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从赤泥中回收铁工艺的研究进展

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2005年6月

四川有色金属

SichuanNonferrousMetals

23?

文章编号:

1006-4079（2005）02-0023-03

从赤泥中回收铁工艺的研究进展

姜平国,王鸿振

（江西理工大学材料与化学工程学院,江西　赣州341000）

摘要:

本文叙述了赤泥中铁回收的意义及铁的赋存概况,介绍了国内外从赤泥中回收铁元素的工艺,并对其进行了评述.关键词:

赤泥;回收;铁中图分类号:

TF803.26　　　文献标识码:

A

RecoveringtheIronfromRedMudGeneration

（CollegeofMaterialandChemistryEngineeringUniversityofScienceandTechnologyjingxi,Gandzhou341000,China）

Abstract:

Thepaperhasnarratedthemeaningofironrecoveryinredmudandironcomposestoregeneralsituationinredmud.Theprocessofrecoverytheironfromredmudweresummarizedinalltheworldandmyreviewwasgave.Keywords:

redmud;recovering;iron

赤泥是氧化铝工业生产过程中排出的一种固体废物,我国氧化铝厂每年排放赤泥180万吨以

上,大都筑坝堆存,费用昂贵。

赤泥中含有一定的碱量和放射性元素污染周边环境且其中富集了多种有价元素,因而赤泥的综合利用近年来已引起普遍的重视[1].赤泥的化学成分与原铝土矿的成分及氧化铝的生产工艺有关,特别是平果铝业的拜耳法赤泥,含铁23.21%以上。

在铁矿产资源日益减少和趋向枯竭的情况下,把高铁赤泥看作第二资源,研究从中综合回收铁及其他有价成分,是一项具有战略意义和现实意义的工作.

[2]

1　铁在赤泥中的性质[3～10]

1.1　赤泥的成分

在我国,高铁赤泥只有平果拜耳法赤泥,其中

收稿日期:

2005-04-20）作者简介:

姜平国（1976—,男,在读研究生。

江西理工大学材料与化学工程学院有色金属冶金专业.

JIANGPing2guo,WANGHong2zhen

Fe2O3Al2O3>23.21SiO217.20CaO12.0414.90

的主要成分如表1.表1　赤泥的主要元素的分析结果/%

TiO2Sc2O30.013K2O1.0Re2O30.153ZrO50.54V2O50.21ThO20.017Nb2O50.028Ta2O50.0955.46

Na2O4.0

1.2　赤泥的物相分析

在氧化铝生产过程中,一些不与苛性钠反应而出现在赤泥中的铝土矿矿物质（如赤铁矿、针铁矿、锐铁矿、金红石、石英等）属于天然矿物质类。

在扫描时,这些矿物质提供明确的化学组成和X射线衍射图。

它们多半是Fe、和Si的矿物质,Ti

X射线衍射物相分析结果表明,赤泥中含有赤铁

αα矿（2Fe2O3）和针铁矿（2FeOOH）、一水硬铝石（Al2O3?

H2O）、化石榴石（Ca3AlFe（SiO2）水

（OH））、含水硅铝酸钠（Na2O?

2O3?

68SiO2Al1.

24?

姜平国等:

从赤泥中回收铁工艺的研究进展

第2期

1.73H2O）、钙铁矿（CaTiO3）、羟钙石（Ca（OH）2）、方解石（CaCO3）等物相,其中赤铁矿和水化石榴

石含量较高.1.3　铁的赋存状态铁在赤泥中主要以Fe2O3为主,含有少量的FeO,前者与后者的比例几乎以9:

1的含量出现。

这是天然铝土矿中所伴生的黄铁矿（FeS2）氧化水解后形成的胶体Fe（OH）3沉淀物;Fe（OH）2胶体在强碱度和加热条件下性质不稳定,具有转化为针铁矿（FeOOH）的趋势,在新鲜赤泥中针铁矿与胶体Fe（OH）3可能并存,而Fe则主要以赤铁矿分散在赤泥里,经堆放干燥后,一部分Fe2O3会转变成铁的复合硅酸盐.1.4　铁在赤泥中的粒度分析μμ小于2m赤泥胶粒化学分析与大于2m粗粒分析结果的对比表明,赤泥中SiO2、2O3和AlμFe2O3主要呈胶体的形式分布在小于2m赤泥胶粒中,各矿物多以Fe,Al,Si胶结体形式存在,结晶极不完整.

