盧海峰
(中國鋁業(yè)股份有限公司,北京 100082)
赤泥是在鋁土礦生產氧化鋁流程中產生的工業(yè)固體廢棄物,按照《危險廢物鑒別標準》,屬于一般工業(yè)固體廢物(固廢代碼:SW09),赤泥中含有Fe、Al、Ca、Na等元素,具有強堿性、腐蝕性以及放射性。采用拜耳法工藝,每生產1噸氧化鋁,會產生1噸左右的赤泥,我國每年的赤泥排放量超過1億噸。赤泥堆場占用大量土地,并需要進行堆場維護,成本較高,約占到氧化鋁生產成本的1.5%以上[1]。同時會造成土地污染和鹽堿化,同時由于赤泥的粒度極細,裸露的赤泥經過長時間的風水日曬后脫水風化,會導致粉塵進入空氣,影響空氣能見度并對人和動物的健康造成危害。赤泥形成的高堿性液體腐蝕性強,且其中富集的放射性元素危害堆放區(qū)域附近的人以及動植物,對周圍環(huán)境造成放射性危害[2]。
赤泥中含有大量的有價金屬元素,如鐵、鋁、鈣、鈉等,可以作為一種潛在的鐵鋁資源加以綜合利用[3],其中鐵含量在30%左右,如不加以利用,會造成環(huán)境污染和資源浪費。
圖1 赤泥多元素化學分析結果
本文對進口鋁土礦生產氧化鋁排出的赤泥進行選鐵研究,達到了銷售要求,對赤泥固廢進行減量化和綜合化利用。
中國是鋁金屬制品生產和消費大國,鋁冶煉使用的原料為氧化鋁,而氧化鋁需要開采鋁土礦進行生產。隨著國內鋁土礦資源不斷消耗,采用進口礦生產氧化鋁已經成為了國內大型氧化鋁企業(yè)的必然選擇。2020年,中國進口鋁土礦約1.34億噸,其中幾內亞、澳大利亞、印尼占據中國進口鋁土礦前三位。
進口鋁土礦中鐵礦物含量高,噸氧化鋁赤泥產生量大,赤泥堆存占用土地面積大。鋁土礦溶出赤泥TFe含量高,但是,鋁針鐵礦占含鐵礦物50%以上,采用常規(guī)磁選方法選出的鐵精礦TFe含量達不到銷售要求,無法實現(xiàn)赤泥資源化、減量化利用。全世界堆存的待處理赤泥超過40億噸,我國年赤泥產生量超過1億噸,實際綜合利用率不足5%。
由于赤泥中的鐵含量高,如果能做到技術上可行、經濟上合理的選鐵技術,則既可以處理赤泥固廢,同時可降低國家對鐵礦石的進口依賴。因此,國內對赤泥選鐵技術研究較多,形成了多種不同風格不同路線的技術原型,例如國內某氧化鋁生產企業(yè)采用預富集-深度還原-磁選分離提鐵的技術路線,采用浮選、單一強磁選、選擇性疏水絮凝、磁選等方法,最終確定使用單一強磁選鐵作為預富集手段,得到全鐵品位為30.74%的富鐵赤泥,可以為后續(xù)的深度還原試驗提供合格原料[4]。
在拜耳法生產氧化鋁流程中,為了提高溶出率,對礦石的粒度要求較高,原礦中的-0.315mm達到100%,-0.063mm要達到75%以上,而赤泥中鐵礦物的粒度是影響鐵的回收指標的主要因素,赤泥中含有50%以上的粒度小于5微米的泥狀物中含鐵較高,鐵含量在23%以上,物理選礦方法難以有效回收這些微細粒狀的鐵礦,采用磁選機赤泥選鐵過程中,赤泥堿度在10g/l左右,對磁選機的磁介質及生產流程容易產生結垢影響磁選效果,需要定期脫垢恢復磁選機的磁選力[5]。國內某氧化鋁企業(yè)赤泥選鐵采用了DLS系列立環(huán)高梯度磁選機和ZH組合式強磁選機組合使用,用以提取赤泥中的鐵精礦[5]。
DLS系統(tǒng)使用一粗一細兩級磁選配置,來處理沉降赤泥,精選后精鐵礦含量大于55%,精選尾礦鐵含量在45%左右,進入粗選機進料系統(tǒng),提高進料品位同時降低粗選機進料的固含[5]。
通過對進口鋁土礦進行“重磁預選-階段分散階段磁化-梯級分選”試驗,可以獲得產率35%以上,TFe含量56%以上的鐵精礦,滿足市場銷售要求。本項目在前期實驗室試驗基礎,進行擴大試驗,對赤泥預選、預選赤泥脫水干燥及懸浮焙燒進行技術優(yōu)化和固化,解決產業(yè)化生產中可能出現(xiàn)的問題,為產業(yè)化推廣提供基礎參數和設計依據,提供一種資源化、減量化技術方案和產業(yè)化設計依據,赤泥堆存量降低35%。為公司新建氧化鋁企業(yè)提供更為環(huán)保、經濟的赤泥處理方案。
經資料查閱,參考難選鐵礦石選鐵技術方法,采用磁化焙燒的方法,可將原礦中的弱磁性鐵礦物還原為強磁性的鐵礦物。赤泥經馬弗爐在900℃磁化焙燒100min后進行磁選,可以得到產率為20.52%、TFe含量為57.17%的鐵精礦。
