[发明专利]一种消纳拜耳法赤泥的方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金二次资源综合利用领域，具体涉及一种消纳拜耳法赤泥的方法。

技术背景

赤泥是氧化铝工业最主要的废弃物，按生产工艺可分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥，2010年我国氧化铝产量达到了2896万吨，共产生赤泥3537.4万吨，即每生产1吨氧化铝就产生赤泥1.2吨以上，其中烧结法赤泥占18.1%，拜耳法赤泥占81.9%。与烧结法赤泥相比，拜耳法赤泥的利用难度更大，这是由于使用拜耳法生产氧化铝过程中，拜耳法赤泥的主要组分是水合硅铝酸钠，另外还有一部分含钙、铁、钛的组分，因此拜耳法赤泥中的碱及氧化铝含量普遍高于烧结法赤泥,除广西等省份外，我国大部分氧化铝企业赤泥中氧化钠含量一般在5%~10%，氧化铝含量多在20%左右，拜耳法赤泥中较高的碱含量增加了其在水泥等大宗产业中应用的难度，而且在找到行之有效的赤泥提铝的方法之前，直接大规模利用赤泥也会造成其中有价元素的浪费，按我国目前赤泥排放量计算，我国每年伴随赤泥外排的氧化铝可达到700万吨以上（占总产能的25%左右），氧化钠损失量也在200万吨以上。

目前我国的赤泥累积堆存量约为2亿吨，而到2015年，累计堆存量预计将达3.5亿吨，国内生产氧化铝的企业多将赤泥干燥脱水后堆存。近年来，随着我国铝工业的高速发展以及铝土矿的品位逐年降低，有关赤泥尤其是低品位和高铁铝土矿溶出赤泥的大规模综合利用工作已得到了各方面的高度重视，该方面已申请的专利发明主要包括：山东大学王文龙等人发明的“一种利用赤泥和脱硫石膏制备水泥的方法，中国专利申请号： 201010223257”公开了将脱碱后的赤泥与脱硫石膏按一定比例混合后，在一定的烧成温度下制备水泥产品；华中科技大学杨家宽等人发明的“一种拜耳法赤泥粒径分级预处理铁铝回收方法，中国专利申请号：200910061697”公开了首先把拜耳法赤泥通过物理分选方法进行粒径分级，分为粗赤泥和细赤泥的两部分，粗赤泥通过磁选，重选等物理选矿工艺，获得铁品位高的铁矿石以及粗颗粒的砂子，分别加以利用，细赤泥与碳酸钠、石灰石及碳粉混合后进行还原烧结，通过控制烧结条件，将铁的磁化还原焙烧以及铝的碱石灰烧结两个过程同步进行，熟料经稀碱液溶出铝酸钠，溶出渣进行磁选回收铁精矿，残留的钙硅渣脱碱洗涤后用于建材行业；刘明诗等人发明的“一种拜耳法、拜耳烧结法的氧化铝赤泥处理方法，中国专利申请号： 201010295404”公开了向赤泥中加入酸反应后过滤，使赤泥与盐相分离，对得到的盐溶液进行水分蒸发、干燥，取得固体原盐，将分离后的赤泥加入还原剂－单质炭，然后进行加热至650~1300℃，保温8~60分钟，再用磁选工艺、设备提取其中的无碱四氧化三铁。上述处理工艺虽然也可以实现赤泥的综合利用，但由于多存在流程长、有价组元综合利用效率低等因素，导致以上方法经济效益不佳，很难真正应用于氧化铝生产过程。

发明内容

针对现有赤泥处理技术中存在的成本高、有价组元综合利用率低等问题，本发明提供一种消纳拜耳法赤泥的方法，通过钙化转型以及加压碳化处理等工序，实现赤泥的转型及脱碱，并回收其中的氧化铝和钠碱，再通过提铁回收赤泥中的部分铁，其经济效益远高于现有的赤泥处理方法，是东北大学自主研发的NEUZ大规模低成本消纳赤泥的技术。

实现本发明的技术方案按以下步骤进行：

（1）首先将拜耳法赤泥与熟石灰按质量比1：（0.3~0.9）混合，在80~140℃的温度下搅拌反应1~15h进行钙化转型脱碱；

赤泥钙化转型脱碱过程中发生如下反应：

Na₂O·Al₂O₃·1.7SiO₂·nH₂O+CaO→3CaO·Al₂O₃·xSiO₂·(6-2x)H₂O+NaOH    （1）

经钙化转型脱碱反应后，拜耳法赤泥中的氧化钠含量可降至2%以下，同时赤泥中的含硅铝矿相完全转化为水化石榴石相，完成赤泥的钙化转型，并在转型过程中脱除赤泥中大部分的钠碱；

（2）将钙化转型脱碱后主要成分为水化石榴石的赤拜耳法赤泥与清水或低浓度铝酸钠溶液按液固比（3~15）：1在密闭容器中混合后，向密闭容器内通入体积浓度10%-100%的CO₂，再于80~120℃的温度下反应10~60min，得到主要成分为硅酸钙、碳酸钙以及氢氧化铝的碳化处理渣；