李佩鸿[13]在试验条件下,将平果拜耳法赤泥直接还原焙烧后磁选,可以有效回收其中的铁。

其工艺如下赤泥与还原剂（配煤比为17%）混合均匀制成直径为5～12mm的团粒,干燥后置瓷坩埚于箱式电阻炉中进行还原熔烧。

温度上升至1000℃开始计时,2小时后停电,焙烧产物在隔绝氧气的条件下冷却至室温。

焙烧矿细磨后于磁选机中磁选,得到海绵铁。

产品海绵铁中含铁84.17%,铁的回收率为86.96%,可以代替废钢作为炼钢的原料.李朝样[14]报道了从我国平果铝赤泥中回收铁半工业试验取得成功,工艺不经还原直接采用SLON型脉动高梯度磁选机作选别设备,采用一粗一精全磁选流程,采用开路流程时,赤泥中含铁为18.88%经磁选得含铁为54.16%的铁精矿,铁回收率为30.3%;采用闭路流程时,赤泥中含铁为17～19%经磁选得含铁为54～58%的铁精矿,铁回收率为16～36%,闭路流程72h连续运转;赤泥中含铁为18.99%经磁选得含铁为54.65%的铁精矿,铁回收率为35.25%。

其中铁精矿中杂质元素含量分别为S0.1%、0.018%、2PSiO0.46%、2O35.42%.Al罗道成等[15]利用氧化铝厂赤泥,配入A型催化剂,采用煤基直接还原—焙烧渣铁,磁选分离—冷固成型新工艺流程,生产出优质的直接还原铁团矿。

其最佳工艺条件为∶赤泥∶还原煤∶型A还原催化剂的质量配比为83∶∶,还原焙烧温143度为1150℃,焙烧时间为2h,磁场强度为2000A/m,磨矿细度为0.05～0.074mm粒级占40%（质量百分数）。

在最佳工艺条件下制备的直接还原铁产品,所得产品的金属化率为92.1%,含铁品位为92.7%,铁回收率为94.2%,该产品可作电炉炼钢的原料.以上的资料都是做直接提铁的研究,没有考虑赤泥中其他有价金属的回收问题,工艺不经济,有可能造成资源二次浪费与二次污染.2.2　赤泥还原炼铁匈牙利.托拉斯工程和发展中心[16]及土耳其的E.Ercagt等[17]进行过电弧熔炼赤泥和炉渣湿法冶炼试验研究,其工艺过程包括赤泥焙烧预处

2　从赤泥中回收铁的研究现状

2.1　培烧还原———磁选

美国矿物局[11]研究了将赤泥、石灰石、碳酸钠与煤混合,磨碎后在800—1000℃条件下进行还原性烧结,烧结块粉碎后用水溶出,铝有89%被溶出,过滤后滤液返回拜耳法系统回收铝,溶渣用高强度磁选机分选,磁性部分在1480℃进行还原熔炼产出生铁,非磁性部分用硫酸溶解其中的钛,过滤后钛的硫酸盐经水解、燃烧制得TiO2。

该工艺经小型试验、半工业试验,可制得含Fe93～94%、4～4.5%的生铁,按磁性部分铁含量计C算,铁回收率达到95%,所生成的TiO2纯度为87～89%,钛在非磁性部分中的回收率为73～79%,该工艺存在的主要问题是能耗大,铁的磁选效率低.

