鄧 琦 張冬梅

（山東鋁業(yè)公司生產運行部，山東淄博 255052）

永磁法赤泥選鐵的試驗研究

鄧 琦 張冬梅

（山東鋁業(yè)公司生產運行部，山東淄博 255052）

赤泥是氧化鋁生產過程中鋁土礦經強堿浸出后所產生的廢渣。隨著氧化鋁工業(yè)的高速發(fā)展，其排放量增長很快。目前國內外氧化鋁廠大都將赤泥筑壩濕法堆存，耗費較多的堆場建設和維護費用，而且其強堿性、高鹽度造成土壤嚴重堿化，污染地表及地下水源，對生態(tài)環(huán)境造成直接或間接的危害，其綜合利用已成為世界性的難題。為了減少赤泥的外排量，綜合回收赤泥中的鐵礦物，本研究對拜耳法赤泥進行了永磁法選鐵的工藝試驗研究。針對赤泥礦物成分的特點，選用了高梯度永磁體磁選設備進行赤泥選鐵，研究得出了永磁體磁選設備較優(yōu)運行參數(shù)為采用串聯(lián)運行方式。在較優(yōu)條件下進行連續(xù)小規(guī)模工業(yè)化試驗，結果表明選出的高磁料Fe2O3含量達到69.28%，赤泥回收率達到24.96%，氧化鐵回收率達到58.12%。

赤泥；選鐵；高梯度永磁體磁選設備；回收率

0 引言

赤泥是氧化鋁生產過程中鋁土礦經強堿浸出后所產生的廢渣，因其富含氧化鐵(20%～50%)呈紅褐色而稱之為赤泥。拜耳法每生產l噸氧化鋁產生0.7～1.2噸赤泥。燒結法每生產1噸氧化鋁約產生1.0～1.5噸赤泥。近年來，隨著我國氧化鋁工業(yè)的高速發(fā)展，到2011年，我國氧化鋁產能就已經達到3000萬噸以上，赤泥排放量也達到了3400萬噸/年。赤泥其綜合利用已成為世界性的難題。目前國內外氧化鋁廠大都將赤泥筑壩濕法堆存，對生態(tài)環(huán)境、人類生活環(huán)境造成直接或間接的危害。本研究為了綜合回收赤泥中的鐵礦物，針對赤泥的含鐵成分特點，采用高梯度永磁磁選技術，選擇了合適的磁場強度和配套設備進行了一系列實驗，已達到高效選鐵，最大限度減排赤泥的目的。

1 實驗

本試驗研究分為試驗室試驗和小規(guī)模工業(yè)試驗兩個部分，第一部分試驗室試驗主要測定選用赤泥的物理和化學性質，并自制小型永磁磁環(huán)選鐵裝置，通過對比試驗選擇最佳磁選磁場強度，為下一步小規(guī)模工業(yè)試驗裝置的設計提供了依據；第二部分設計了小規(guī)模試驗流程，與合作單位共同制作了小規(guī)模工業(yè)試驗選鐵設備（日處理赤泥能力達到20噸），進行了永磁法赤泥選鐵的工業(yè)化試驗，摸索了相關工藝參數(shù)，驗證了該項技術大規(guī)模使用的可行性。

1.1 試驗室試驗

1.1.1 實驗階段所用主要設備與儀器（見表1）

1.1.2 赤泥物理化學性質檢測

（1）物理性質分析，在拜耳法氧化鋁流程中，赤泥取自末次洗滌底流，測定其比重、干溶重、濕溶重；（2）化學成分分析，將赤泥烘干，采用環(huán)式振動磨將干料磨制到200目以下，采用AXIOS型4.2kw荷蘭帕納科X射線熒光光譜儀測定其全成分。（3）物相組成分析，采用X衍射分析儀對赤泥進行了物相分析。

1.1.3 永磁環(huán)磁場強度的測定

實驗室設計的磁環(huán)選鐵設備示意圖如圖1。

采用高斯計分別測定永磁環(huán)A、B、C、D，記錄對應點的磁場強度，磁環(huán)磁場強度測定點示意圖如圖2所示。

表1 主要設備與儀器Tab.1 Main testing apparatus

1.1.4 選鐵能力的測定

取500mL濃度在400g/L的赤泥漿液，緩慢通過各組單種磁環(huán)，分別收集吸附在環(huán)上的赤泥和未被吸附到環(huán)組上的赤泥，抽濾分離，分別測定其含鐵量和重量。

