技术领域
[0001] 本
发明属于
冶金资源综合利用技术领域，具体涉及一种高铁三水铝土矿铁铝硅综合利用的方法。
背景技术
[0002] 在我国的福建漳浦、海南蓬莱、台湾大屯山和广西贵港等地区存在着一种高铁三水铝土矿，其是一种铁铝硅矿物相互嵌布、难处理的复杂铁铝硅共生矿，是我国重要的铁矿和铝土矿资源。根据地质部
门的资料分析，全国储量超过15亿吨，仅广西境内储量就超过2.0亿吨。以广西境内的高铁三水铝土矿为例，该矿广泛分布于广西中部南宁至玉林一带十余个县市，并相对集中于贵港、宾阳、横县及邻近地区，矿化面积大，
矿体成群分布，储量十
3
分丰富。矿体由红色粘土和铝土矿组成，含矿量一般为550～1500kg/m，矿体厚度1.2～
6.8m，埋藏浅，
表土层一般为0.5～1.5m，绝大部分
矿石直接露出地表，可以实现露天开采。
[0003] 矿石化学分析表明，这种高铁三水铝土矿A12O3含量为22％～37％(平均含量27％)、Fe2O3含量为35％～48％(平均含量40％)、SiO2含量4％～13％(平均含量9％)，均为有利用价值的矿物资源。从其成分上可以看出该铝土矿属于典型的高铁高硅型铝土矿，其中Fe2O3、Al2O3和SiO2的含量均达不到各自的工业品位要求。因此，不能单纯的用传统方法来生产Al2O3或者金属铁产品。因此，高铁三水铝土矿的利用应着眼于Fe、Al、Si组元的高效综合利用。
[0004] 针对该类型的高铁三水铝土矿的综合利用研究已进行了多年，同时已成功的提出了一些综合利用方法，概括起来主要为火法-湿法联合工艺和
湿法工艺。
[0005] 火法-湿法联合工艺：如公开号为CN103757165A名称为一种高铁铝土矿
高炉冶炼有价组元综合利用方法的
专利申请，将高铁铝土矿分别制备成高铁铝土矿
烧结矿和高铁铝土矿
热压块，然后进行高炉冶炼、转炉吹
钒冶炼、炉渣
浸出等步骤，得到铁水、
水泥和Al2O3等产品。如公开号为CN103866078A名称为一种高铁铝土矿
竖炉预还原熔分综合利用的方法的专利申请，将高铁铝土矿制成高铁铝土矿热压块，然后再经竖炉预还原、电炉熔分、炉渣浸出等步骤，得到铁水、水泥和Al2O3等产品。如公开号为CN101875129B名称为一种高铁铝土矿综合利用的方法的专利申请，将高铁铝土矿还原-
磁选分离得到
直接还原金属铁粉与非
磁性产品富铝渣，后经湿法浸出白
炭黑和
氧化铝或
硫酸铝等。火法-湿法联合工艺主要是实现铁、铝、硅的分离，得到的产品基本为铁或铁水、SiO2或水泥、Al2O3等。然而该工艺流程较长，且火法-湿法连用操作较为复杂，得到的Al2O3需进一步
电解制取金属铝。
[0006] 综上所述，传统高铁三水铝土矿多为先提取铁，然后利用酸浸法提取Al2O3。酸浸法主要是采用硫酸、
盐酸、
硝酸等处理富铝渣实现铝、硅等的分离，得到工业级纯氧化铝。氧化铝再经
电解槽内电解生成电解铝。目前，中国电解铝产量已超过1300万吨/年，其中，60％的铝以铝
合金的形式进入消费领域，其中以铝硅合金的消费量最大。
[0007] 因此，现有的方法均未能真正实现高铁三水铝土矿的综合利用，均须采用火法与湿法相结合的方法，流程长，能耗高、操作复杂、组元收得率低。通常，高铁三水铝土矿中Al2O3与SiO2的
质量比小于3.0，并不适合采用酸法浸出Al2O3。
[0008] 因此，到目前为止，这些高铁三水铝土矿研究利用工艺均未见工业化应用和实施。所以，目前这种含有铁、铝、硅等有价金属的复合资源的高铁铝土矿仍然未能得到有效开发利用。
[0009] 近年来，我国的铁矿石和铝土矿进口量的增加。如何有效开发利用高铁三水铝土矿资源，缓解我国铁矿资源和铝矿资源的日益短缺状况，已成为一个重要的课题。因此，开发一种新的高铁三水铝土矿综合方法对于我国
钢铁工业和铝工业都具有重要的战略意义。
发明内容
[0010] 针对现有高铁三水铝土矿综合利用工艺存在的问题，本发明提出了一种高铁三水铝土矿铁铝硅综合利用的方法。该方法显著缩短了工艺流程，具有工艺简单，能耗低，铁、铝、硅等有价组元回收率高的优点。
[0011] 本发明提出了一种高铁三水铝土矿铁铝硅综合利用的方法。所实现的方法具体包括以下步骤。
[0012] (1)将高铁三水铝土矿加热至不高于600℃脱去结晶水，将脱水后的高铁三水铝土矿
破碎成粒度不大于0.15mm的高铁三水铝土矿矿粉；再将烟
