邱 峰 ,李 蕾 ,王 寧

(1.東北大學(xué)設(shè)計(jì)研究院有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110166;2.北京中色建設(shè)機(jī)電設(shè)備有限公司,北京 100029)

0 引言

近年來(lái),隨著國(guó)內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)的快速發(fā)展,所產(chǎn)生的大量赤泥已成為制約氧化鋁行業(yè)發(fā)展和影響環(huán)境的重要因素。赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢渣,含有一定量的有價(jià)元素,比如鎵、鐵、鈧、鉭、鈦、鈮等。如何從赤泥中提取這些元素,愈來(lái)愈受到重視。從赤泥中回收利用其中的鐵資源,對(duì)補(bǔ)充我國(guó)的鐵礦石資源有重要意義。因此,對(duì)其赤泥開(kāi)展綜合利用如果成功,既可實(shí)現(xiàn)廢物資源化,能形成新的產(chǎn)業(yè)點(diǎn),取得較好的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí)減少赤泥對(duì)環(huán)境的污染。

1 研究背景

鐵含量較高的鋁土礦經(jīng)拜耳法提取氧化鋁后,剩余的殘?jiān)前荻ǜ哞F赤泥。而我國(guó)約有90%氧化鋁廠(chǎng)采用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁,其中50%拜耳法鋁廠(chǎng)利用高鐵礦,目前針對(duì)高鐵赤泥的研究主要圍繞從赤泥中提鐵、將赤泥作為原材料整體利用兩方面展開(kāi)的[1～6]?，F(xiàn)階段赤泥中選鐵工藝大多數(shù)是將赤泥和添加劑混合后,經(jīng)過(guò)制磚-高溫?zé)Y(jié)-還原氣氛冷卻-破碎-磁選,得到磁鐵礦或海綿鐵,這種工藝鐵的回收率高達(dá)80%～90%[7～10]。但動(dòng)火工藝研究目前只限于實(shí)驗(yàn)室研究,未成功應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn),無(wú)法實(shí)現(xiàn)赤泥大規(guī)模利用,且工藝流程復(fù)雜、能耗較高。

因此,開(kāi)發(fā)具有一定技術(shù)含量的節(jié)能型生產(chǎn)工藝,實(shí)現(xiàn)赤泥綜合利用,很有必要,也將增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1.1 國(guó)內(nèi)氧化鋁外排赤泥狀況

因礦石中氧化鋁含量、工藝方法和技術(shù)管理水平的不同,大約每生產(chǎn)1 t 氧化鋁要排放0.5～1.85 t 的赤泥。據(jù)阿拉丁平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2021年9 月,國(guó)內(nèi)氧化鋁建成產(chǎn)能8 952 萬(wàn)t/a、運(yùn)行產(chǎn)能7 480 萬(wàn)t/a,那么每年產(chǎn)生的赤泥將達(dá)到1.2 億t。然而多數(shù)赤泥采用露天堆放,不僅占用大量土地,還存在赤泥附液中堿滲透現(xiàn)象,造成地下水體和土壤污染。隨著赤泥量的日益增加及環(huán)保意識(shí)的不斷提高,對(duì)赤泥綜合利用,是環(huán)保的一大主題。

1.2 國(guó)內(nèi)外鐵礦石供求情況

中國(guó)鐵礦石儲(chǔ)量位居世界前列,但由于其鐵礦石資源條件較差,多為貧礦和伴生礦,且地域分布不平衡,采選的技術(shù)條件復(fù)雜,致使鐵礦石的供應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了鋼鐵工業(yè)發(fā)展的需要。另外,國(guó)際礦石協(xié)議價(jià)格低于國(guó)內(nèi)鐵礦石價(jià)格,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)生產(chǎn)所需礦石一半以上依靠進(jìn)口。

