專利名稱：一種利用黃鐵礦處理赤泥的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用赤泥處理的方法，其特征在于采用黃鐵礦與赤泥共混燒結(jié)， 不僅可以中和赤泥的堿性，還可以使赤泥中的氧化鐵轉(zhuǎn)化為具有磁性的四氧化三鐵加以回收，并使處理后赤泥成為耐火材料原料。
背景技術(shù)：
氧化鋁生產(chǎn)時排出的大量尾礦渣，由于其中含有大量的氧化鐵，外觀呈紅色，并且含有大量殘留的堿液呈粘稠狀，故稱為赤泥。平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁產(chǎn)生1. 0-2. 0噸赤泥。全世界每年赤泥排放量約6000萬噸，我國僅山東鋁廠、山西鋁廠、平果鋁廠、中州鋁廠、 貴州鋁廠五大鋁廠每年排出赤泥量就達600萬噸，累積堆存量5000萬噸，而其利用率僅為 15%左右。如此大量的赤泥，堆存不但需要大量的基建費用，而且占用和污染土地，已成為重大的環(huán)境污染源。赤泥的化學(xué)成分及礦物組成取決于原礦品位、生產(chǎn)方法、技術(shù)水平、生產(chǎn)過程中添加劑的物質(zhì)成分及其新生成的化合物成分。以拜耳法為例，由于其原料鋁土礦中二氧化硅的含量小，添加石灰較少，故赤泥主要組分是Si02、CaO、Fe203、Al2O3^Na2O, Ti02、K2O等，此外還含燒堿成分和微量其他有色金屬等。目前，對于赤泥的綜合利用措施主要歸納為兩方面 一是提取赤泥中的有價金屬，如氧化鋁、氧化鐵、氧化鈦、釩等；二是將赤泥中的氧化鐵含量降至以下可作為水泥或耐火磚等大宗材料的原料。赤泥中氧化鐵含量在20-30%左右，主要存在形式是Fe2O3和Fe304。赤泥中的氧化鐵的提取方法之一是用廢酸溶出赤泥中的金屬元素，然后利用鐵離子易水解特性，經(jīng)沉淀富集。例如文獻1將洗滌后的赤泥用鹽酸溶出，得到的濾液調(diào)整其PH值在2. 2-3. 5，經(jīng)沉淀和壓濾，得到鐵的化合物。這種方法需要大量的無機酸，造成二次污染。另一類提取赤泥中氧化鐵的方法是將赤泥與還原劑共混焙燒，使氧化鐵轉(zhuǎn)化為具有磁性的四氧化三鐵經(jīng)磁選富集。文獻2以某鋼鐵廠的噴吹煤粉作為固體還原劑，將其與赤泥按一定比例混合制團后在高溫條件下進行還原焙燒，磁選出鐵精礦。文獻3將赤泥質(zhì)量的7-75%的焦炭或無煙煤、赤泥質(zhì)量的0-16 %含鈣化合物或6-45 %的含鋁化合物加入赤泥中，混合后置于電爐中，然后在1400-1800°C條件下熔融還原，保溫0. 5-4小時，自然冷卻后破碎分離，得到硅鐵合金和鋁酸鈣材料，硅鐵合金可作為煉鋼的脫氧劑和合金劑。文獻4將赤泥晾干后與煤和海綿鐵粉混合，擠壓成型、干燥，與工業(yè)煤一同加進回轉(zhuǎn)窯還原焙燒，冷卻后送磁選工序并磨細，得到的海綿鐵粉與粘連劑和生石灰混合后擠壓成型、干燥，得到海綿鐵球塊產(chǎn)品。文獻5將赤泥、硅石、還原劑和助溶劑加入冶煉爐內(nèi)進行還原熔煉，爐溫為1600-1900°C，還原熔煉3-4小時，從冶煉爐的出液口放液得到硅鐵合金熔體，4-10小時后，從冶煉爐出液口放液，得到剛玉熔體。利用還原劑將赤泥中氧化鐵轉(zhuǎn)化為磁性四氧化三鐵、再經(jīng)磁選富集的方案是一種利于實現(xiàn)工業(yè)化的技術(shù)方案。本發(fā)明提出利用黃鐵礦處理赤泥，可同時實現(xiàn)中和堿度和磁選富集氧化鐵的目的。
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2009-06-17.

