CN110904333B - 一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法，属于矿物固废利用领域。本发明使蛇纹石提镁尾渣得到了充分利用，整个工艺没有尾渣排放，全部得到利用；本发明利用蛇纹石提镁尾渣作为生产铝硅钙合金原料，由于蛇纹石提镁尾渣中氧化钙含量高，所以能够降低还原温度(1500～1800℃)，并且，产生的浮渣用于蛇纹石提镁制备蛇纹石提镁尾渣，铝硅钙合金进一步真空蒸馏得到金属钙，剩下的为铝硅合金，能够作为蛇纹石提镁还原剂。本发明提供的整个工艺流程得到了金属镁、金属钙和铝硅合金，蛇纹石提镁尾渣中的有价元素得到综合利用，整个工艺属于绿色循环工艺。

Description

一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法
技术领域
本发明涉及矿物固废利用技术领域，尤其涉及一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法。
背景技术
我国有大量蛇纹岩，达到千亿吨级别，是生产金属镁的好原料，并且，我国还有大量的红土镍矿，其脉石矿物为蛇纹石型，也是炼镁好原料。因此，将这些蛇纹岩和红土镍矿用来提炼金属镁后会产生大量尾渣。目前这些尾渣还有没有很好的处理方法，不利于资源的回收利用。
发明专利201710512597.1公开了一种真空热还原含镍蛇纹石矿排放金属镁及副产品的方法，尽管能够从硅酸镁类矿物中得到金属镁，但产生的大量尾渣成为固废，严重影响环境。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法。本发明实现了蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法，整个工艺流程得到了金属钙和铝硅合金，有价元素得到综合利用，是一种绿色循环工艺。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法，包括以下步骤：
将蛇纹石提镁尾渣、含铝物料、还原剂、粘结剂和水混合后制团，得到球团，所述还原剂包括烟煤和石油焦；
将所述球团进行还原反应，得到铝硅钙合金液体和浮渣，所述浮渣用于蛇纹石提镁制备蛇纹石提镁尾渣；
将所述铝硅钙合金液体与精炼剂混合进行精炼，得到铝硅钙合金；
将所述铝硅钙合金进行真空蒸馏，得到金属钙和铝硅合金。
优选地，所述球团包括以下重量百分含量的组分：蛇纹石提镁尾渣30～60％，含铝物料20～30％，还原剂20～40％，粘结剂5～8％和水4～6％，所述各组分的质量百分含量之和为100％。
优选地，所述烟煤和石油焦的质量比为8∶2～6∶4。
优选地，所述烟煤的固定碳含量为40～60％，所述石油焦的固定碳含量为80～90％。
优选地，所述制团后还包括烘干，所述烘干为在100～150℃下脱水至球团中水的质量百分含量不超过1％。
优选地，所述还原反应的温度为1500～1800℃，时间为2～3h。
优选地，所述真空蒸馏的真空度为0.5～20Pa，温度为1000～1300℃，时间为2～5h。
优选地，所述含铝物料为粉煤灰、煤矸石、红柱石、铝土矿、蓝晶石和高岭土中的一种或多种。
优选地，所述制团的压力为20～30MPa。
本发明还提供了一种蛇纹石提镁尾渣蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法，包括以下步骤：将蛇纹石提镁尾渣、含铝物料、还原剂、粘结剂和水混合后制团，得到球团，所述还原剂包括烟煤和石油焦；将所述球团进行还原反应，得到铝硅钙合金液体和浮渣，所述浮渣用于蛇纹石提镁制备蛇纹石提镁尾渣；将所述铝硅钙合金液体与精炼剂混合进行精炼，得到铝硅钙合金；将所述铝硅钙合金进行真空蒸馏，得到金属钙和铝硅合金。本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放新方法，使蛇纹石提镁尾渣得到了充分利用，整个工艺没有尾渣排放，全部得到利用；本发明利用蛇纹石提镁尾渣作为生产铝硅钙合金原料，由于蛇纹石提镁尾渣中氧化钙含量高，所以能够降低还原温度(1500～1800℃)，并且，产生的浮渣用于蛇纹石提镁制备蛇纹石提镁尾渣，铝硅钙合金进一步真空蒸馏得到金属钙，剩下的铝硅合金还能够作为蛇纹石提镁还原剂。本发明提供的整个工艺流程得到了金属镁、金属钙和铝硅合金，蛇纹石提镁尾渣中的有价元素得到综合利用，整个工艺属于绿色循环工艺。实施例的数据表明，本发明提供的排放方法得到的铝硅合金化学成分包括Al 35～50wt％，Si 40～60wt％，Fe 3～20％，Ca 0.001％～0.005wt％，得到的金属钙纯度达到99.5～99.9％。