1.2 小規(guī)模工業(yè)試驗

1.2.1 試驗流程圖（見圖3）

1.2.2 永磁磁選機（見圖4）運行參數(shù)摸索及連續(xù)試驗

沉降槽底流赤泥進入進料緩沖槽后轉入稀釋槽，采用壓濾機濾液稀釋至要求的濃度指標，稀釋漿液采用泵送入磁選機高位槽，通過閥門調節(jié)衡流量向磁選機供料；分選出的高磁料采溢流桶沉降分離，低磁料回流至赤泥壓濾機進料料槽，與棄赤泥混合壓濾外排。首先摸索最佳的工藝參數(shù)，然后進行50小時連續(xù)試驗測定其穩(wěn)定性。

磁選機的運行方式有三種，分別為：

（1）二級分離——磁輥1分出高磁料給磁輥2繼續(xù)分離。

（2）并聯(lián)——兩個磁輥同時分離原料。

（3）串聯(lián)——磁輥1分離原料，磁輥2分離低磁料。

2 分析與討論

2.1 赤泥物理化學性質

2.1.1 赤泥的基本物理性質測定

赤泥取自末次洗滌底流，測定其比重、干溶重、濕溶重，結果見表2。

表2 赤泥的物理性質Tab.2 Physical properties of red mud

由于在氧化鋁生產赤泥沉降工藝中要加入絮凝劑，赤泥水分和黏度較大，有著較好的可塑性，平均含水量在35%左右，可塑性與一般的泥質粘土類似。

2.1.2 化學成分（見表3）和物相組成分析

（1）X熒光分析

由表2可以看出赤泥的主要組成為Al2O3，F(xiàn)e2O3，SiO2和CaO，合計占全成分的86%。除Fe2O3含量較高外，其他組分與普通粘土類似。

（2）物相組成（見表4）及各物相鐵含量分析(見表5)

根據物相分析可以看出，赤泥中主要含鐵礦物為赤褐鐵礦，其總含鐵量占全鐵（TFe）的95.79%。

（3）粒徑分布與含鐵量的關系

采用不同粒度的套篩對赤泥原料進行篩分，然后測定不同粒度樣品的含鐵率，得到結果見表6。

根據以上分析檢測結果可知，赤泥中主要含鐵物質的粒度范圍在 0.417～0.175mm之間，占總量的50%以上，利用高梯度永磁體對赤泥中的氧化鐵的磁化吸取作用，通過試驗選擇合適磁場強度的永磁體用于選鐵設備。

2.2 試驗室選鐵試驗結果與分析(見表7、見表8)

經計算鐵回收率和赤泥選出率，見表9。

通過以上試驗可以看出，D環(huán)的磁場強度最強，以后依次為C、B、A。采用D型永磁體赤泥選出率較高，達到35.35%，但氧化鐵品位較低，只有42.16%；A型永磁體選出鐵品位較高，達到50.12%，但選出率僅為15.25%（減排較少），這樣結果與赤泥的性質與物化分析結果也能對應，由于赤泥中主要含鐵成分赤褐鐵礦是均勻分布的，且由于絮凝劑及其它有機質成分的共同作用，造成料漿對赤褐鐵礦的包附和夾帶作用較強，在采用強磁場環(huán)境下，選出的赤褐鐵礦越多，攜帶的雜質也越多。在后續(xù)的工業(yè)化試驗過程中，準備使用高低搭配的方式，采用兩個不同磁性的磁輥對赤泥漿液進行混合篩選。

表3 赤泥的化學成分Tab.3 Chemical composition of red mud

表4 赤泥的物相組成Tab.4 Phase composition of red mud

表5 赤泥中鐵的物相分析Tab.5 Phase analysis of iron in red mud

表6 粒級分布及各粒級主要含鐵量Tab.6 Particle size distribution and iron content in particles at each level

2.3 小規(guī)模工業(yè)試驗工藝條件確定

由于小規(guī)模試驗采用了兩組磁輥工藝，磁選設備運行方式，即：串并聯(lián)、磁輥運轉頻率、下料開度、上下輥沖水開度等因素對赤泥回收率和Fe的回收率的影響很大，通過一系列單因素和多因素交互試驗，最終確定最優(yōu)的工藝條件。通過系列試驗最終確定最佳試驗參數(shù)如表10所示。

