CN110734238B - 一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法、填充料、胶凝材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法、填充料、胶凝材料及制备方法,涉及工业废渣资源化利用技术领域。其包括如下步骤:将赤泥与脱硫灰混合后进行煅烧。该方法利用氧化铝生产工艺中的中间产物赤泥和固体废弃物脱硫灰进行煅烧,赤泥中的氧化铁具有催化氧化的特性,氧化铁可以将脱硫灰中的亚硫酸钙氧化为硫酸钙,氧化铁自身被还原为磁铁矿。产生的磁铁矿可以用于钢铁冶炼等用途。该方法可以大量消纳赤泥,既实现了钢铁自身降本增效,又解决了赤泥排放和处理难题,提升了经济效益和环境效益。
Description
技术领域
本发明涉及工业废渣资源化利用技术领域,具体而言,涉及一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法、填充料、胶凝材料及制备方法。
背景技术
赤泥是氧化铝企业利用铝土矿生产氧化铝过程中产生的废渣,因其富含氧化铁,呈赤红色泥浆状,故被称为赤泥或红泥。根据国际氧化铝协会的统计,我国氧化铝产量在近10年来呈井喷式增长,氧化铝年产量从2005年的851万吨增长到2015年的5897万吨。随之而来的是赤泥的大量产生,据不完全估计,平均每生产1t氧化铝,会产生1-2t赤泥。近年来,中国的赤泥年排放量已超过5000万吨,赤泥累计堆存量已超过3亿吨,赤泥也因此被列为大宗工业固废。全球在120多年的碱法生产氧化铝的历史中,累计产生赤泥大约27亿吨,而且正以每年1.2亿吨的数量增长,赤泥的处理及资源化利用是氧化铝行业面临的一个巨大的难题。
半干法烧结烟气脱硫灰是使用半干法烧结烟气脱硫技术最终产生的一种固体废弃物。脱硫灰主要是烧结烟气中的含硫成分和钙基脱硫剂反应后从除尘设备分离的脱硫副产物。半干法烧结烟气脱硫灰中含有大量的CaSO3,干燥状态的CaSO3理化性质稳定,不容易发生氧化或分解反应。然而,潮湿状态的CaSO3理化性质非常不稳定,极其容易在空气中发生氧化,生成性质稳定的、结构致密的、以硫酸钙(CaSO4)为主要成分的氧化产物层。因此将烧结烟气脱硫灰用作水泥混凝土等建筑材料的制备原料时,会因为CaSO3发生水化反应生成结晶水,导致建筑材料发生微量膨胀,对建材的安稳性构成威胁。
鉴于此,特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法、填充料、胶凝材料及制备方法以解决上述技术问题。
本发明是这样实现的:
一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法,其包括如下步骤:将赤泥与脱硫灰混合后进行煅烧。
该方法利用氧化铝生产工艺中的中间产物赤泥和固体废弃物脱硫灰进行煅烧,赤泥中的氧化铁具有催化氧化的特性,氧化铁可以将脱硫灰中的亚硫酸钙氧化为硫酸钙,氧化铁自身被还原为磁铁矿(主要为Fe3O4)。产生的磁铁矿可以用于钢铁冶炼等用途。该方法可以大量消纳赤泥,既实现了钢铁自身降本增效,又解决了赤泥排放和处理难题,提升了经济效益和环境效益。
在本发明应用较佳的实施例中,上述方法中赤泥与脱硫灰的质量比为2-6:1;
优选的,方法中赤泥与脱硫灰的质量比为3:1。
赤泥与脱硫灰的质量比是由氧化还原反应方程决定的,在上述添加质量比范围内,能保证赤泥中的赤铁矿(氧化铁)被充分还原为磁铁矿(Fe3O4),提升了赤泥的磁铁矿回收率。
脱硫灰中CaO与Ca(OH)2质量百分含量之和为20~40%,CaSO3质量百分含量为30~60%,粒度小于45μm,水分小于1%。
在本发明应用较佳的实施例中,上述煅烧的温度为300-700℃,煅烧的时间为0.5-4h。
