1前言
拜耳法赤泥的利用越來越受到關(guān)注，特別是節(jié)能減排力度的加強(qiáng)，如何更好的利用拜耳法赤泥，開辟更多的利用途徑最大限度的減少赤泥排放量顯得更加重要。早期的赤泥原位磁選試驗(yàn)以及磁化焙燒選鐵的試驗(yàn)，雖然也取得了很好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，但當(dāng)時(shí)由于各方面條件所限，并沒有做更多更深入的研究工作。
隨著國際鐵礦石的價(jià)格飛漲，而氧化鋁價(jià)格下滑的形勢(shì)，如何進(jìn)一步節(jié)能降耗，擺在技術(shù)人員的面前，目前中國鋁業(yè)山東分公司的三個(gè)分廠的拜耳法產(chǎn)量都在加大，二鋁通過高梯度高強(qiáng)度磁選除鐵的辦法，對(duì)鋁土礦的依賴性很強(qiáng)，并且得到的鐵礦砂品位含量低，同樣在回收率上低，造成大量的鐵元素物質(zhì)還是殘留在溢流赤泥中，如何更好的全面利用，降低排放量，在實(shí)驗(yàn)室采用低鋁低硅礦溶出高鐵赤泥進(jìn)行磁化焙燒，得到富礦鐵精粉與尾礦渣，并對(duì)高鐵赤泥提取鐵精粉進(jìn)行了研究論證
2高鐵赤泥磁化焙燒提取鐵精粉試驗(yàn)
2.1原理
高鐵赤泥中主要的礦物組成為方解石、石英、鈉硅渣、赤鐵礦、針鐵礦和伊利石等。赤泥中的氧化鐵含量為30%左右，以赤鐵礦、針鐵礦為主要存在狀態(tài)，二者的含量占赤泥總鐵含量的95%以上，其次為硅酸鐵鹽類[1]。磁化焙燒是將高鐵赤泥加熱到一定溫度后在相應(yīng)氣氛中進(jìn)行物理化學(xué)反應(yīng)，低溫還原焙燒恰好適用于赤泥中的赤鐵礦和針鐵礦，常用的還原劑有C，CO和H2等，赤鐵礦，針鐵礦在加熱過程中會(huì)首先排出化合水，變成不含水的赤鐵礦，然后按還原反應(yīng)被還原成磁鐵礦，再通過磁選分離，得到鐵精粉[2]。
高鐵赤泥中鐵元素的存在形態(tài)大致有Fe2O3 ，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)eOOH，NaFeO2，F(xiàn)eS2，F(xiàn)eO及其與2FeO·SiO2 和FeO·Al2O3等的復(fù)合化合物[3]。它們的還原順序于分解順序相同：
3Fe2O3 2Fe3O4 6FeOOH 6FeO 6Fe。
2.2原料
高鐵赤泥 、煙煤塊、自制復(fù)合助劑。 設(shè)備：高溫爐、 球磨機(jī)
高鐵赤泥成分見表1. 鋁土礦和赤泥中鐵礦物的XRD和DTA圖譜見圖1.