XiangQinfang,SchiesingerMarkE.等[12]也

报道了一种从赤泥中低温还原———磁选分离铁工艺,研究认为:

在还原过程中,用煤、、炭锯木屑、干蔗渣作固相还原介质,还原温度可降低到350℃,还原后的赤泥经磁选同样较好地回收了铁.

2期第

姜平国等:

从赤泥中回收铁工艺的研究进展

25?

理、电弧炉熔炼得炼钢生铁和炉渣,其中匈牙利产出的生铁平均成分为（%）:

Si0.3～0.6;Ti0.2～0.7;Mn0.3～5.0;V0.3～0.4;C4.2～5.0;P<0.3;S<0.01,是一种介于铸造生铁和制钢生铁之间的特种生铁,可用于生产合金钢和冷硬铸件。

炉渣经水淬后用60～80g/l的Na2CO3进行浸出,由于炉渣中的CaO具有使溶液中的碱进一步苛化作用,赤泥中的碱和铝更利于进入溶液,溶液返回氧化铝生产系统,使碱和铝得到较大回收。

溶渣中的碱可降到0.3～0.4%,可用于水泥生产。

该工艺主要缺点是未对其它有价金属进行综合回收.前南斯拉夫[16]对赤泥中各元素综合回收方面进行了系统研究,所提出的综合回收工艺流程包括①赤泥造块:

干燥后的赤泥经烧结、压团后,在混料机内与焦炭和石灰石混合或者原料直接混合后再造块;②还原熔炼:

在电弧炉或高频炉中进行,为降低反应熔点,在还原过程中加入白云石或石灰石以获得适当粘度的炉渣,赤泥中的Al2O3、TiO2、2、2进入炉渣,Ni、、、和CrZrOThOMoNbV则大部分被还原进入生铁,少量的TiO2也被还原。

所得炉渣成分大致为（%）:

FeO1.57～3.47、

TiO28.07～10.30、2O31.2～34.7、28.5～AlSiO16.77、CaO31.27～40.10、MgO7.94～11.19,生

中的铁采用碳热还原,铁的金属化率超过94%,进一步熔化可制得生铁,TiO2在熔化炉渣中得到有效富集,经酸浸出后可从溶液中回收,已计划工业规模生产回收TiO2.虽然赤泥还原炼铁———炉渣浸出工艺有效地回收了铁等,但其要求赤泥中铁含量高,即只能处理拜尔法赤泥,烧结法赤泥难以用上述工艺还原回收得到生铁.

3　结束语

（1）大量的赤泥物相表明,铁是主要赤铁矿和

针铁矿,前者占到90%以上。

同时各矿物多以Fe,Al,Si胶结体形式存在,晶粒微细,结晶极不完整.

（2）赤泥中铁的还原从热力学和动力学上来看,是完全可行的。

黄柱成[10]等人从热力学和动力学上对广西三水铝土矿拜尔法赤泥还原焙烧机理进行分析和探讨。

研究表明,在50～1250℃左右进行还原焙烧,完成晶体结构重整,可使细粒分布的铁铝分离.（3）考虑赤泥的化学成分与原铝土矿的成分及氧化铝的生产工艺有关,针对不同赤泥的特性,要有相对优化的提取工艺,这样才能取得良好的提取效果.总之,大量的资料表明,从高铁赤泥中提铁及综合回收其他有价金属,工艺技术难度不大。

不久的将来,在环保和经济两方面,赤泥的综合利用一定会取得双赢.参考文献

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（2）:

35-37.【2】杨志民.我国氧化铝生产的综合回收与利用[J].世界有色金属,2002

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35-38.【3】何小虎,韦莉,何书桌.平果铝赤泥综合利用探讨和建议[J].轻金属,2004（3）:

14-18.【4】杨绍文,曹耀华,李清,等.氧化铝生产赤泥的综合利用现状及进展[J].矿产保护与利用,1999/12（6）:

4649.