在上述煅烧温度和煅烧时间下,可以使得赤泥与脱硫灰充分反应完全。
在本发明应用较佳的实施例中,上述赤泥为拜耳法赤泥和烧结法赤泥中的任意一种或两种方法所产生的赤泥的混合物;
优选的,赤泥为拜耳法赤泥;
更优选的,赤泥的铁品位TFe为30-60%。
本发明提供的方法适用于拜耳法赤泥和烧结法赤泥,其中拜耳法赤泥回收效果最佳。现有技术拜耳法赤泥中铁品位TFe为30-60%,铁品位TFe越高,回收价值越高,带来的收益越高。此外,赤泥中还有如下重量百分比的组分:Al2O3 10~45%、SiO2 5~15%、Na2O 1~10%、TiO2 1~10%。
在本发明应用较佳的实施例中,上述方法还包括控制赤泥中的含水率为25-35%,若原料赤泥中的含水率高于上述范围,则需要对赤泥进行干燥或板框压滤。这样控制含水率可以有效缩短后续煅烧的时间,节约了生产成本。
在其他实施例中,可以选择将煅烧后的产物外包别的厂商进行回收处理。
在本发明应用较佳的实施例中,上述方法还包括将煅烧后产物进行粉磨,并将粉磨后的混合物进行磁选,得到铁微粉和残渣;
优选的,粉磨后的混合物的细度小于0.074mm的数量占总混合物的比值为70-95%。
粉磨后的产物铁微粉可以呈颗粒状环设于残渣表面,从而有利于后续对铁微粉的磁选和回收。粉磨的时间为5-30min。控制上述粉磨的细度有利于最大限度的回收铁微粉,若细度过大,铁微粉吸附难度大,回收率下降。
在本发明应用较佳的实施例中,上述磁选的强度为40kA·m-1-200kA·m-1。在上述磁选的强度下,可以实现50-95%的铁回收率。得到的铁微粉中铁品位与原料赤泥中铁品位相关,原料赤泥中铁品位越高回收得到的铁微粉中铁品位越高。优选的,本发明提供的方法回收得到的铁微粉中铁品位为50-90%。
反应得到的铁微粉中主要成分为四氧化三铁,此外还有生铁、硅酸铁、硅酸盐等成分。
在本发明应用较佳的实施例中,上述方法还包括将煅烧前的赤泥进行破碎处理,将赤泥破碎至粒径小于4mm。
将赤泥预先进行破碎处理并得到粒径小于4mm的赤泥可以增大赤泥与脱硫灰的反应比表面积,从而提升赤泥中氧化铁的回收率。
一种填充料,填充料由上述方法制备得到煅烧产物磁选后的残渣制得。上述填充料可以用于建筑、煤矿回填等应用。
一种胶凝材料,其包括填充料和辅料,辅料为水泥、矿渣、粉煤灰、钢渣和脱硫石膏中的至少一种,胶凝材料中水泥的质量占比为10-30%,矿渣和钢渣占胶凝材料的质量比低于60%,粉煤灰占胶凝材料的质量比低于20%,脱硫石膏占胶凝材料的质量比低于20%。
磁选回收铁微粉后,剩余的残渣可以用来制备胶凝材料,可以根据要制备的胶凝材料的用途添加相应的辅料。
一种胶凝材料的制备方法,其包括将填充料和辅料配伍粉磨后制备得到胶凝材料。
制备得到的胶凝材料可以用于矿山的修复、重金属的处理和淤泥的处理,磁选得到的铁微粉可以用于钢铁冶炼等领域。
本发明具有以下有益效果:
本发明提供了一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法,该方法利用赤泥中氧化铁的催化氧化特性和脱硫灰中亚硫酸钙的还原特性,通过煅烧,使得氧化铁将亚硫酸钙氧化为硫酸钙,既实现了脱硫灰的改性,也实现了将赤泥中赤铁矿还原为磁铁矿。这样也有利于后续对磁铁矿的回收处理再利用。本发明提供的方法实现了赤泥和脱硫灰的回收利用,解决了赤泥排放和处理难题,极大提升了经济效益和环境效益。通过对赤泥和脱硫灰的煅烧,也提高了赤泥的胶凝活性,有利于进行后续的资源化利用。此外,该方法具有简单高效的优势。上述方法可以用于制备胶凝材料或钢铁冶炼,进一步了提升资源化利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的协同回收赤泥和脱硫灰的工艺流程。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供了一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法。工艺流程图参照图1所示。本实施例的赤泥为拜耳法赤泥。经检测,该拜耳法赤泥中铁品位TFe为50%,另外含有重量百分比的如下组分:Al2O3 20%、SiO2 15%、Na2O 5%、TiO2 10%。
