鄧 琦 張冬梅

（山東鋁業(yè)公司生產(chǎn)運(yùn)行部，山東淄博 255052）

永磁法赤泥選鐵的試驗(yàn)研究

鄧 琦 張冬梅

（山東鋁業(yè)公司生產(chǎn)運(yùn)行部，山東淄博 255052）

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中鋁土礦經(jīng)強(qiáng)堿浸出后所產(chǎn)生的廢渣。隨著氧化鋁工業(yè)的高速發(fā)展，其排放量增長(zhǎng)很快。目前國(guó)內(nèi)外氧化鋁廠大都將赤泥筑壩濕法堆存，耗費(fèi)較多的堆場(chǎng)建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用，而且其強(qiáng)堿性、高鹽度造成土壤嚴(yán)重堿化，污染地表及地下水源，對(duì)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(duì)拜耳法赤泥進(jìn)行了永磁法選鐵的工藝試驗(yàn)研究。針對(duì)赤泥礦物成分的特點(diǎn)，選用了高梯度永磁體磁選設(shè)備進(jìn)行赤泥選鐵，研究得出了永磁體磁選設(shè)備較優(yōu)運(yùn)行參數(shù)為采用串聯(lián)運(yùn)行方式。在較優(yōu)條件下進(jìn)行連續(xù)小規(guī)模工業(yè)化試驗(yàn)，結(jié)果表明選出的高磁料Fe2O3含量達(dá)到69.28%，赤泥回收率達(dá)到24.96%，氧化鐵回收率達(dá)到58.12%。

赤泥；選鐵；高梯度永磁體磁選設(shè)備；回收率

0 引言

赤泥是氧化鋁生產(chǎn)過(guò)程中鋁土礦經(jīng)強(qiáng)堿浸出后所產(chǎn)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(chǎn)l噸氧化鋁產(chǎn)生0.7～1.2噸赤泥。燒結(jié)法每生產(chǎn)1噸氧化鋁約產(chǎn)生1.0～1.5噸赤泥。近年來(lái)，隨著我國(guó)氧化鋁工業(yè)的高速發(fā)展，到2011年，我國(guó)氧化鋁產(chǎn)能就已經(jīng)達(dá)到3000萬(wàn)噸以上，赤泥排放量也達(dá)到了3400萬(wàn)噸/年。赤泥其綜合利用已成為世界性的難題。目前國(guó)內(nèi)外氧化鋁廠大都將赤泥筑壩濕法堆存，對(duì)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(duì)赤泥的含鐵成分特點(diǎn)，采用高梯度永磁磁選技術(shù)，選擇了合適的磁場(chǎng)強(qiáng)度和配套設(shè)備進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，已達(dá)到高效選鐵，最大限度減排赤泥的目的。

1 實(shí)驗(yàn)

本試驗(yàn)研究分為試驗(yàn)室試驗(yàn)和小規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)兩個(gè)部分，第一部分試驗(yàn)室試驗(yàn)主要測(cè)定選用赤泥的物理和化學(xué)性質(zhì)，并自制小型永磁磁環(huán)選鐵裝置，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)選擇最佳磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度，為下一步小規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)；第二部分設(shè)計(jì)了小規(guī)模試驗(yàn)流程，與合作單位共同制作了小規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)選鐵設(shè)備（日處理赤泥能力達(dá)到20噸），進(jìn)行了永磁法赤泥選鐵的工業(yè)化試驗(yàn)，摸索了相關(guān)工藝參數(shù)，驗(yàn)證了該項(xiàng)技術(shù)大規(guī)模使用的可行性。

1.1 試驗(yàn)室試驗(yàn)

1.1.1 實(shí)驗(yàn)階段所用主要設(shè)備與儀器（見(jiàn)表1）

1.1.2 赤泥物理化學(xué)性質(zhì)檢測(cè)

（1）物理性質(zhì)分析，在拜耳法氧化鋁流程中，赤泥取自末次洗滌底流，測(cè)定其比重、干溶重、濕溶重；（2）化學(xué)成分分析，將赤泥烘干，采用環(huán)式振動(dòng)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(cè)定其全成分。（3）物相組成分析，采用X衍射分析儀對(duì)赤泥進(jìn)行了物相分析。

1.1.3 永磁環(huán)磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的磁環(huán)選鐵設(shè)備示意圖如圖1。

采用高斯計(jì)分別測(cè)定永磁環(huán)A、B、C、D，記錄對(duì)應(yīng)點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，磁環(huán)磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)定點(diǎn)示意圖如圖2所示。

表1 主要設(shè)備與儀器Tab.1 Main testing apparatus

1.1.4 選鐵能力的測(cè)定

取500mL濃度在400g/L的赤泥漿液，緩慢通過(guò)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(cè)定其含鐵量和重量。

1.2 小規(guī)模工業(yè)試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)流程圖（見(jiàn)圖3）

1.2.2 永磁磁選機(jī)（見(jiàn)圖4）運(yùn)行參數(shù)摸索及連續(xù)試驗(yàn)

沉降槽底流赤泥進(jìn)入進(jìn)料緩沖槽后轉(zhuǎn)入稀釋槽，采用壓濾機(jī)濾液稀釋至要求的濃度指標(biāo)，稀釋漿液采用泵送入磁選機(jī)高位槽，通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)衡流量向磁選機(jī)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(jī)進(jìn)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(jìn)行50小時(shí)連續(xù)試驗(yàn)測(cè)定其穩(wěn)定性。