針對有色金屬采用靜態(tài)焙燒,能耗較高,是國家明令淘汰的落后生產工藝裝備,根據幾內亞低溫溶出赤泥的特性,實驗室開發(fā)了赤泥“強磁預富集-懸浮焙燒-弱磁選鐵”技術路線。針對TFe含量為42.76%的幾內亞赤泥,在懸浮溫度為800℃,焙燒時間為2.5min時,可以得到產率為35.25%、TFe含量為56.21%的鐵精礦。解決了現(xiàn)有赤泥選鐵直接磁選方法無法獲得合格鐵精礦的技術難題。進行了赤泥懸浮焙燒試驗,提高工藝適應性;通過焙燒轉化,采用弱磁選設備即可實現(xiàn)鐵礦物的提?。活A富集工藝,降低了赤泥焙燒量,降低了生產成本。
為確定赤泥選鐵生產中適宜的懸浮焙燒時間,解決赤泥濾餅高效分散、余熱逐級利用、焙燒礦無氧冷卻等技術問題,需進行赤泥高效烘干和懸浮焙燒技術及裝備研究,并開展赤泥選鐵工業(yè)試驗,從技術、經濟上進行可行性分析,為產業(yè)化推廣提供設計依據。
一是解決了赤泥黏度大,水分高,分散效果差的問題。通過重磁預選,進行預先拋尾,改善赤泥脫水性能;同時開發(fā)赤泥拋尾工藝及高效烘干裝備,降低了脫水成本。
二是解決了鋁針鐵礦含量高,鐵精礦品質差帶來的質量問題。開發(fā)了赤泥階段磁化焙燒技術及裝備,提高鐵礦物磁性;同時提高赤泥選鐵產率,實現(xiàn)赤泥高值利用與規(guī)模消納。
進口鋁土礦低溫溶出赤泥重磁聯(lián)合預選工業(yè)試驗研究,預選高鐵赤泥低能耗烘干及高效分散工業(yè)試驗研究,目標高鐵赤泥懸浮焙燒工業(yè)試驗研究,焙燒赤泥弱磁梯級分選工業(yè)試驗研究,鋁土礦低溫溶出赤泥產業(yè)化技術經濟分析。
(1)針對TFe≥40%的鋁土礦低溫溶出赤泥,通過50~100kg/h工業(yè)試驗,經“重磁預選-階段分散階段磁化-梯級分選”技術選鐵后,鐵精礦產率≥35%,品位TFe≥56%。
(2)1噸TFe≥40%的鋁土礦低溫溶出赤泥經“重磁預選-階段分散階段磁化-梯級分選”后,最終鐵精礦按產率35%、TFe含量56%計算:參考當前市場價格,TFe含量56%的鐵精礦售價按310元/噸計算,折算噸赤泥生產的鐵精礦售價為:310元*35%=108.5元。減少噸赤泥堆存費用:40元*35%=14元。赤泥選鐵制造成本為:86.25元/噸-赤泥。
綜上,赤泥采用本技術方案進行選鐵后產生的效益為:108.5+14-86.25=36.25元/噸-赤泥。按300萬噸/年赤泥量計算,則每年可實現(xiàn)經濟效益10875萬元,經濟效益較為顯著。
(3)我國目前年進口鋁土礦超過1億噸,海外三水鋁石型高鐵鋁土礦的大量使用,促使氧化鋁廠對赤泥選鐵技術的需求增加,市場推廣應用前景廣闊。
進口鋁土礦生產氧化鋁排出的赤泥,堿性強、鹽分高,養(yǎng)分匱乏,土壤結構差、土壤演化過程慢,堆場生態(tài)恢復難,進行選鐵后,開展赤泥土壤化修復、赤泥微生物修復、耐性作物篩選種植等工作,通過赤泥鹽堿調控、微生物驅動、團聚體構建、養(yǎng)分調理等,對赤泥堆場進行原位生態(tài)修復,修復后赤泥土壤肥力恢復良好,可種植經濟能源型作物,形成規(guī)?;脖桓采w,改善赤泥堆場生態(tài)環(huán)境,為堆場還林、還耕提供了基礎條件[6]。
進口鋁土礦生產排出的赤泥處理和利用作為世界性難題,越來越受到重視,越來越多的研究人員開始關注赤泥的開發(fā)利用問題。
對高鐵赤泥的減量化和資源化利用技術,主要有物理分選、火法還原與濕法酸浸出等工藝原型,都可以有效提取赤泥中富集的鐵,但各有利弊。物理分選的優(yōu)點是清潔環(huán)保、生產成本低,但獲得的鐵精礦品位和回收率均偏低,雜質含量高;高溫還原焙燒工藝可以獲得高品位和回收率較高的鐵精礦,但能耗高,生產成本高;酸浸出法具有浸出率高的有點,但存在酸的消耗量大,腐蝕性強等問題。
總體看,高鐵赤泥的鐵回收可以創(chuàng)造經濟效益,節(jié)約資源,還可以減輕環(huán)境的壓力,緩解工業(yè)發(fā)展對環(huán)境的壓力以及固廢堆積對企業(yè)造成的負擔。但各種技術大多還停留在實驗室研究或工業(yè)試驗階段,受經濟成本的制約,工業(yè)化示范以及推廣之路還很漫長,尚需繼續(xù)攻克各種問題與困難[7]。本文介紹的“重磁預選-階段分散階段磁化-梯級分選”赤泥選鐵技術,解決了關鍵技術指標的突破和技術的可行問題,具備工程化條件,選鐵效率高,適合科技成果轉化,提高科技成果的經濟效益,為赤泥的綜合利用,提供了一條技術上可行、經濟上合理的工藝路線。