2 工藝研究

2.1 工藝描述

將氧化鋁廠(chǎng)赤泥分離及洗滌車(chē)間的二次洗滌的底流赤泥通過(guò)二洗底流泵輸送到赤泥漿液混合槽,同時(shí)赤泥混合槽內(nèi)還需要加入一定量的熱水,在赤泥漿液混合槽內(nèi)進(jìn)行液固比的調(diào)節(jié),待液固比達(dá)到要求后,自流進(jìn)入隔渣圓筒篩,經(jīng)隔渣圓筒篩分離出的大顆粒作為尾礦送往尾礦儲(chǔ)槽,通過(guò)隔渣圓筒篩的赤泥漿液自流到中磁機(jī)。在中磁機(jī)中將鐵屑選出送至鐵精礦槽,通過(guò)中磁機(jī)的赤泥漿液自流到粗磁選機(jī)。在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度下,將鐵礦從赤泥中選出,送往精磁選機(jī),分選后的赤泥漿液自流到尾礦槽。精磁選機(jī)的鐵礦再次經(jīng)過(guò)磁選以提高鐵礦石的品味,磁選出的鐵礦自流到鐵精礦槽,分選后的鐵礦漿液自流到尾礦儲(chǔ)槽。尾礦儲(chǔ)槽的尾礦通過(guò)尾礦泵輸送返回到赤泥沉降及洗滌車(chē)間的三洗水力混合槽。鐵精礦儲(chǔ)槽的精礦通過(guò)精礦泵輸送到濃密槽以提高壓濾機(jī)的進(jìn)料固含,從濃密槽出來(lái)的溢流液返回工藝流程進(jìn)行循環(huán),濃密機(jī)的底流通過(guò)底流泵輸送到喂料槽,再通過(guò)喂料泵輸送至鐵精礦壓濾機(jī)。經(jīng)鐵精礦壓濾機(jī)壓濾后的鐵精礦用皮帶轉(zhuǎn)運(yùn)到鐵精礦堆場(chǎng),壓濾后的濾液回工藝流程進(jìn)行循環(huán)使用。

2.2 工藝過(guò)程及原料

生產(chǎn)工藝流程采用赤泥-隔渣篩-中磁機(jī)-粗選-精選-壓濾-鐵精礦,其工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 生產(chǎn)工藝流程圖

2.3 技術(shù)指標(biāo)

原礦赤泥含F(xiàn)e:22%;精礦Fe 品位≥52%;Fe回收率≥22%。

3 深度提鐵經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)國(guó)內(nèi)某項(xiàng)目赤泥提鐵實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示,鐵精礦(55%)含完全稅成本僅為118 元/噸(折64%干基164 元/t)、銷(xiāo)售價(jià)格為180 元/噸(折64%干基251 元/t),遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于目前市場(chǎng)同類(lèi)產(chǎn)品成交價(jià)格。故本項(xiàng)目產(chǎn)品具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

本工藝路線(xiàn),不僅能帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益,給環(huán)境保護(hù)、增加就業(yè)都帶來(lái)潛在收益。以上數(shù)據(jù)成本測(cè)算,如表1 所示。

表1 不同鐵品位鐵精礦成本及銷(xiāo)售價(jià)格對(duì)比表

4 赤泥提鐵的研究現(xiàn)狀

4.1 磁化焙燒磁選法

該技術(shù)為實(shí)驗(yàn)階段工藝技術(shù),還沒(méi)有工業(yè)化,將廢渣、碳酸鈉和l%的添加劑在直徑為0.8 m、高為0.2 m、傾角為47°的造球盤(pán)中混合制粒,制得的生球在烘箱內(nèi)于105 ℃干燥2 h,再將干球置于還原爐中還原焙燒。結(jié)果表明,在碳酸鈉添加量為8%、還原溫度1 200 ℃、時(shí)間為80 min 條件下得到還原產(chǎn)物,還原產(chǎn)物經(jīng)過(guò)磨礦至-0.074 mm 90%后在磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.08 T 進(jìn)行磁選,精礦中鐵含量為90.87%及鐵回收率達(dá)到95.76%[11]。該方法雖然回收率高,但工藝流程復(fù)雜,能耗高。