磁選機(jī)的運(yùn)行方式有三種，分別為：

（1）二級(jí)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(gè)磁輥同時(shí)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(xué)性質(zhì)

2.1.1 赤泥的基本物理性質(zhì)測(cè)定

赤泥取自末次洗滌底流，測(cè)定其比重、干溶重、濕溶重，結(jié)果見(jiàn)表2。

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

由于在氧化鋁生產(chǎn)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(zhì)粘土類似。

2.1.2 化學(xué)成分（見(jiàn)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(jì)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(jiàn)表4）及各物相鐵含量分析(見(jiàn)表5)

根據(jù)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(guān)系

采用不同粒度的套篩對(duì)赤泥原料進(jìn)行篩分，然后測(cè)定不同粒度樣品的含鐵率，得到結(jié)果見(jiàn)表6。

根據(jù)以上分析檢測(cè)結(jié)果可知，赤泥中主要含鐵物質(zhì)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(duì)赤泥中的氧化鐵的磁化吸取作用，通過(guò)試驗(yàn)選擇合適磁場(chǎng)強(qiáng)度的永磁體用于選鐵設(shè)備。

2.2 試驗(yàn)室選鐵試驗(yàn)結(jié)果與分析(見(jiàn)表7、見(jiàn)表8)

經(jīng)計(jì)算鐵回收率和赤泥選出率，見(jiàn)表9。

通過(guò)以上試驗(yàn)可以看出，D環(huán)的磁場(chǎng)強(qiáng)度最強(qiáng)，以后依次為C、B、A。采用D型永磁體赤泥選出率較高，達(dá)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(dá)到50.12%，但選出率僅為15.25%（減排較少），這樣結(jié)果與赤泥的性質(zhì)與物化分析結(jié)果也能對(duì)應(yīng)，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(jī)質(zhì)成分的共同作用，造成料漿對(duì)赤褐鐵礦的包附和夾帶作用較強(qiáng)，在采用強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下，選出的赤褐鐵礦越多，攜帶的雜質(zhì)也越多。在后續(xù)的工業(yè)化試驗(yàn)過(guò)程中，準(zhǔn)備使用高低搭配的方式，采用兩個(gè)不同磁性的磁輥對(duì)赤泥漿液進(jìn)行混合篩選。

表3 赤泥的化學(xué)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(jí)分布及各粒級(jí)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(yàn)工藝條件確定

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

表7 對(duì)應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的測(cè)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(shè)備運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果與分析

在上述試驗(yàn)研究得出的較優(yōu)條件下，進(jìn)行連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)共進(jìn)行了50小時(shí)，處理赤泥料漿36m3。試驗(yàn)中每間隔2～3小時(shí)分別取原料、高磁料、低磁料，做化學(xué)成分分析，原料、高磁料和低磁料中Fe2O3含量變化曲線見(jiàn)圖5。

赤泥和Fe的回收率分析計(jì)算,根據(jù)原料、高磁料、低磁料化學(xué)成份計(jì)算赤泥回收率和鐵回收率（見(jiàn)表 11）。

物料平衡和綜合回收率計(jì)算，見(jiàn)表12。

本次試驗(yàn)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(jù)實(shí)際得到高磁料重量計(jì)算得到，赤泥回收率為24.96%，氧化鐵回收率為58.12%。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)試驗(yàn)確定永磁體磁選設(shè)備較優(yōu)運(yùn)行參數(shù)：采用串聯(lián)運(yùn)行方式，磁輥1頻率35Hz，磁輥2頻率45Hz，下料開(kāi)度45%，上輥沖水開(kāi)度75%，下滾沖水開(kāi)度45%;

（2）根據(jù)確定的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，選出高磁料Fe2O3含量達(dá)到69.28%，赤泥回收率達(dá)到24.96%，氧化鐵回收率達(dá)到58.12%;

（3）永磁法赤泥選鐵技術(shù)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單，重量輕，占地少，制造運(yùn)行成本低，易于安裝操作，維護(hù)方便，且具有節(jié)能降耗的優(yōu)勢(shì)，不僅在赤泥綜合利用領(lǐng)域，而且在有色冶煉、稀土選礦、工業(yè)廢渣處理等領(lǐng)域都有著廣闊的生產(chǎn)運(yùn)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(xué)學(xué)報(bào),2005,27(10):8～10

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3 劉克誠(chéng)，李煥俊.氧化鋁生產(chǎn).沈陽(yáng)：沈陽(yáng)黃金?？茖W(xué)校輕冶教研室，1980

4 畢詩(shī)文.氧化鋁生產(chǎn)工藝.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005

5 景英仁，景英勤，楊奇.赤泥的基本性質(zhì)及其工程特性.輕金屬，2001(4)

6 吳焱森，臧其芳，杜長(zhǎng)學(xué).赤泥的物理力學(xué)性質(zhì)研究.材料與裝備，2005(3)

7 Ercag E,Apak R.Furnace smelting and extractive metallurgy of red mud:recovery of TiO2,Al2O3and pig iron.Chem.Technol.Biotechnol.,1997,70(3)：241～246

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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