赤泥中鐵回收利用技術(shù)研究進(jìn)展

羅 丹，茍 丹，李紫龍，劉志華，楊和辰

（1.國家電投集團遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司重慶科技分公司，重慶 401122；2.國家電投集團遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司，重慶 401122）

赤泥是制鋁工業(yè)提取氧化鋁時排出的污染性廢渣，具有堿性強、鹽分高的特征，主要含有Na2O、CaO、Fe2O3及Al2O3等化合物。根據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599-2001）規(guī)定，有一種或一種以上的污染物濃度超過GB 8978 最高允放排放濃度，或者是pH 值在6～9 范圍之外的一般工業(yè)固體廢物為第II 類一般工業(yè)固體廢物。赤泥pH 值在6～9 之外，因此赤泥屬于第II 類一般工業(yè)固體廢物。在赤泥中含有大量氧化物、氫氧化物及磁鐵礦等共生的鐵礦物，其存在形式較為復(fù)雜，在鋁土礦中鐵鋁礦物粒度較小，且相互膠結(jié)鑲嵌，難以實現(xiàn)有效分離。目前，赤泥中鐵回收的技術(shù)主要有磁選和重選法兩種物理方法及酸浸、焙燒等化學(xué)法。

2010 年到2016 年期間，國家發(fā)展改革委、科技部、環(huán)保部、工信部等先后發(fā)出《赤泥綜合利用指導(dǎo)意見》《廢物資源化科技工程“十二五”專項規(guī)劃》《“十二五”資源綜合利用指導(dǎo)意見》《大宗固體廢物綜合利用實施方案》及《工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃（2016-2020 年）》等政策文件，明確提出加快技術(shù)研發(fā)，提高赤泥綜合利用。2021 年3 月，國家發(fā)改委等十部委聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見》，指出赤泥利用率仍較低，需進(jìn)一步大力推進(jìn)資源化利用和無害化處置。

1 赤泥的理化特征

根據(jù)不同的氧化鋁生產(chǎn)工藝，可將赤泥分為拜耳法赤泥和燒結(jié)法赤泥，在氧化鋁生產(chǎn)中主要采用拜耳法，其適用于品位較高的鋁土礦，約90%以上的赤泥均采用該方法進(jìn)行生產(chǎn)，燒結(jié)法適用于低品位鋁土礦[1]。拜耳法赤泥的再利用，將低品位鋁土礦與拜耳法赤泥混合，再采用燒結(jié)法，被稱為聯(lián)合法，該方法所產(chǎn)生的赤泥也被稱為燒結(jié)法赤泥。

赤泥成分較為復(fù)雜，其中質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%的主要成分有：Na2O、CaO、Fe2O3、Al2O3、TiO2和SiO2，由于礦石品位、生產(chǎn)方法、技術(shù)水平等因素造成赤泥各化學(xué)成分差異較大，表1 統(tǒng)計了我國不同地區(qū)赤泥的主要組成成分。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，拜耳法赤泥Na2O 和Al2O3含量比燒結(jié)法赤泥高，而CaO 比燒結(jié)法赤泥低。

表1 國內(nèi)不同產(chǎn)地赤泥的成分統(tǒng)計[2-5]

2 赤泥中回收鐵的工藝現(xiàn)狀

2.1 磁選法回收鐵

磁選法回收鐵元素，早在1970 年就有應(yīng)用，但當(dāng)時采用的設(shè)備式普通磁選，其提取性較差。隨著技術(shù)的不斷革新，驗證了脈動高梯度磁選比普通磁選有更好的分離效果，特別是對于預(yù)處理和研磨后的赤泥，目前，常用磁選法有兩種，一種是SLon 立環(huán)脈動高梯度磁選機，結(jié)合脈動流體力和重力場，實現(xiàn)弱磁性礦物的分選。另一種是超導(dǎo)高梯度磁分離（HGSMS）系統(tǒng)，該系統(tǒng)建立了超強磁場，被認(rèn)為是分離細(xì)小磁性顆粒的高效方法。