發(fā)明內(nèi)容
黃鐵礦的主要成份為FeS2(二硫化亞鐵)，其中Fe的氧化數(shù)為+2，S的氧化數(shù)為-1，兩種元素均具有還原性，是一種天然的還原劑。FeS2與Fe2O3在隔絕空氣條件下高溫焙燒，根據(jù)硫的氧化產(chǎn)物不同，發(fā)生的反應(yīng)方程式如下所示FeS2+4Fe203 = 3Fe304+2S①FeS2+16Fe203 = llFe304+2S02 ②兩個化學(xué)方程式的化學(xué)計量比分別為Fe2O3 FeS2 = 5. 33 1和21. 33 1 (質(zhì)量比)。本發(fā)明所述的利用黃鐵礦處理赤泥方法，其特征在于赤泥與黃鐵礦的混合比例， 赤泥中Fe2O3的含量與黃鐵礦中FeS2的含量，介于21. 33 1-5.33 1(質(zhì)量比)之間。若混合比例在上述范圍之內(nèi)，則赤泥和黃鐵礦的混合物在溫度600-800°C范圍內(nèi)、 隔絕空氣條件下焙燒30分鐘以上，即可使得赤泥中的Fe2O3轉(zhuǎn)化為Fe304。若黃鐵礦用量過低，則赤泥中部分Fe2O3不能完全轉(zhuǎn)化；若黃鐵礦用量過高，則過量的FeS2將自身熱分解生成Fe203。即，無論焙燒溫度、焙燒時間如何變化，處理后赤泥中將混雜有Fe2O3，即不能完全利用磁選除去全部鐵氧化物。本發(fā)明所述的利用黃鐵礦處理赤泥的方法，其中焙燒處理后赤泥中鐵氧化物采用磁選法去除。所述磁選方法為公知的磁選方法。磁選出的磁選鐵氧化物可作為煉鐵原料使用。處理后赤泥中氧化鐵含量低于2%，可作為耐火材料原料。本發(fā)明所述的利用黃鐵礦處理赤泥的方法，具體描述如下(1)測定黃鐵礦中FeS2的含量，將其粉碎，過篩取80-120目粉體；(2)將赤泥風(fēng)干(不洗滌)，測定其中Fe2O3含量；(3)將赤泥與黃鐵礦按照赤泥中Fe2O3含量與黃鐵礦中FeS2含量之比為 21. 33 1-5. 33 1(質(zhì)量比)混合；(4)混合物隔絕空氣加熱至600-800°C，保持0. 5-2小時。(5)采用公知磁選方法回收焙燒后混合物的磁性鐵氧化物。(6)磁選出的鐵氧化物可作為煉鐵原料，處理后赤泥可用作耐火磚原料。


附圖1.分析純Fe2O3與FeS2 VX 5. 33 1 (質(zhì)量比)的比例混合物在500°C >600°C、 700°C、800°C下管式爐氮氣保護反應(yīng)2小時后產(chǎn)物的XRD圖。附圖2分析純Fe2O3與FeS2以5. 33 1 (質(zhì)量比)的比例混合均勻在管式爐氮氣保護下800°C反應(yīng)2、1、0. 5小時后產(chǎn)物的XRD圖。附圖3 分析純 Fe2O3 與 FeS2 按比例 23 1,21. 3 1,5. 33 1、4 1(質(zhì)量比) 混合均勻，在管式爐氮氣保護下，在700°C下反應(yīng)2小時后產(chǎn)物的XRD圖。附圖4風(fēng)干赤泥與黃鐵礦按照赤泥中Fe2O3含量與黃鐵礦中FeS2含量之比為 20 1的比例混合，700°C，氮氣保護下在管式爐中反應(yīng)2小時后產(chǎn)物的XRD圖。附圖5風(fēng)干赤泥與黃鐵礦按照赤泥中Fe2O3含量與黃鐵礦中FeS2含量之比為 20 1的比例混合，700°C，氮氣保護下在管式爐中反應(yīng)2小時后產(chǎn)物實施例1以分析純Fe2O3試劑與分析純FeS2試劑考察混合比例、焙燒溫度、焙燒時間對Fe2O3 至Fe3O4轉(zhuǎn)化率的影響。將Fe2O3 與 FeS2 以質(zhì)量比 5. 