煤粉碎成粒度不大于0.15mm
烟煤煤粉；其中要求高铁三水铝土矿矿粉中按质量百分数计：全铁含量不低于
15％、Al2O3含量不低于20％，并且Al2O3与SiO2的质量比不大于4.0，脱水后高铁铝土矿中Fe2O3、Al2O3、SiO2三者的质量百分数总和不小于90％；烟煤煤粉中按质量百分数计：固定
碳含量不低于55％、灰分不高于15％、挥发分不高于30％、烟煤煤粉灰分中Al2O3和SiO2的总质量分数占烟煤煤粉灰分的比例不低于70％。
[0013] (2)将脱水
粉碎后的高铁三水铝土矿矿粉、烟煤煤粉、还原催化剂以及形核替代剂四种原料按一定的质量分数混匀，然后加热至300～450℃并热压成高铁铝土矿热压块，制备的高铁铝土矿热压块抗压强度不低于600N，这里，所述四种原料按一定的质量分数指的是按质量百分数计：高铁三水铝土矿矿粉的质量分数为65％～85％、烟煤煤粉的质量分数为15％～30％、还原催化剂的质量分数为1.0％～4.0％，形核替代剂的质量分数为4.0％～8.0％；所述还原催化剂为Li2CO3，形核替代剂为金属铁粉，要求形核替代剂金属铁粉中按质量百分数计：TFe含量不低于90％，
金属化率不低于90％，C含量为2.0％～4.0％，Li2CO3和金属铁粉的粒度均不大于0.074mm。
[0014] (3)将高铁铝土矿热压块装入转底炉进行金属化还原，转底炉还原
温度为1250～1350℃，还原时间为20～40min；料层高度为25～40mm；CO分压PCO/(PCO+PCO2)不低于
94.72％，还原完成后将还原产物排入密闭容器中自然冷却。
[0015] (4)冷却后还原产物采用磨矿设备进行两次磨矿、两阶磁选，具体要求为：一次磨矿后粒度小于0.074mm的部分占还原产物磨矿质量百分比为20％～30％，一阶
磁场强度为50mT，磁选得到一阶磁性物和一阶非磁性物；然后对一阶磁性物进行二次磨矿、二阶磁选，二次磨矿后粒度小于0.074mm的部分占一阶磁性物质量百分比为70％～80％，二阶磁场强度约为250～300mT，二阶磁选后得到二阶磁性物和二阶非磁性物；二阶磁性物即为直接还原铁，其TFe含量高于90％，金属化率大于92％，铁回收率不低于90％；一阶和二阶非磁性物为铝硅炉渣。
[0016] (5)将所获得的铝硅炉渣与前述的烟煤煤粉按照质量备份比为50％～70％、30％～50％的比例混匀、加热、热压制成铝硅炉渣热压块，热压温度为300～450℃，制备成的铝硅炉渣热压块抗压强度不低于600N。
[0017] (6)将铝硅炉渣热压块加入到中频
感应炉中进行冶炼，从入炉温度升到冶炼温度的升温时间不长于30min，冶炼
温度控制为2000～2100℃，冶炼时间为40～60min，冶炼时应控制其气氛为还原性气氛。
[0018] (7)冶炼完成后直接在浇
铸锭模中浇铸，自然冷却后得到一次铝硅合金；采用此方法其铝硅回收率在70％以上。
[0019] 本发明的优点在于：(1)首次提出了催化还原与形核替代的思路，显著缩短了高铁三水铝土矿中铁氧化物的还原、形核、长大的时间，有利于采用还原-磁选工艺提取铁；(2)采用Li2CO3做还原催化剂降低了碳
气化反应温度，不仅提高了同等还原温度下的CO分压，且不改变还原产物的物相结构，利于后续铝硅炉渣的利用；(3)将铝硅炉渣制成含碳热压块，采用中频感应炉进行熔炼，通过严格控制升温时间、还原温度、熔炼时间等减少反应过程中Al2O、SiO、Al4C3的生成，不仅显著提高了Al、Si组元的收得率，而且提高了铝硅合金的质量；(4)与传统先高铁三水铝土矿先提铁、后浸出提Al2O3、再电解Al2O3制备工业纯铝、最后工业纯铝与工业纯硅熔渗制备铝硅合金工艺相比，本发明显著简化了生产流程，省略了众多湿法-火法流程、减少了污染等。因此，本发明具有流程短、能耗低、污染小、成本低等优点，对于高铁三水铝土矿的综合开发利用有重要的现实意义，具有显著的工业应用前景。
具体实施方式
[0020] 下面结合具体
实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点会在描述中更为清楚，但这些实施例仅是范例性质的，并不对本发明的范围构成任何限制。
[0021] 实施例1
[0022] 某高铁铝土矿TFe含量为34.68％，Al2O3的含量为23.85％，SiO2含量为7.16％，烧损为17.50％，剩余为其它杂质，其中，Al2O3与SiO2的质量比为3.33。