铁杂质含量则与匈牙利方法相当;③炉渣浸出:

炉渣经粉碎后在液固比为1:

6、温度为80～90℃、反应时间为30～60min条件下用硫酸浸出,Al2O3、TiO2、、2以及部分稀土被溶解进入溶液;ZrOThO④萃取分离:

浸出液用5%的二（2-乙基已基）磷酸萃取分离,100%Zr、5%Ti及100%Th、99.Sc和稀土进入有机相与其它元素分离,再通过用

10%Na2CO3;反萃,反萃液经水解分离出氢氧化钛（灼烧得TiO2）,水解后溶液经蒸发干燥可获得

富锆稀有金属矿物,其成分如下（%）:

Zr85.5、Hf1.05、0.925、0.0015、0.078、0.295、UScThYCe0.175。

该工艺比匈牙利方法更进一步,在有价金属回收方面做了进一步工作,但对钪和稀土等贵重稀散金属未作进一步提取回收.近几年,Mishra,B.Staley,A.等[18]对赤泥还原炼铁———炉渣浸出工艺作了进一步研究,赤泥

【5】刘予高,杨昌适,程宗浩等.拜耳法赤泥的处理和利用[J].中国有色金属学报,1997（3）:

40-44.

（下转第40页）

40?

李慧玲等:

合金样品中钴、镍分量测定方法的研究

从表1可见:

两者结果基本一致,无系统误差.

第2期

【6】景英仁,景英勤,杨奇.赤泥的基本性质及其工程特性

[J].轻金属,2001（4）:

20-24.

【7】尹中林.从平果铝矿的拜尔法赤泥中提取氧化钪的初步试验研究[J].铝镁通讯,1995（3）:

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【8】杨世杰,杨明,杨元龙等.平果铝厂赤泥的物相分析

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269-272.

【9】曲永新,关文章,张永双等.炼铝工业固体废料（赤泥）质学报,2000（8）:

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【10】黄柱成,孙宗毅,左文亮.含铁赤泥还原分选机理探讨[J].中南矿冶学院学报,1992（4）:

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【11】LuigePiga,FaustoPochetti.LuisaStoppa.Recovering

tion[J].JOM,v45nllNov1993:

54-59.

【12】XiangQnfang,LiangXiaohong,SchiesingerMarkE.e2

tal.Lowtemperaturereductionofferricironinred[J].

不被破坏[1],因此可用煮沸的方法消除镍、铬的干扰。

217　煮沸时间试验证明:

煮沸时间在0.5～1.5min内,钴络合物的吸光度稳定。

选用煮沸时间1min。

试验证明:

钴显色体系在放置10min后显色完全,其稳定性可保持24h不变。

因此选用放置10min时间。

2110　倍比实验分别称取不同量样品,测定结果如下:

　　　　　1表

样品名称批号称样量/g

0.10000.2000

3　样品分析

称取0.2000g试样于250ml烧杯中,加磷—硫混合酸于电炉上溶解完全,冷却后移入200ml容量瓶中,用水定容,根据钴、镍含量的多少分取适量体积试液于100ml容量瓶中,按试验方法进行测定,结果见表2.　　　　2　表样品分析结果

批号

2816034046

环境温度对镍显色体系稳定性有较大影响。

试验证明:

室温低于20℃时,显色完全后的体系可稳定近1h;室温在20～25℃时,可稳定近30min;当室温高于25℃,可稳定10min左右。

时

219　放置时间

合金样品

218　环境温度对镍显色体系稳定性的影响

测定元素

CoNiCoNi35006

测定元素测定值/%钴镍钴镍

11.7411.688.443.59

理论配制量RSD/%加标回收率

/%11.7511.758.533.67（n=8）0.930.841.02.0/%97.996.895.494.2

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测定结果/%

6.602.316.562.26

（上接第25页）

LightMetals:

ProceedingofSession,TMSAnnualMeetingFebⅡNov152000:

157-162.

【13】李佩鸿.平果铝矿赤泥直接还原炼铁的研究[J].广西冶金,1999（7）:

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【18】MishraB.StdeyA.RecoveryofValueaddedproducts

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1