33 1 在 500°C、600°C、700°C、800°C下管式爐氮氣保護反應(yīng)2小時，測得XRD圖如附圖1所示，實驗結(jié)果表明500°C的焙燒溫度不足以使得轉(zhuǎn)化完全，產(chǎn)物中還有其他鐵氧化物，而600°C到800°C情況下反應(yīng)物轉(zhuǎn)化比較完全。將Fe2O3與FeS2按5. 33 1的比例混合均勻在管式爐氮氣保護下800°C分別反應(yīng) 2、1、0. 5小時后產(chǎn)物XRD圖如附圖2所示。實驗結(jié)果焙燒時間對轉(zhuǎn)化影響不大，0. 5小時即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。將Fe2O3與FeS2按比例23 1,21. 3 1,5. 33 1、4 1混合均勻，在管式爐氮氣保護下，分別在700°C下反應(yīng)2小時，測得XRD圖附圖3所示，表明反應(yīng)物混合比例介于 21.3 1-5.33 1之間的焙燒產(chǎn)物為較純凈的Fe3O4，而低于或高出此范圍，焙燒產(chǎn)物中混雜有較多的其他鐵氧化物。實施例2風(fēng)干赤泥，測得其中Fe2O3含量為18. 12%。將風(fēng)干赤泥與黃鐵礦按照赤泥中Fe2O3 含量與黃鐵礦中FeS2含量之比為20 1的比例混合，于700°C氮氣保護下在管式爐中反應(yīng) 2小時。焙燒產(chǎn)物XRD如附圖4所示，其中明顯出現(xiàn)四氧化三鐵特征峰。對產(chǎn)物進行VSM測試，測試結(jié)果如附圖5所示。根據(jù)測得Ms = 7. 3250emU/g計算轉(zhuǎn)化率為96. 2%。將焙燒產(chǎn)物進行磁選后，剩余物中Fe2O3含量為1.41%。實施例3風(fēng)干赤泥，測得其中Fe2O3含量為7. 26%。將風(fēng)干赤泥與黃鐵礦按照赤泥中Fe2O3 含量與黃鐵礦中FeS2含量之比為10 1的比例混合，600°C，氮氣保護下在管式爐中反應(yīng) 0. 5小時。產(chǎn)物Ms = 5. 0476emu/g，計算轉(zhuǎn)化率95%。將焙燒產(chǎn)物進行磁選后，剩余物中 Fe2O3 含量為 1. 23%。
權(quán)利要求
1.一種利用黃鐵礦處理赤泥的方法，其特征在于將風(fēng)干赤泥與黃鐵礦按照一定比例混合隔絕氧氣焙燒，可使赤泥中Fe2O3轉(zhuǎn)化為磁性Fe3O4，磁選出的鐵氧化物可作為煉鐵原料， 而處理后的赤泥中氧化鐵含量低于2%。
2.如權(quán)利要求1所述的利用黃鐵礦處理赤泥的方法，其中風(fēng)干赤泥與黃鐵礦按照赤泥中Fe2O3含量與黃鐵礦中FeS2含量之比介于21. 33 1-5. 33 1 (質(zhì)量比)的范圍混合均勻后，在隔絕氧氣條件下加熱至600°C -800°C, 30分鐘以上即可。
全文摘要
一種利用黃鐵礦處理赤泥的方法，將風(fēng)干赤泥與黃鐵礦按照一定比例混合均勻后，在隔絕氧氣條件下加熱即可使赤泥中Fe2O3轉(zhuǎn)化為磁性Fe3O4。利用該方法處理后的赤泥不但堿性被中和，而且處理后的赤泥中氧化鐵含量低于2％，可作為耐火材料原料，而磁選出的鐵氧化物可作為煉鐵原料。
文檔編號C01F7/02GK102206743SQ20111009913
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月20日
發(fā)明者萬平玉, 呂子劍, 楊小帆, 趙博超, 鈕因健, 陳詠梅 申請人:北京化工大學(xué)