表1.試驗(yàn)用拜耳法赤泥的主要化學(xué)成分(%)
圖1 鋁土礦和高鐵赤泥中鐵礦物的XRD和DTA圖譜
A-針鐵礦;B-赤鐵礦;C-鈦鐵礦;D-磁鐵礦;E-赤泥中鈦鐵礦;H-赤鐵礦;GO-針鐵礦
2.3實(shí)驗(yàn)過程與條件
按照處理低品位鐵礦石的辦法，對(duì)原生赤泥直接配碳進(jìn)行低溫還原焙燒，然后對(duì)焙燒渣脫碳處理后，進(jìn)行球磨，磨細(xì)后的焙燒渣再進(jìn)行磁選，得到鐵精粉和尾礦渣。
主要實(shí)驗(yàn)條件：溫度：600度;時(shí)間：1小時(shí);干基配碳比：15%。
2.4技術(shù)控制要點(diǎn)
保持還原氣氛，控制原生赤泥還原焙燒的磁化率。
脫碳處理過程中防止還原物的二次氧化與磁性鐵的二次包覆，控制鐵精粉的雜質(zhì)含量，即鐵精粉的二次除雜。磁選過程控制鐵精粉的品位，保持高的回收率。
3試驗(yàn)結(jié)果與分析
實(shí)驗(yàn)室得到鐵精粉3000g。實(shí)驗(yàn)結(jié)果磁化焙燒-分離分選數(shù)據(jù)如下表2.，全部按照Fe2O3折合計(jì)算
表2.磁化焙燒-分離分選數(shù)據(jù)
鐵精粉SEM見圖2，尾渣SEM見圖3，X光見圖4， EDS見圖5
圖2鐵精粉SEM 圖3尾渣SEM
由圖可知：鐵精粉和尾礦中鐵元素的物相鑒定顯示為：四氧化三鐵。另外在尾礦中還有部分未還原的赤鐵礦和部分亞鐵。尾礦中硅渣的物相并未發(fā)生變化。磁化率達(dá)到90%，回收率在75%，鐵精粉的全鐵品位在65%。 從結(jié)果可以看出：采用煤基還原高鐵赤泥，磁選獲得高品位鐵精粉在技術(shù)是可行的。
由于國際鐵礦石價(jià)格漲得很高，使得此技術(shù)在經(jīng)濟(jì)上有了很好的空間。鐵精粉的其他雜質(zhì)含量，經(jīng)過測試，與濟(jì)鋼煉鐵廠提供指標(biāo)也是吻合的。主要是鈦、鋁、硅、硫、磷的指標(biāo)[4]。
焙燒溫度、焙燒時(shí)間、炭粉及焙燒渣的處理方式是影響焙燒效果的主要因素。(影響因素分析略)在焙燒溫度500 ℃、 15% 炭粉 、焙燒時(shí)間 60 min 時(shí)，磁選精礦中總鐵含量達(dá)到 65%，磁化率為 90%，回收率為 75%。產(chǎn)品雜質(zhì)含量低，可作為鐵精粉做煉鐵原料。
圖4鐵精粉X-ray圖譜 圖5尾礦EDS圖譜
尾礦中折合氧化鐵的含量在9.28，里面通過物相可以看出，還有部分磁鐵礦相，主要是有發(fā)生了磁鐵礦的二次包覆與氧化現(xiàn)象，需進(jìn)一步改進(jìn)。磁選后的殘?jiān)械牡V物組成以 NaAlSiO4 為主，并含有石英、赤鐵礦、三水鋁土礦等。經(jīng)過進(jìn)一步除雜，為下一步利用打下很好基礎(chǔ)。分選的鐵精粉粒度組成如下圖，圖6。
圖6分選鐵精粉粒度組成
還原礦磁選時(shí)選用普通磁選機(jī)，不再使用高梯度、高強(qiáng)度的脈沖磁選機(jī)，加大處理量，大大降低了磁選成本。
4Slon高梯度磁選機(jī)磁選分離鐵精粉
采用Slon高梯度磁選機(jī)進(jìn)行高鐵赤泥磁選分離試驗(yàn)，流程如下圖7，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。
圖7磁選分離鐵精粉流程圖
表3高鐵赤泥磁選數(shù)據(jù)
由表中可以看出高鐵赤泥屬于弱磁性物質(zhì)，特別是細(xì)粒與微細(xì)粒的赤鐵礦在赤泥中互相包覆現(xiàn)象，所以當(dāng)它們進(jìn)入磁選機(jī)進(jìn)行磁選分離時(shí)，將會(huì)沿著磁力線形成磁鏈或磁束[5]。但是細(xì)的磁鏈的退磁因子比單個(gè)顆粒的小得多，而它的磁化率或磁感應(yīng)強(qiáng)度卻比單個(gè)顆粒高得多。在磁選機(jī)磁場中形成的磁鏈對(duì)回收微細(xì)的磁性顆粒，特別是濕選時(shí)有好的影響，在磁場比較強(qiáng)的區(qū)域方向上，水介質(zhì)對(duì)磁鏈的運(yùn)動(dòng)阻力小于單個(gè)顆粒的阻力。生產(chǎn)實(shí)踐也證明很少有單個(gè)顆粒在磁選過程中出現(xiàn)，目前第二氧化鋁廠所選的鐵礦砂絕大多數(shù)是以磁鏈存在的。
