的温度为1250～1300℃，时间为40～60min。由此，还原效率高，碱金属的脱除率高，金属化球团的金属化率高。

S400渣铁分离处理

根据本发明的实施例，将金属化球团进行渣铁分离处理，得到铁粉和尾渣。由此，通过渣铁分离处理，得到铁粉。

根据本发明的一些实施例，渣铁分离处理为磨矿磁选处理。由此，操作简便，成本低，并且，铁的回收率高。

根据本发明实施例的处理赤泥的方法，该方法将高挥发份煤粉、高固定碳煤粉作为赤泥还原过程中的还原剂，利用煤粉的高挥发性加大球团孔隙率，促进铁氧化物的还原与碱金属的挥发，并防止物料软熔粘接造成的出料困难，从而得到低碱金属含量、高金属化率的金属化球团。利用该金属化球团通过渣铁分离处理得到铁粉，该铁粉的品位和回收率高。

根据本发明的另一方面，本发明提供了一种实施前述的赤泥处理的方法的系统。参考图2，根据本发明的实施例，对该赤泥处理系统进行解释说明，该系统包括：混料装置100、成型装置200、还原焙烧装置300和渣铁分离装置400，下面对各装置进行逐一说明：

混料装置100：根据本发明的实施例，混料装置100具有赤泥入口101、高挥发份煤粉入口102、高固定碳煤粉入口103和混合物出口104。混料装置通过高挥发份煤粉入口和高固定碳煤粉入口将高挥发份煤粉、高固定碳煤粉作为赤泥还原过程中的还原剂添加到赤泥中，利用煤粉的高挥发性加大球团孔隙率，优化球团内还原的动力学条件，促进铁氧化物的还原与碱金属的挥发，并防止物料软熔粘接造成的出料困难，从而得到低碱金属含量、高金属化率的金属化球团。

根据本发明的实施例，高挥发份煤粉的挥发份含量不低于35质量％。由此，煤粉中的高挥发份成份含量高，有利于加大球团的孔隙率，促进铁氧化物的还原与碱金属的挥发，并防止物料软熔粘接造成的出料困难。

根据本发明的实施例，高固定碳煤粉的固定碳含量不低于82质量％。由此，固定碳的还原成份含量高，有利于在还原焙烧处理中形成良好的还原气氛，还原效果好，金属化球团的金属化率高。

根据本发明的实施例，赤泥与高挥发份煤粉和高固定碳煤粉按质量比100：(8-15)：(20-30)进行所述混合处理。由此，赤泥与高挥发份煤粉和高固定碳煤粉的比例适宜，高挥发份煤粉中的挥发份成份含量适宜，保证球团具有适当的孔隙率，并且高固定碳煤粉的比例也适宜，使还原焙烧处理中形成良好的还原气氛，又无大量矿粉过量。如果高挥发份煤粉过低，则球团的孔隙率的提高不明显，进而，金属化球团的金属化率低；如果高挥发份煤粉过高，则大量粉煤浪费，并造成球团粉化。如果高固定碳煤粉的比例过低，还原剂不能维持较好的还原氛围，不利于达到高金属化率的球团；而高固定碳煤粉加入量过高，煤粉相对于矿粉过剩系数太大，容易造成球团粉化，并且增加还原剂成本。

参考图3，根据本发明的实施例，该系统进一步包括：高挥发份煤破碎机500和高固定碳煤破碎机600，其中，高挥发份煤破碎机500具有高挥发份煤入口501和高挥发份煤粉出口502，其中，高挥发份煤粉出口502与混料装置100的高挥发份煤粉入口102相连；高固定碳煤破碎机600具有高固定碳煤入口601和高固定碳煤粉出口602，其中，高固定碳煤粉出口602与混料装置100的高固定碳煤粉入口103相连。由此，在混合处理前，对粒径较大的高挥发份煤和高固定碳煤进行破碎处理，以便使煤粉和赤泥充分混合接触，有利于提高球团的孔隙率和金属化率。

根据本发明的实施例，高挥发份煤粉的粒度为0.5-4mm。由此，在该粒度范围内，高挥发份煤粉的挥发份释放速率适宜，有利于在球团上形成均匀的孔隙。如果高挥发份煤粉的粒度过细，挥发份释放过于迅速容易造成球团软熔；而高挥发份煤粉粒度过大，不仅不利于球团成型，而且还会影响球团的还原。