附图说明
图1为本发明提供的蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法，包括以下步骤：
将蛇纹石提镁尾渣、含铝物料、还原剂、粘结剂和水混合后制团，得到球团，所述还原剂包括烟煤和石油焦；
将所述球团进行还原反应，得到铝硅钙合金液体和浮渣，所述浮渣用于蛇纹石提镁制备蛇纹石提镁尾渣；
将所述铝硅钙合金液体与精炼剂混合进行精炼，得到铝硅钙合金；
将所述铝硅钙合金进行真空蒸馏，得到金属钙和铝硅合金。
本发明将蛇纹石提镁尾渣、含铝物料、还原剂、粘结剂和水混合后制团，得到球团，所述还原剂包括烟煤和石油焦。在本发明中，所述含铝物料优选为粉煤灰、煤矸石、红柱石、铝土矿、蓝晶石和高岭土中的一种或多种。
在本发明中，所述球团优选包括以下重量百分含量的组分：蛇纹石提镁尾渣30～60％，含铝物料20～30％，还原剂20～40％，粘结剂5～8％和水4～6％，所述各组分的质量百分含量之和为100％。本发明对所述粘结剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的粘结剂种类即可。
在本发明中，所述蛇纹石提镁尾渣、含铝物料和还原剂优选独立地磨成粒度小于1mm的粉料后再使用。
在本发明中，所述烟煤和石油焦的质量比优选为8∶2～6∶4。
在本发明中，所述烟煤的固定碳含量优选为40～60％，所述石油焦的固定碳含量优选为80～90％。在本发明中，所述烟煤和石油焦中的固定碳含量之和优选为还原反应完全进行的理论需求量的93～95％。
在本发明中，所述制团优选在制团机中制成球团，所述制团的压力优选为20～30MPa。
在本发明中，所述制团后优选还包括烘干，所述烘干优选为在100～150℃下脱水至球团中水的质量百分含量不超过1％。
得到球团后，本发明将所述球团进行还原反应，得到铝硅钙合金液体和浮渣，所述浮渣用于蛇纹石提镁制备蛇纹石提镁尾渣。
在本发明中，所述还原反应的温度优选为1500～1800℃，更优选为1550～1600℃，时间优选为2～3h。本发明由于使用了蛇纹石提镁尾渣，蛇纹石提镁尾渣中含有大量的氧化钙，所以还原反应的温度低。在本发明中，所述还原反应优选在交流或直流矿热电弧炉中进行。
在本发明中，所述浮渣的产量优选为2～5％，所述浮渣的主要成分包括MgO50～60wt％，SiO220～30wt％，CaO 5～10wt％，Al2O35～10wt％。
还原反应完成后，本发明优选定期从出铝口抬包放出铝硅钙合金液体。在本发明中，所述定期优选为间隔2～3小时。
得到铝硅钙合金液体后，本发明将所述铝硅钙合金液体与精炼剂混合进行精炼，得到铝硅钙合金。在本发明中，由于铝硅钙合金液体中含有一定量的非金属杂质，所以需在抬包中加入精炼剂除渣。本发明对所述精炼剂的种类和用量没有特殊的限定，使用本领域技术人员的常规技术手段即可。
在本发明中，所述精炼优选依次包括真空过滤除渣、混合和稀释后铸锭，得到铝硅钙合金。在本发明中，所述铝硅钙合金优选包括以下成分：铝30～45wt％，硅20～40wt％，钙20～45wt％，铁1～10％，其余为通过精炼进入到铝硅钙合金中的原料中所含的其它元素。
得到铝硅钙合金后，本发明将所述铝硅钙合金进行真空蒸馏，得到金属钙和铝硅合金。在本发明中，所述真空蒸馏的真空度优选为0.5～20Pa，温度优选为1000～1300℃，时间优选为2～5h。在本发明中，优选将所述铝硅钙合金破碎成粒度≤10cm的碎块，再放入真空蒸馏罐中进行真空蒸馏。本发明中，在所述真空蒸馏完成后，钙被蒸馏出来并在冷凝成为固态金属钙，剩余的物料为铝硅合金。在本发明中，所述铝硅合金优选包括以下成分：Al 35～50wt％，Si 40～60wt％，Fe 3～20％，Ca 0.001％～0.005wt％，其余为通过精炼进入到铝硅钙合金中的原料中所含的其它元素。在本发明中，所述铝硅合金优选回用于蛇纹石提镁尾渣。