4.2 直接浸出法

該技術(shù)同樣為實(shí)驗(yàn)階段工藝技術(shù),赤泥浸出提取氧化鋁和氧化鐵的研究,赤泥無(wú)需焙燒,在液固比4∶1,鹽酸濃度為6 mol/L、酸浸溫度為109 ℃,時(shí)間為60 min,酸浸方式為二次浸出,氧化鋁和氧化鐵的浸出率分別為89.00%和98.39%[12]。雖然浸出率高,但是后續(xù)分離等工段更為復(fù)雜,而且酸性反應(yīng)條件對(duì)設(shè)備材質(zhì)要求較高,也不易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

4.3 水洗磁選法

該工藝方法和磁選鐵礦技術(shù)相類(lèi)似,做了相關(guān)赤泥選鐵實(shí)驗(yàn),試驗(yàn)采用SSS-I-145 周期式高梯度磁選機(jī)經(jīng)過(guò)一粗一精一掃的磁選后,在給礦品位(以Fe 計(jì))為23.19%時(shí),可獲得精礦產(chǎn)率10.34%,鐵精礦品位(以Fe 計(jì))52.03%,Fe 回收率23.19%。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果掃選得到的中礦產(chǎn)率為7.44%,中礦品位(以Fe 計(jì))30.14%,其產(chǎn)率較低,中礦品位也較低,因此在工藝流程上不選擇掃選。結(jié)合部分氧化鋁廠(chǎng)赤泥選鐵的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),提出采用“赤泥—隔渣篩—中磁機(jī)—粗選—精選—壓濾—鐵精礦”的工藝流程。該工藝流程簡(jiǎn)單,減少赤泥量,自動(dòng)化程度較高。

5 研究意義

5.1 補(bǔ)充鐵礦石資源

鋼鐵是重要的結(jié)構(gòu)材料,在我國(guó)經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。生產(chǎn)鋼鐵需要大量的鐵礦石,對(duì)于高鐵鋁土礦來(lái)講,赤泥選鐵既給企業(yè)帶來(lái)收益,又對(duì)環(huán)保事業(yè)有貢獻(xiàn),填補(bǔ)國(guó)內(nèi)鐵礦石需求缺口。

5.2 推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展及工業(yè)轉(zhuǎn)型

從世界城市發(fā)展規(guī)律來(lái)看,節(jié)能環(huán)保工藝促使城市經(jīng)濟(jì)成功轉(zhuǎn)型、提升城市影響力和輻射力上起到關(guān)鍵作用。

5.3 促進(jìn)企業(yè)發(fā)展

隨著鋁行業(yè)的不斷發(fā)展,其生產(chǎn)中的廢渣排放量也越來(lái)越大。對(duì)于赤泥的綜合利用,國(guó)內(nèi)外學(xué)者作了大量研究,但目前為止尚未無(wú)較好的處理辦法,大都筑壩堆放。

截止2021 年,我國(guó)國(guó)內(nèi)氧化鋁廠(chǎng)年產(chǎn)赤泥量約為1.2 億t,如果按照10%最低產(chǎn)率考慮,至少可以生產(chǎn)1 200 萬(wàn)噸55%的鐵精礦,能給氧化鋁企業(yè)和生態(tài)環(huán)境減輕一些負(fù)擔(dān)。

6 結(jié)語(yǔ)及建議

磁化焙燒磁選法,回收率高,但工藝流程復(fù)雜。直接浸出法雖具有浸出率高等優(yōu)點(diǎn),但分離工序復(fù)雜,設(shè)備要求較高,運(yùn)行成本較高、上述方法利潤(rùn)空間較小。

水洗磁選法,與拜耳法生產(chǎn)氧化鋁中赤泥分離及洗滌車(chē)間完美結(jié)合,磁選過(guò)程中又進(jìn)行了洗滌,工藝流程簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低,而且工業(yè)化已應(yīng)用投產(chǎn)。

水洗磁化法,雖然利潤(rùn)空間大,但是回收率較低,企業(yè)盈利后還需要加大投入進(jìn)行研發(fā)新工藝,同時(shí)對(duì)赤泥里面其它金屬的回收也應(yīng)進(jìn)行加大研發(fā)力度。