根据本发明的实施例，高固定碳煤粉的粒度为0.074-0.1mm。由此，高固定碳煤粉的粒度适宜，即使煤粉与赤泥充分接触，又充分利用了工业上难于应用的小粒径的煤粉，使生产成本更低。如果煤粉粒度过细，导致煤粉制备成本过高；如果煤粉粒度大于0.1mm，矿粉与煤粉接触不够充分，影响球团中铁氧化物的还原。

成型装置200：根据本发明的实施例，成型装置200具有混合物入口201和球团出口202，其中，混合物入口201与混合物出口104相连，将混合物进行成型处理，得到球团。由此，球团的粒径适宜，便于后续进行还原冶炼处理。

根据本发明的实施例，成型装置为高压对辊压球装置。由此，混合物中加入适量水再进行湿混，然后经高压对辊压制，形成球团，该制备过程不加入任何粘结剂。

还原焙烧装置300：根据本发明的实施例，还原焙烧装置300具有球团入口301、还原气入口302、含碱烟气出口303和金属化球团出口304，其中，球团入口301与球团出口202相连，将球团在还原气氛下进行还原焙烧处理，得到含碱烟气和金属化球团。由此，在还原焙烧过程中，赤泥中的铁氧化物在还原气氛中被还原，而大量碱金属在煤粉的还原气氛下的挥发而逸出进入烟气中，使球团中碱金属含量减少。

根据本发明的一些实施例，金属化球团的碱金属含量不高于1％，孔隙率不低于40％，还原焙烧处理的碱脱除率不低于80％。由此，利用本发明实施例的系统，球团的孔隙率高，甚至可增加到40％以上，可促进球团内碱金属的还原挥发，进而，碱金属的脱除率高，金属化球团的碱金属含量低，有效缓解金属化球团后续冶炼时碱金属对炉衬的侵蚀，并且得到的低碱尾矿可以用于水泥生产。

根据本发明的一些实施例，还原焙烧处理的温度为1250～1300℃，时间为40～60min。由此，还原效率高，金属化球团的金属化率高。

渣铁分离装置400：根据本发明的实施例，渣铁分离装置400具有金属化球团入口401、铁粉出口402和排渣口403，其中，金属化球团入口401与金属化球团出口304相连，将金属化球团进行渣铁分离处理，得到铁粉和尾渣。由此，通过渣铁分离处理，得到铁粉。

根据本发明的一些实施例，渣铁分离装置为磨矿磁选机。由此，装置的结构简单，成本低，并且，铁的回收率高。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

利用本发明实施例的方法，对赤泥进行处理，具体方法如下：

(1)将高挥发份煤粉破碎到2mm，高固定碳煤粉磨细至-0.074mm，赤泥经烘干后润磨至粒度均匀(-0.043mm占80％)。

(2)将步骤(1)得到的物料进行配料，其中，赤泥为100重量份计，配入12％的高挥发份煤粉，25％高固定碳煤粉，加入8％的石灰石作为添加剂，将物料混合均匀，其中，高固定碳还原剂固定碳含量为82％，高挥发份含量煤粉中挥发份含量为38％，赤泥中全铁含量为35％。

(3)将步骤(2)配料后的混合物混匀后加入适量水再进行湿混，然后经高压对辊进行压球，得到球团。

(4)球团在小于300℃的条件下进行烘干，得到烘干后的球团。

(5)将烘干后的球团置于还原炉内进行直接还原，温度为1280℃，还原时间为50min。

(6)将步骤(5)还原结束后的球团采用液氮直接冷却，经测定该球团金属化率为92.4％，碱金属含量为0.48％。结果表明，利用本发明的方法制备得到的金属化球团的金属化率高，碱金属的含量低。

实施例2

利用本发明实施例的方法，对赤泥进行处理，具体方法如下：

(1)将高挥发份煤粉破碎到4mm，高固定碳煤粉磨细至0.1mm，赤泥经烘干后润磨至粒度均匀(-0.043mm占80％)。

(2)将步骤(1)得到的物料进行配料，其中，赤泥为100重量份计，配入15％的高挥发份煤粉，25％高固定碳煤粉，加入8％的石灰石作为添加剂，将物料混合均匀，其中，高固定碳还原剂固定碳含量为82％，高挥发份含量煤粉中挥发份含量为38％，赤泥中全铁含量为35％。