胡偉等[6]在0.7～0.9T 背景場強條件下采用SLon 立環(huán)脈動高梯度磁選機強對高鐵赤泥進(jìn)行分離，在結(jié)合轉(zhuǎn)速為400r/min 的離心機重選聯(lián)合工藝進(jìn)行精選，可得到60%以上的鐵精礦，回收率可達(dá)52.34%。Li 等[7]采用超導(dǎo)高梯度磁分離（HGSMS）系統(tǒng)將粒徑小于100μm 的赤泥分成高鐵組分和低鐵組分，鐵精礦中氧化鐵含量分別為65%和45%，經(jīng)過八次分離階段后殘渣中氧化鐵含量分別為52.0%和14.1%，每次分離階段的回收率均在10%左右。的鐵精礦，相比單獨的重選工藝，鐵精礦品位提高了9%。

2.3 還原-磁選回收鐵

還原-磁選法是化學(xué)與物理法聯(lián)合，先通過添加還原劑，在焙燒條件下使赤泥中的鐵礦發(fā)生還原反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)榇判暂^強的磁鐵礦或單質(zhì)鐵。隨后再通過磁選回收鐵元素。目前主要的還原劑有：碳粉、低灰煤、石墨粉、焦炭等煤系還原劑，H2或CO 氣體還原劑，生物質(zhì)還原劑及黃鐵礦還原劑。

劉述仁等[9]采用碳粉作為還原劑，采用還原焙燒-磁選法回收拜耳法赤泥中的鐵，在焙燒溫度1300℃，焙燒時間120min 時，得到的試驗結(jié)果最佳，磁選得到的鐵精礦鐵的品位為86.35%，回收率87.32%。

2.4 濕法分離提取鐵

2.2 重選法回收鐵

重選法主要是根據(jù)物質(zhì)重力，采用不同物料的密度差來進(jìn)行分選，由于赤泥的粒徑較小，且顆粒之間存在包裹現(xiàn)象，在分選時輕組分大顆粒和重組分小顆粒分開難度大，從而導(dǎo)致其重選效果較差。因此，采用重選法回收赤泥中鐵元素時，分選處理是赤泥重選法的重要環(huán)節(jié)。有研究采用兩級水流旋流器和懸振錐面選礦機組合，進(jìn)行分級處理，再采用重選法進(jìn)行鐵回收，該工藝操作流程簡單、成本較低，但存在鐵回收率低，分選后的鐵精礦中含鐵低等缺點。

劉培坤等[8]兩級旋流器和懸振錐面選礦機組合工藝回收赤泥中的鐵，首先采用旋流器對赤泥進(jìn)行脫泥處理，再采用懸振錐面選礦機進(jìn)行篩選分離，形成粒徑分級和重選的兩步式方式富集鐵。結(jié)果表明，進(jìn)料為26.75%的赤泥經(jīng)過分級和重選兩步處理后，可達(dá)到品位為48.83%

濕法提取主要是采用酸浸出提取，由于赤泥具有堿性高的特征，在提取過程中需要消耗大量的酸，用于中和赤泥中的堿，在現(xiàn)有的研究中主要采用鹽酸、硫酸及草酸。濕法提取法鐵的提取率高，但后續(xù)鐵與其他金屬分離會增加成本，由于草酸對赤泥中鐵的選擇性好，在工業(yè)應(yīng)用中可優(yōu)先考慮用草酸進(jìn)行濕法提取。Pepper 等[10]在相同的實驗條件下，采用四種不同種類的酸（硝酸、鹽酸、硫酸和磷酸），結(jié)果表明，磷酸和鹽酸對鐵浸出提取效果最好，回收率高達(dá)76%～78%。

3 結(jié)束語

礦料來源不同，赤泥成分差別較大，赤泥中Fe2O3含量在4%～50%之間，而大多數(shù)鐵回收工藝成本較高，因此針對不同地方的赤泥需嚴(yán)格核算是否有鐵回收價值。在赤泥中鐵回收工藝中，磁選法和重選法流程簡單，易于操作，成本低，是目前主要的工程化應(yīng)用方法，但總體上鐵回收率不足55%，所得精礦品位低，可以作為初選方法。還原-磁選法是目前研究熱點，但存在能耗高，設(shè)備要求高等問題。濕法提取法過程反應(yīng)溫和，鐵的提取率較高，但后續(xù)分離成本高，暫未實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。