图1为本发明提供的蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法流程图。
为了进一步说明本发明，下面结合实例对本发明提供的蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
本发明实施例中使用的蛇纹石提镁尾渣的排放方法如下：
开采得到块状蛇纹矿石，最大块度30厘米。蛇纹石矿石中主要矿石矿物为蛇纹石，并含少量橄榄石和铬尖晶石，金属矿物包括磁铁矿、赤铁矿、铬铁矿、镍黄铁矿和黄铜矿。化学成分如表1。
表1蛇纹矿石化学成分
MgO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> FeO Mn SiO<sub>2</sub> Ni
35.54 0.64 3.36 5.23 1.47 0.048 37.17 0.22
Cr Co P S K<sub>2</sub>0 Na<sub>2</sub>O TFe H<sub>2</sub>O
0.12 0.015 0.0022 0.0009 0.055 0.097 4.80 0.48
建设年处理2万吨蛇纹石生产金属镁1200吨生产线，具体生产工艺为：首先通过PE400×600颚式破碎机对蛇纹石、石灰进行破碎至约5厘米，然后用在Φ1.5×5.7型球磨机中按配料比加入磨好的蛇纹石、石灰、硅铝合金粉(硅铝合金粉的化学成分为Al 25～50wt％，Si 40～60wt％，Fe 10～20wt％，硅铝铁合金用内蒙突泉煤矸石碳热还原法排放，磨成-120目)和萤石粉(化学试剂级，CaF2，纯度98％，-80目)进行混料细磨至120目，蛇纹石50％，添加剂石灰(化学级，98纯度，-80目)量40％，硅铝合金及催化剂萤石粉总量的10％。磨好的混合料进入GF520干粉压球机压球，长径3厘米，短径2厘米。干球进入真空连续生产感应加热镁还原炉，抽真空10Pa，加热功率1000kW，温度1200℃，每炉保温4小时。真空条件下加料和出渣，炉内保持真空状态和恒温加热状态。该镁还原炉有两个镁结晶器，定期轮换(3组)出粗镁。从炉中排除的混合渣呈块状，经过对辊破碎机破碎至微米级，进入干式磁选机，磁场强度8000～12000高斯，得到镍铁合金粒，最后得到的尾渣，即蛇纹石提镁尾渣的化学分析如表2所示。
表2蛇纹石提镁尾渣化学成分
序号 CaO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Al2O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> MgO
1 65.73 2.12 7.61 18.46 6.08
2 61.69 13.45 4.39 17.44 3.03
3 61.47 2.04 8.83 20.29 5.47
从尾渣的X衍射分析结果可以看出，尾渣主要为2CaO·SiO2和少量12CaO·7Al2O3组成。
实施例1
以蛇纹石提镁尾渣和含铝物料粉煤灰为原料，以烟煤和石油焦为还原剂，蛇纹石提镁尾渣40％，含铝物料30％，烟煤和石油焦20％，加入5％粘结剂和5％水。烟煤固定碳含量40％、石油焦固定碳含量90％，烟煤和石油焦的配料比为8∶2。
生产步骤如下：
1、将蛇纹石提镁尾渣粉煤灰、还原剂烟煤和石油焦分别磨成粒度小于1mm的粉料；全部物料在混料机中均匀混合。混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为20MPa；将制好的球团在100℃烘干脱水，要求水分不超过1％。
2、将干燥后的球团加入到交流矿热电弧炉中，炉内温度为1500℃，还原反应时间为3小时。
3、定期(间隔3小时)从出铝口向抬包放出铝硅钙合金液体。因合金中含有一定量的非金属杂质，需在抬包中加入精炼剂除渣。在抬包中加入精炼剂，真空过滤除渣、混合、稀释后铸锭，即得到铝硅钙合金，铝硅钙合金成分为：铝30wt％，硅40wt％，钙25wt％，铁5wt％，其余为通过熔炼进入到铝硅钙合金中的原料中所含的其它元素。在这个阶段，除生产出铝硅钙合金外，浮渣2％，主要成分为MgO 50％，SiO220％，CaO 5％，Al2O310％。浮渣返回蛇纹石提镁工序。