[0023] 热压用烟煤的固定碳含量为61.55％，灰分为9.00％，挥发分为28.09％，
结合水为1.36％，灰分中Al2O3含量为21.92％，SiO2含量为55.15％。
[0024] 还原催化剂Li2CO3为化学
试剂，Li2CO3含量高于98.60％；形核替代剂金属铁粉中TFe含量为91.26％，金属化率为94.67％，C含量为2.8％；Li2CO3和金属铁粉的粒度均小于0.074mm。
[0025] 将上述高铁铝土矿加热至550℃脱去结晶水，然后破碎成粒度不大于0.15mm的粉体料，同时将烟煤粉碎成粒度不大于0.15mm粉体料。
[0026] 将高铁铝土矿矿粉、烟煤煤粉、还原催化剂Li2CO3以及形核替代剂金属铁粉按照质量百分比为77.46％、18.54％、2.0％、2.0％的比例混匀、加热、热压至350℃热压成高铁铝土矿热压块，制成的热压块抗压强度为810N，碳氧摩尔比为1.2。
[0027] 将上述热压块装入到转底炉中进行金属化还原，还原区温度为1350℃，还原区的CO分压为95.0％，还原时间为40min，将还原产物从出料口排入到密闭容器中冷却，还原产物的金属化率为92.2％。
[0028] 待还原产物冷却至室温后，进行两次磨矿、两阶磁选。一次磨矿后粒度小于0.074mm的部分占磨矿质量百分比为30％，一阶磁场强度为50mT，磁选得到一阶磁性物和一阶非磁性物。
[0029] 再对一阶磁性物进行二次磨矿、二阶磁选，二次磨矿后粒度小于0.074mm的部分占一阶磁性物质量百分比为80％，二阶磁场强度约为300mT，二阶磁选后得到直接还原铁和二阶非磁性物。直接还原铁中TFe含量为91.20％，金属化率为92.63％，铁回收率为90.46％。
[0030] 将一阶非磁性物和二阶非磁性物混匀，然后混匀物料、烟煤煤粉按照质量百分比为65％、35％的比例充分混匀、加热、热压成铝硅炉渣热压块，制备成的铝硅炉渣热压块抗压强度为967N。
[0031] 将铝硅炉渣热压块加入到中频感应炉中进行冶炼，从入炉温度升到冶炼温度的时间为25min，控制冶炼温度为2100℃，冶炼时间为60min，冶炼时应控制其气氛为还原性气氛。
[0032] 冶炼完成后直接在浇铸
锭模中浇铸，冷却后得到一次铝硅合金，一次铝硅合金的主要物相为Al、Si以及少量的AlC4，铝、硅的回收率分别为76.8％、74.1％。
[0033] 实施例2
[0034] 采用实施例1中的高铁铝土矿矿粉、烟煤煤粉还原催化剂Li2CO3以及形核替代剂金属铁粉。
[0035] 将高铁铝土矿矿粉、烟煤煤粉、还原催化剂Li2CO3以及形核替代剂金属铁粉按照质量百分比为75.04％、17.96％、3.0％、4.0％的比例混匀、加热、热压至350℃热压成高铁铝土矿热压块，制成的热压块抗压强度为750N，碳氧摩尔比为1.2。
[0036] 将上述热压块装入到转底炉中进行金属化还原，还原区温度为1350℃，还原区的CO分压为95.0％，还原时间为35min，将还原产物从出料口排入到密闭容器中冷却，还原产物的金属化率为94.6％。
[0037] 待还原产物冷却至室温后，进行两次磨矿、两阶磁选。一次磨矿后粒度小于0.074mm的部分占磨矿质量百分比为25％，一阶磁场强度为50mT，磁选得到一阶磁性物和一阶非磁性物；
[0038] 再对一阶磁性物进行二次磨矿、二阶磁选，二次磨矿后粒度小于0.074mm的部分占一阶磁性物质量百分比为75％，二阶磁场强度约为300mT，二阶磁选后得到直接还原铁和二阶非磁性物。直接还原铁中TFe含量为93.60％，金属化率为94.82％，铁回收率为92.63％。
[0039] 将一阶非磁性物和二阶非磁性物混匀，然后混匀物料、烟煤煤粉按照质量百分比为62％、38％的比例充分混匀、加热、热压成铝硅炉渣热压块，制备成的铝硅炉渣热压块抗压强度为1020N。
[0040] 将铝硅炉渣热压块加入到中频感应炉中进行冶炼，从入炉温度升到冶炼温度的时间为25min，控制冶炼温度为2050℃，冶炼时间为50min，冶炼时应控制其气氛为还原性气氛。
[0041] 冶炼完成后直接在浇铸锭模中浇铸，冷却后得到一次铝硅合金，一次铝硅合金的主要物相为Al、Si以及少量的AlC4，铝、硅的回收率分别为78.2％、76.9％。