(3)将步骤(2)配料后的混合物混匀后加入适量水再进行湿混，然后经高压对辊进行压球，得到球团。

(4)球团在小于300℃的条件下进行烘干，得到烘干后的球团。

(5)将烘干后球团置于还原炉内进行直接还原，温度为1300℃，还原时间为40min。

(6)将步骤(5)还原结束后采用液氮直接冷却，经测定该球团金属化率为91.4％，碱金属含量为0.37％。结果表明，利用本发明的方法制备得到的金属化球团的金属化率高，碱金属的含量低。

实施例3

利用本发明实施例的方法，对赤泥进行处理，具体方法如下：

(1)将高挥发份煤粉破碎到0.1mm，高固定碳煤粉磨细至0.074mm，赤泥经烘干后润磨至粒度均匀(-0.043mm占80％).

(2)将步骤(1)得到的物料进行配料，其中，赤泥为100重量份计，配入15％的高挥发份煤粉，25％高固定碳煤粉，加入8％的石灰石作为添加剂，将物料混合均匀，其中，高固定碳还原剂固定碳含量为82％，高挥发份含量煤粉中挥发份含量为38％，赤泥中全铁含量为35％。

(3)将步骤(2)配料后的混合物混匀后加入适量水再进行湿混，然后经高压对辊进行压球，得到球团。

(4)球团在小于300℃的条件下进行烘干，得到烘干后的球团。

(5)将烘干后的球团置于还原炉内进行直接还原，温度为1300℃，还原时间为40min。

(6)将步骤(5)还原结束后的球团采用液氮直接冷却，经测定该球团金属化率为92.22％，碱金属含量为0.87％。结果表明，利用本发明的方法制备得到的金属化球团的金属化率高，碱金属的含量低。

实施例4

利用本发明实施例的方法，对赤泥进行处理，具体方法如下：

(1)将高挥发份煤粉破碎到2mm，高固定碳煤粉磨细至0.074mm，赤泥经烘干后润磨至粒度均匀(-0.043mm占80％)。

(2)将步骤(1)得到的物料进行配料，其中，赤泥为100重量份计，配入8％的高挥发份煤粉，28％高固定碳煤粉，加入8％的石灰石作为添加剂，将物料混合均匀，其中，高固定碳还原剂固定碳含量为82％，高挥发份含量煤粉中挥发份含量为38％，赤泥中全铁含量为35％。

(3)将步骤(2)配料后的混合物混匀后加入适量水再进行湿混，然后经高压对辊进行压球，得到球团。

(4)球团在小于300℃的条件下进行烘干，得到烘干后的球团。

(5)将烘干后的球团置于还原炉内进行直接还原，温度为1280℃，还原时间为50min。

(6)将步骤(5)还原结束后的球团采用液氮直接冷却，经测定球团金属化率为90.12％，碱金属含量为0.77％。结果表明，利用本发明的方法制备得到的金属化球团的金属化率高，碱金属的含量低。

实施例5

利用本发明实施例的方法，对赤泥进行处理，具体方法如下：

(1)将高挥发份煤粉破碎到0.074mm，高固定碳煤粉磨细至0.074mm，赤泥经烘干后润磨至粒度均匀(-0.043mm占80％)。

(2)将步骤(1)得到的物料进行配料，其中，赤泥为100重量份计，配入15％的高挥发份煤粉，25％高固定碳煤粉，加入8％的石灰石作为添加剂，将物料混合均匀，其中，高固定碳还原剂固定碳含量为82％，高挥发份含量煤粉中挥发份含量为38％，赤泥中全铁含量为35％。

(3)将步骤(2)配料后的混合物混匀后加入适量水再进行湿混，然后经高压对辊进行压球，得到球团。

(4)球团在小于300℃的条件下进行烘干，得到烘干后的球团。

(5)将烘干后球团置于还原炉内进行直接还原，温度为1300℃，还原时间为40min。

(6)将步骤(5)还原结束后的球团采用液氮直接冷却，经测定球团金属化率为87.12％，碱金属含量为1.37％。结果表明，利用本发明的方法制备得到的金属化球团的金属化率高，碱金属的含量低。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。