脱硫灰中CaO与Ca(OH)2质量百分含量之和为40%,CaSO3质量百分含量为50%,其余为杂质,粒度小于45μm,水分小于1%。
协同回收赤泥和脱硫灰的方法包括如下步骤:
(1)对拜耳法赤泥进行板框压滤至含水率为25%。再通过破碎机将压滤后的拜耳法赤泥破碎到粒径小于4mm。
(2)通过计量泵将破碎后的赤泥与脱硫灰按质量比为3:1进行配伍。
(3)将配伍好的混合物送至回转窑在600℃下焙烧3h。
(4)焙烧完成后,自然冷却至室温,将混合物送至立磨机中进行粉磨30min,粉磨后的混合物的细度小于0.074mm的数量占总混合物的比值为95%。
(5)粉磨后将物料输送至磁选机中,控制磁选强度为200kA·m-1,得到的铁微粉中铁品位80%,铁回收率90%。
(6)将剩余的物料输送入料仓,最后将料仓中的粉料与矿渣进行配伍粉磨后制备得到胶凝材料。设置粉料与矿渣的质量比为4:1。
实施例2
本实施例提供了一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法。本实施例的赤泥为拜耳法赤泥。经检测,该拜耳法赤泥中铁品位TFe为60%,另外含有重量百分比的如下组分:Al2O330%、SiO2 5%、Na2O 3%、TiO2 2%。
脱硫灰中CaO与Ca(OH)2质量百分含量之和为30%,CaSO3质量百分含量为40%,其余为杂质,粒度小于45μm,水分小于1%。
协同回收赤泥和脱硫灰的方法包括如下步骤:
(1)对拜耳法赤泥进行板框压滤至含水率为30%。再通过破碎机将压滤后的拜耳法赤泥破碎到粒径小于4mm。
(2)通过计量泵将破碎后的赤泥与脱硫灰按质量比为3:1进行配伍。
(3)将配伍好的混合物送至回转窑在700℃下焙烧3h。
(4)焙烧完成后,自然冷却至室温,将混合物送至立磨机中进行粉磨30min,粉磨后的混合物的细度小于0.074mm的数量占总混合物的比值为95%。
(5)粉磨后将物料输送至磁选机中,控制磁选强度为200kA·m-1,得到的铁微粉中铁品位90%,铁回收率95%。
(6)将剩余的物料输送入料仓,最后将料仓中的粉料与钢渣进行配伍粉磨后制备得到胶凝材料。设置粉料与钢渣的质量比为5:1。
实施例3
本实施例提供了一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法。本实施例的赤泥为拜耳法赤泥。经检测,该拜耳法赤泥中铁品位TFe为60%,另外含有重量百分比的如下组分:Al2O315%、SiO2 15%、Na2O 5%、TiO2 5%。赤泥原料的粒径为2-6mm,且含水量低于20%。
脱硫灰中CaO与Ca(OH)2质量百分含量之和为30%,CaSO3质量百分含量为60%,其余为杂质,粒度小于45μm,水分小于1%。
协同回收赤泥和脱硫灰的方法包括如下步骤:
(1)通过计量泵将赤泥与脱硫灰按质量比为3:1进行配伍。
(2)将配伍好的混合物送至回转窑在600℃下焙烧3h。
(3)焙烧完成后,自然冷却至室温,制得混合物。
混合物可用于下游企业进行铁粉回收。
实施例4
本实施例提供了一种胶凝材料的制备方法。本实施例的赤泥为拜耳法赤泥。经检测,该拜耳法赤泥中铁品位TFe为30%,另外含有重量百分比的如下组分:Al2O3 45%、SiO215%、Na2O 5%、TiO2 5%。赤泥原料的粒径为2-6mm,且含水量低于20%。
脱硫灰中CaO与Ca(OH)2质量百分含量之和为30%,CaSO3质量百分含量为60%,其余为杂质,粒度小于45μm,水分小于1%。