5磁選分離鐵精粉前沿技術(shù)分析
5.1超導(dǎo)磁選技術(shù)
超導(dǎo)磁選機(jī)具有重量輕，體積小，處理量大的優(yōu)點(diǎn)，屬于很先進(jìn)的磁選技術(shù)，但是由于目前超導(dǎo)材料稀貴，加之還需要附屬制冷設(shè)備和絕熱設(shè)備，設(shè)備費(fèi)用極高，目前從設(shè)備到技術(shù)應(yīng)用還處于研制和試驗(yàn)階段[6]，對(duì)于拜耳法赤泥的磁選工業(yè)應(yīng)用是不適合的。
5.2磁流體靜態(tài)熱分選技術(shù)
磁流體分選技術(shù)是利用順磁性液體與鐵磁性膠體的懸浮液為分選介質(zhì)，與重力分選具有相似之處，不過，除了重力場的作用，還有磁場作用。高鐵赤泥中含有細(xì)顆?；蛭⒓?xì)顆粒形成的絮團(tuán)或磁團(tuán)，當(dāng)磁極形狀、間隙和磁勢(shì)一定時(shí)，一定密度和磁化率的赤泥料漿只在相應(yīng)的高度上懸浮，也就是說，完全可以實(shí)現(xiàn)拜耳法赤泥中的鐵礦物與脈石顆粒在赤泥料漿中通過磁力的影響，進(jìn)行分層懸浮，再現(xiàn)溶出過程中的數(shù)學(xué)模型分布，根據(jù)懸浮高度差再用機(jī)械的辦法將它們一一分離[7]。這樣對(duì)與提高鐵礦砂的品位以及同時(shí)提高鐵的回收率意義重大，實(shí)現(xiàn)拜耳法赤泥的完全分選。
6經(jīng)濟(jì)效益估算
每處理1噸高鐵赤泥可得鐵精粉0.2噸，每年處理200萬噸赤泥計(jì)算，可得鐵精粉40萬噸。每噸鐵精粉處理成本600元/噸。鐵精粉目前售價(jià)800元/噸。每噸可得到利稅200元/噸。
每年可創(chuàng)造產(chǎn)值：4.0億元。每年可創(chuàng)造利稅0.8億元。
7結(jié)語
利用低鋁低硅礦溶出高鐵赤泥， 通過SEM-EDS手段，采用 XRD、DTA-TG、IR方法，控制技術(shù)條件，磁化焙燒與磁選分離得到富礦鐵精粉與尾礦渣，試驗(yàn)磁化率達(dá)到了90%，回收率在75%，鐵精粉的全鐵品位在65%。
利用Slon系列高梯度脈沖磁選機(jī)研究了高鐵赤泥磁選分離鐵精粉，細(xì)的磁鏈的退磁因子比單個(gè)顆粒的小得多，而它的磁化率或磁感應(yīng)強(qiáng)度卻比單個(gè)顆粒高得多。在目前的市場行情下，克服技術(shù)上的障礙，在經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行比對(duì)，高鐵赤泥分選鐵精粉在技術(shù)和市場、環(huán)境要求等方面都是可行的。
參考文獻(xiàn)
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[3]楊重愚編著，氧化鋁生產(chǎn)工藝學(xué)(M)，1982年，冶金工業(yè)出版社，北京：P321.
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[7]楊志民，我國氧化鋁生產(chǎn)的綜合回收與利用[J]，世界有色金屬，2002(2):35-38.
聲明：
“高鐵赤泥制備鐵精粉工藝試驗(yàn)” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：中國鋁業(yè)山東分公司研究院
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