赤泥直接还原资源化利用中试研究

2017-07-17   作者：佚名   网友评论 0 条

 　　吴道洪，古明远，曹志成，王健月，边妙莲

　　神雾科技集团股份有限公司

　　引言

　　随着中国及全球的氧化铝工业快速发展，自2005年到2015年，中国氧化铝产量从859万吨/年发展到5898万吨/年，全球氧化铝产量从5616万吨/年发展到12471万吨/年[1]。赤泥为氧化铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，可副产1~2吨赤泥[2]。我国氧化铝赤泥的年新增量可达7000万吨以上，历史累计堆存量已超过3.5 亿吨。

　　当前，我国赤泥的处理仍主要采用筑坝堆存，不仅占用大量土地，耗费巨额堆场建设费用和维护费用，并且由于其碱含量高、污染性强，存在渗漏或溃坝等安全隐患，对生态环境也会造成直接或间接的危害[3]。2015年，我国赤泥综合利用率仅为4%，是目前利用难度最大、利用率最低的工业固废，远低于我国工业固废综合利用率65%的利用水平[4]。多年来，赤泥的无害化、资源化、产业化综合利用一直是全球铝工业界的一项世界性难题[5]。通过对国内外赤泥处理技术的汇总分析，发现在赤泥综合利用方面还存在以下共性技术难题：一由于赤泥粒度细，比表面积大，各种组分相互包裹、嵌布等特征，有价元素的回收尤其是铁的回收效果差；二是赤泥中碱含量高，脱碱成本高，无法大规模消纳赤泥；三是在赤泥制备脱硫剂、催化剂方面，市场容量小，生产成本高，有些技术仍处于实验室开发阶段，尚无大规模处理赤泥、相对较为成熟的关键技术和配套装备；四是赤泥提取金属后的二次尾渣难再利用，缺乏固废综合利用的关键技术。

　　针对以上问题，神雾集团创新性地提出了转底炉直接还原综合利用处理赤泥的技术与工艺，并针对国内外多地赤泥开展大量的基础实验研究以及转底炉、燃气熔分炉、电炉、尾渣制备矿棉的半工业化试验。基础试验及半工业化生产均取得成功，产品指标较好，设备运行稳定，充分证明了“转底炉直接还原综合利用赤泥成套工艺及装备产业化”的可行性与先进性。目前，相关产业化项目正在快速推进中。

　　1原料及试验方法

　　1.1原料分析

　　拜耳法赤泥的化学和矿物组成相当复杂，主要含有赤铁矿、针铁矿、铝硅酸钠、霞石、钛酸钙、水化石榴石等溶出产物以及少量未溶出的不易反应的物质成分。选取两种典型的赤泥进行试验，主要化学成分如表1。其中，铁的品位为27~32%，氧化钠含量4~7%。赤泥粒度细小，粒级分布表明，43μm以下占80%以上。
 

 　　表1赤泥的主要化学成分 (wt%)

　　Table 1 The main chemical composition of red mud (wt%) 

　　表2 还原煤工业分析(空干基)

　　Table 2 The industrial analysis of coal(Air dried basis)　　

　　1.2试验过程

　　赤泥经烘干后进入原料仓，还原煤经烘干、破碎后进入原料仓；通过原料配料系统，将处理后的赤泥、还原煤，加入添加剂后经强力混料机混合均匀，调整混合物料的水分，经对辊压球机制成含碳球团，含碳球团烘干之后经由布料系统均匀地布入转底炉炉底，物料与炉底相对静止，炉底机械带动转底炉炉床旋转，依次经过装料区、预热区、中温还原区、高温还原区；旋转过程中含碳球团逐渐被还原，还原后的金属化球团经螺旋出料机排入料罐，赤泥中部分钠、钾可还原后挥发进入烟气系统进行回收。转底炉炉内温度范围为1100~1400℃。金属化球团金属化率可达到80~92%，热强度高。转底炉得到的金属化球团可采用两种工艺流程进行渣铁分离，获得铁水或铁粉，工艺流程见图1。中试转底炉炉底布料宽度为2米，设计炉温可以达到1550℃。转底炉尺寸见表3。
 

 
　　图1 转底炉直接还原-熔分/磁选工艺流程图

　　Fig.1 The processes of Direct reduction in RHF-melting separation /grinding-magnetic separation

 　　表3 中试转底炉的主要尺寸

　　Table 3 The main dimension of RHF used in thepilot plant test
　　

　　2 转底炉中试结果

　　2.1 金属化球团指标

　　通过调节原料粒级、还原煤用量、添加剂用量等原料配料条件和转底炉各区温度、转底炉运行一圈的时间、铺料厚度，可以得到不同金属化率的金属化球团。从表4中可以看出经过转底炉直接还原后球团平均金属化率可达到80%以上。图2（左）为赤泥转底炉中试出料过程，右图为金属化球团。

　　 　　表4不同方案球团的金属化率（%）

　　Table 4 The metallization rates of pellets of different plans(%)


　　图2 中试转底炉出料、金属化球团

　　Fig 2 The discharging process of RHF and DRI in the pilot plant test