将铝硅钙合金块破碎成粒度≤10cm碎块，放入真空蒸馏罐中，在真空度为20Pa的条件下加热到1000℃进行真空蒸馏，时间为5h；真空蒸馏过程中保持真空度为20Pa；真空蒸馏完成后，钙被蒸馏出来并在冷凝成为固态金属钙，剩余物料为铝硅合金(Al-50Si)，金属钙纯度达到99.9％，铝硅合金主要化学成分为：Al 40wt％，Si 50wt％，Fe5％，Ca0.001wt％，其余为通过精炼进入到铝硅钙合金中的原料中所含的其它元素。铝硅合金做还原剂回用于蛇纹石提镁尾渣。
实施例2
以蛇纹石提镁尾渣和含铝物料煤矸石为原料，以烟煤和石油焦为还原剂，蛇纹石提镁尾渣50％，含铝物料20％，烟煤和石油焦20％，加入6％粘结剂和4％水。烟煤固定碳含量40％、石油焦固定碳含量90％，烟煤和石油焦的配料比为6∶4。
生产步骤如下：
1、将蛇纹石提镁尾渣粉煤灰、还原剂烟煤和石油焦分别磨成粒度小于1mm的粉料；全部物料在混料机中均匀混合。混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为30MPa；将制好的球团在150℃烘干脱水，要求水分不超过1％。
2、将干燥后的球团加入到交流矿热电弧炉中，炉内温度为1800℃，还原反应时间为2小时。
3、定期(间隔2小时)从出铝口向抬包放出铝硅钙合金液体。因合金中含有一定量的非金属杂质，需在抬包中加入精炼剂除渣。在抬包中加入精炼剂，真空过滤除渣、混合、稀释后铸锭，即得到铝硅钙合金，铝硅钙合金成分范围为：铝40wt％，硅25wt％，钙30wt％，铁8wt％，其余为通过熔炼进入到铝硅钙合金中的原料中所含的其它元素。在这个阶段，除生产出铝硅钙合金外，浮渣5％，主要成分为MgO 60wt％，SiO230wt％，CaO 5wt％，Al2O35wt％。浮渣返回蛇纹石提镁工序。
将铝硅钙合金块破碎成粒度≤10cm碎块，放入真空蒸馏罐中，在真空度为0.5Pa的条件下加热到1300℃进行真空蒸馏，时间为4h；真空蒸馏过程中保持真空度为0.5Pa；真空蒸馏完成后，钙被蒸馏出来并在冷凝成为固态金属钙，剩余物料为铝硅合金(Al-50Si)，金属钙纯度达到99.9％，铝硅合金主要化学成分为：Al 45wt％，Si 53wt％，Fewt12％，Ca0.001wt％，其余为通过精炼进入到铝硅钙合金中的原料中所含的其它元素，铝硅合金做还原剂回用于蛇纹石提镁尾渣。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种蛇纹石提镁尾渣无固废排放方法，其特征在于，具体为以下步骤：
以蛇纹石提镁尾渣和含铝物料粉煤灰为原料，以烟煤和石油焦为还原剂，蛇纹石提镁尾渣40％，含铝物料30％，烟煤和石油焦20％，加入5％粘结剂和5％水，烟煤固定碳含量40％、石油焦固定碳含量90％，烟煤和石油焦的配料比为8∶2；
生产步骤如下：
将蛇纹石提镁尾渣、粉煤灰、还原剂烟煤和石油焦分别磨成粒度小于1mm的粉料；全部物料在混料机中均匀混合，混合好的物料在制团机中制成球团，制团压力为20MPa；将制好的球团在100℃烘干脱水，要求水分不超过1％，
将干燥后的球团加入到交流矿热电弧炉中，炉内温度为1500℃，还原反应时间为3小时；
定期间隔3小时从出铝口向抬包放出铝硅钙合金液体，因合金中含有一定量的非金属杂质，需在抬包中加入精炼剂除渣，在抬包中加入精炼剂，真空过滤除渣、混合、稀释后铸锭，即得到铝硅钙合金，铝硅钙合金成分为：铝30wt％，硅40wt％，钙25wt％，铁5wt％，其余为通过熔炼进入到铝硅钙合金中的原料中所含的其它元素，在这个阶段，除生产出铝硅钙合金外，浮渣2％，主要成分为MgO 50％，SiO220％，CaO 5％，Al2O310％，浮渣返回蛇纹石提镁工序；
将铝硅钙合金块破碎成粒度≤10cm碎块，放入真空蒸馏罐中，在真空度为20Pa的条件下加热到1000℃进行真空蒸馏，时间为5h；真空蒸馏过程中保持真空度为20Pa；真空蒸馏完成后，钙被蒸馏出来并在冷凝成为固态金属钙，剩余物料为铝硅合金Al-50Si，金属钙纯度达到99.9％，铝硅合金主要化学成分为：Al 40wt％，Si 50wt％，Fe5％，Ca0.001wt％，其余为通过精炼进入到铝硅钙合金中的原料中所含的其它元素，铝硅合金做还原剂回用于蛇纹石制备提镁尾渣。
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