吳道洪，古明遠(yuǎn)，曹志成，王健月，邊妙蓮

　　神霧科技集團(tuán)股份有限公司

　　引言

　　隨著中國及全球的氧化鋁工業(yè)快速發(fā)展，自2005年到2015年，中國氧化鋁產(chǎn)量從859萬噸/年發(fā)展到5898萬噸/年，全球氧化鋁產(chǎn)量從5616萬噸/年發(fā)展到12471萬噸/年[1]。赤泥為氧化鋁工業(yè)提取氧化鋁時(shí)排出的污染性廢渣，一般平均每生產(chǎn)1噸氧化鋁，可副產(chǎn)1~2噸赤泥[2]。我國氧化鋁赤泥的年新增量可達(dá)7000萬噸以上，歷史累計(jì)堆存量已超過3.5 億噸。

　　當(dāng)前，我國赤泥的處理仍主要采用筑壩堆存，不僅占用大量土地，耗費(fèi)巨額堆場建設(shè)費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用，并且由于其堿含量高、污染性強(qiáng)，存在滲漏或潰壩等安全隱患，對生態(tài)環(huán)境也會(huì)造成直接或間接的危害[3]。2015年，我國赤泥綜合利用率僅為4%，是目前利用難度最大、利用率最低的工業(yè)固廢，遠(yuǎn)低于我國工業(yè)固廢綜合利用率65%的利用水平[4]。多年來，赤泥的無害化、資源化、產(chǎn)業(yè)化綜合利用一直是全球鋁工業(yè)界的一項(xiàng)世界性難題[5]。通過對國內(nèi)外赤泥處理技術(shù)的匯總分析，發(fā)現(xiàn)在赤泥綜合利用方面還存在以下共性技術(shù)難題：一由于赤泥粒度細(xì)，比表面積大，各種組分相互包裹、嵌布等特征，有價(jià)元素的回收尤其是鐵的回收效果差；二是赤泥中堿含量高，脫堿成本高，無法大規(guī)模消納赤泥；三是在赤泥制備脫硫劑、催化劑方面，市場容量小，生產(chǎn)成本高，有些技術(shù)仍處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段，尚無大規(guī)模處理赤泥、相對較為成熟的關(guān)鍵技術(shù)和配套裝備；四是赤泥提取金屬后的二次尾渣難再利用，缺乏固廢綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)。

　　針對以上問題，神霧集團(tuán)創(chuàng)新性地提出了轉(zhuǎn)底爐直接還原綜合利用處理赤泥的技術(shù)與工藝，并針對國內(nèi)外多地赤泥開展大量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究以及轉(zhuǎn)底爐、燃?xì)馊鄯譅t、電爐、尾渣制備礦棉的半工業(yè)化試驗(yàn)。基礎(chǔ)試驗(yàn)及半工業(yè)化生產(chǎn)均取得成功，產(chǎn)品指標(biāo)較好，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，充分證明了“轉(zhuǎn)底爐直接還原綜合利用赤泥成套工藝及裝備產(chǎn)業(yè)化”的可行性與先進(jìn)性。目前，相關(guān)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目正在快速推進(jìn)中。

　　1原料及試驗(yàn)方法

　　1.1原料分析

　　拜耳法赤泥的化學(xué)和礦物組成相當(dāng)復(fù)雜，主要含有赤鐵礦、針鐵礦、鋁硅酸鈉、霞石、鈦酸鈣、水化石榴石等溶出產(chǎn)物以及少量未溶出的不易反應(yīng)的物質(zhì)成分。選取兩種典型的赤泥進(jìn)行試驗(yàn)，主要化學(xué)成分如表1。其中，鐵的品位為27~32%，氧化鈉含量4~7%。赤泥粒度細(xì)小，粒級分布表明，43μm以下占80%以上。
 

 　　表1赤泥的主要化學(xué)成分 (wt%)

　　Table 1 The main chemical composition of red mud (wt%) 

　　表2 還原煤工業(yè)分析(空干基)

　　Table 2 The industrial analysis of coal(Air dried basis)　　

　　1.2試驗(yàn)過程

　　赤泥經(jīng)烘干后進(jìn)入原料倉，還原煤經(jīng)烘干、破碎后進(jìn)入原料倉；通過原料配料系統(tǒng)，將處理后的赤泥、還原煤，加入添加劑后經(jīng)強(qiáng)力混料機(jī)混合均勻，調(diào)整混合物料的水分，經(jīng)對輥壓球機(jī)制成含碳球團(tuán)，含碳球團(tuán)烘干之后經(jīng)由布料系統(tǒng)均勻地布入轉(zhuǎn)底爐爐底，物料與爐底相對靜止，爐底機(jī)械帶動(dòng)轉(zhuǎn)底爐爐床旋轉(zhuǎn)，依次經(jīng)過裝料區(qū)、預(yù)熱區(qū)、中溫還原區(qū)、高溫還原區(qū)；旋轉(zhuǎn)過程中含碳球團(tuán)逐漸被還原，還原后的金屬化球團(tuán)經(jīng)螺旋出料機(jī)排入料罐，赤泥中部分鈉、鉀可還原后揮發(fā)進(jìn)入煙氣系統(tǒng)進(jìn)行回收。轉(zhuǎn)底爐爐內(nèi)溫度范圍為1100~1400℃。金屬化球團(tuán)金屬化率可達(dá)到80~92%，熱強(qiáng)度高。轉(zhuǎn)底爐得到的金屬化球團(tuán)可采用兩種工藝流程進(jìn)行渣鐵分離，獲得鐵水或鐵粉，工藝流程見圖1。中試轉(zhuǎn)底爐爐底布料寬度為2米，設(shè)計(jì)爐溫可以達(dá)到1550℃。轉(zhuǎn)底爐尺寸見表3。
 

 
　　圖1 轉(zhuǎn)底爐直接還原-熔分/磁選工藝流程圖

　　Fig.1 The processes of Direct reduction in RHF-melting separation /grinding-magnetic separation

 　　表3 中試轉(zhuǎn)底爐的主要尺寸

　　Table 3 The main dimension of RHF used in thepilot plant test
　　

　　2 轉(zhuǎn)底爐中試結(jié)果

　　2.1 金屬化球團(tuán)指標(biāo)

　　通過調(diào)節(jié)原料粒級、還原煤用量、添加劑用量等原料配料條件和轉(zhuǎn)底爐各區(qū)溫度、轉(zhuǎn)底爐運(yùn)行一圈的時(shí)間、鋪料厚度，可以得到不同金屬化率的金屬化球團(tuán)。從表4中可以看出經(jīng)過轉(zhuǎn)底爐直接還原后球團(tuán)平均金屬化率可達(dá)到80%以上。圖2（左）為赤泥轉(zhuǎn)底爐中試出料過程，右圖為金屬化球團(tuán)。

　　 　　表4不同方案球團(tuán)的金屬化率（%）

　　Table 4 The metallization rates of pellets of different plans(%)


　　圖2 中試轉(zhuǎn)底爐出料、金屬化球團(tuán)

　　Fig 2 The discharging process of RHF and DRI in the pilot plant test