胶凝材料的制备方法包括如下步骤:
(1)通过计量泵将赤泥与脱硫灰按质量比为3:1进行配伍。
(2)将配伍好的混合物送至回转窑在600℃下焙烧3h。
(3)焙烧完成后,自然冷却至室温,将混合物送至立磨机中进行粉磨30min,粉磨后的混合物的细度小于0.074mm的数量占总混合物的比值为95%。
(4)粉磨后将物料输送至磁选机中,控制磁选强度为150kA·m-1,得到的铁微粉中铁品位50%,铁回收率60%。
(5)将剩余的残渣输送入料仓,最后将料仓中的粉料与水泥进行配伍粉磨后制备得到胶凝材料。设置粉料与辅料的质量比为5:1。
对比例
与实施例1相比,区别在于赤泥的铁品位TFe为10%,其余步骤相同,制备得到的铁微粉中铁品位50.3%,铁回收率55.6%。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种协同回收赤泥和脱硫灰的方法,其特征在于,其包括如下步骤:将赤泥与脱硫灰混合后进行煅烧,所述赤泥与所述脱硫灰的质量比为2-6:1;所述煅烧的温度为300-700℃,所述煅烧的时间为0.5-4h;所述赤泥的铁品位TFe为30-60%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法中所述赤泥与所述脱硫灰的质量比为3:1。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述赤泥为拜耳法赤泥和烧结法赤泥中的任意一种或两种方法所产生的赤泥的混合物。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述赤泥中还有如下重量百分比的组分:Al2O3 10~45%、SiO2 5~15%、Na2O 1~10%、TiO2 1~10%。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括将煅烧后产物进行粉磨,并将粉磨后的混合物进行磁选,得到铁微粉和残渣。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述粉磨后的混合物的细度小于0.074mm的数量占总混合物的比值为70-95%。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述磁选的强度为40kA·m-1-200kA·m-1。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述脱硫灰中CaO与Ca(OH)2质量百分含量之和为20~40%,CaSO3质量百分含量为30~60%,所述脱硫灰粒度小于45μm,水分小于1%。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法还包括将煅烧前的赤泥进行破碎处理,将赤泥破碎至粒径小于4mm。
10.一种填充料,其特征在于,所述填充料由权利要求1-9任一项所述的方法制备得到煅烧产物磁选后的残渣制得。
11.一种胶凝材料,其特征在于,其包括权利要求10所述的填充料和辅料,所述辅料为水泥、矿渣、粉煤灰、钢渣和脱硫石膏中的至少一种,所述胶凝材料中水泥的质量占比为10-30%,矿渣和钢渣占胶凝材料的质量比低于60%,粉煤灰占胶凝材料的质量比低于20%,脱硫石膏占胶凝材料的质量比低于20%。
12.一种如权利要求11所述的胶凝材料的制备方法,其特征在于,其包括将所述填充料和所述辅料配伍粉磨后制备得到胶凝材料。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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