表7 對應磁場強度的測定Tab.7 Measured results of magnetic field strength from different testing points

表8 選出高鐵料全鐵含量Tab.8 The content of total iron extracted high-iron materials

表9 鐵回收率和赤泥選出率Tab.9 Recovering rates of iron and red mud

表10 確定較優(yōu)的工藝設備運行參數(shù)Tab.10 Average composition for raw materials and high and low magnetic materials

表11 原料、高磁料、低磁料平均成分Tab.11 Material balance results and recycling rates

表12 物料平衡表和綜合回收率Tab.12

2.4 連續(xù)運轉驗證試驗結果與分析

在上述試驗研究得出的較優(yōu)條件下，進行連續(xù)運轉試驗，試驗共進行了50小時，處理赤泥料漿36m3。試驗中每間隔2～3小時分別取原料、高磁料、低磁料，做化學成分分析，原料、高磁料和低磁料中Fe2O3含量變化曲線見圖5。

赤泥和Fe的回收率分析計算,根據原料、高磁料、低磁料化學成份計算赤泥回收率和鐵回收率（見表 11）。

物料平衡和綜合回收率計算，見表12。

本次試驗共處理濃度400g/L赤泥料漿36m3，選出高磁赤泥3.594噸，高磁赤泥平均三氧化二鐵含量69.28%，根據實際得到高磁料重量計算得到，赤泥回收率為24.96%，氧化鐵回收率為58.12%。

3 結論

（1）通過試驗確定永磁體磁選設備較優(yōu)運行參數(shù)：采用串聯(lián)運行方式，磁輥1頻率35Hz，磁輥2頻率45Hz，下料開度45%，上輥沖水開度75%，下滾沖水開度45%;

（2）根據確定的運行參數(shù)進行連續(xù)運行試驗，選出高磁料Fe2O3含量達到69.28%，赤泥回收率達到24.96%，氧化鐵回收率達到58.12%;

（3）永磁法赤泥選鐵技術具有設備結構緊湊簡單，重量輕，占地少，制造運行成本低，易于安裝操作，維護方便，且具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢，不僅在赤泥綜合利用領域，而且在有色冶煉、稀土選礦、工業(yè)廢渣處理等領域都有著廣闊的生產運用前景。

1 徐曉虹,鐘文波,吳建鋒.赤泥環(huán)保型清水磚的研究.武漢理工大學學報,2005,27(10):8～10

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10 Thakur R S S,Das N.Red Mud Analysis and Utilization.New Delhi:Wiley Eastern,1994

Experiment Research of Extracting Iron from Bayer Red Mud by Magnetic Separation Equipment

Deng QiZHANG Dongmei
（Shandong Aluminum Company,Shandong Zibo 255052,China）

Red mud is the residue in alumina production process.With the rapid development of alumina industry,its emissions are growing rapidly.At present,both at home and abroad,red mud is wet stored in most alumina plant.More yard construction and maintenance fees are cost and its strong alkalis make the soil more alkaline.As the surface and underground water are polluted and the ecological environment is harmed directly or indirectly,the comprehensive utilization of iron from red mud has become a worldwide problem.In order to reduce the waste of red mud and thoroughly recycle the iron minerals in it,the extraction of iron from red mud by magnetic separation equipment was tested through experiments.According to the characteristics of the minerals in red mud,high-gradient magnetic separation equipment with a permanent magnet was chosen for extracting iron from red mud.The operation mode of the equipment,the working frequency of the magnetic roller,the opening scale of the magnetic equipment,the flushing area,and other influencing factors were studied.Continuous small-scale industrial test under optimal conditions was done.And the results of the test show that:the iron separation efficiency of high magnetic material Fe2O3is 69.28%,and the recovery rates of red mud and Fe2O3are 24.96%and 58.12%,respectively.

red mud;iron separation;high-gradient magnetic separation equipment with permanent magnet;recovery rate

on Jul． 8, 2012

T Q 1 7 4.4

A

1000-2278（2012）03-0365-07

2012-07-08

鄧琦，E-mail:minghe2010@163.com

Deng Qi, E-mail: minghe2010@163.com