【技术领域】

本发明涉及一种粉煤灰或炉渣的资源化利用方法，尤其涉及一种从粉煤 灰或炉渣中提取铁精矿砂的方法。

【背景技术】

粉煤灰是一种高分散度的固体颗粒集合体，粉煤灰或炉渣的化学成份与 煤种的矿物组成有关.物理性质随煤种和锅炉型式、燃烧方式等不同而变化。 本方法采用内蒙古西部地区的高铝粉煤灰或炉渣提取铁矿。

粉煤灰或炉渣中的铁主要是由黄铁矿、赤铁矿、菱铁矿、褐铁矿等构成 固熔体结构的细小球粒。煤中一般都含有黄铁矿、白铁矿、天蓝石等含铁矿 物，所以其燃烧所得产物中含有一定量的铁。受煤的来源、种类、煤燃烧状 况的影响，不同电厂粉煤灰或炉渣所含铁的量有所不同。在粉煤灰或炉渣中 的各种成份中，它的比重最大，具有磁性.呈黑褐色，区别于其它粉煤灰颗 粒。煤炭中含有的铁矿物质虽然很多，但只有很少一部分具有磁性，大部分 是非磁性的，不能直接用磁选机进行磁选。煤炭经过锅炉燃烧、在碳和一氧 化碳的还原下，有一部分可以形成粒铁，而另一部分非磁性矿物却被还原成 为磁性铁，因而能用磁选的方法分离出来粉煤灰或炉渣中的铁主要是以钛磁 铁矿[(TiO2)FeO·Fe2O3]、Fe3O4和赤铁矿(Fe2O3)形式存在。

近年来，国内外从粉煤灰或炉渣中提取有用资源的大部分研究成果仅具 有理论意义，限制这些研究成果产业化的主要原因为粉煤灰或炉渣有用资源 的提取研究不系统，例如，有些单独研究提取氧化铝，一些专门研究提取氧 化硅，有些专门提取铁精矿砂，一些专门研究提取碳，另一些专门研究提取 微量元素，这些研究都是自成体系，没有将资源的提取进行相互关联、整合， 而使之成为一个可行的整体方案，使提取成本居高不下，难以进行产业化推 广。

【发明内容】

鉴于此，本专利提出一种将火力发电厂燃煤燃烧后的粉煤灰或炉渣提取 出铁精矿砂原料的方法。本方法将炉渣经过球磨机研磨后，使得粉煤灰或煤 渣提取的铁矿的质量和纯度达到一定的要求，并且经过两级干式磁选，可进 一步提高铁矿的纯度。

为达到上述目的，本发明提供一种从从粉煤灰或炉渣中提取铁精矿砂的 方法，其中包括如下步骤：

步骤一：炉渣首先进行研磨；

步骤二：将粉煤灰或研磨后的炉渣用干式磁选机进行磁选，获得铁精矿 砂半成品；

步骤三：铁精矿砂半成品经过脱磁设备退磁；

步骤四：再经过一级磁选设备进行磁选后，获得铁精矿砂。

进一步，在步骤一中，所述研磨的设备为搅拌球磨机。

进一步，在步骤一中，所述研磨的细度为200～250目左右。

进一步，在步骤二中，所述磁选的磁场强度为1000～1300奥斯特。

进一步，在步骤二中，所述退磁的设备为手提式退磁器。

进一步，在步骤三中，所述磁选的磁场强度为900～1050奥斯特。

进一步，粉煤灰或炉渣联产漂珠的方法为，在步骤二中：

将磁选后的粉煤灰或炉渣加入氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的浓度为质 量百分比在10％～40％之间，按照粉煤灰或炉渣的质量(千克)与预脱硅用 氢氧化钠溶液的体积比(升)为1∶1.6～1∶8进行配比；然后常温下启动 搅拌设备，转速在20～50转/分钟，保持转动2～10分钟；

待液面上浮起漂浮物后，开启浮选设备将漂珠选取后收集到缓冲槽中；

漂珠收集后经除碳工序，再经过再次分选、洗涤就可以获得白色的漂珠 产品。

进一步，粉煤灰或炉渣联产氧化铝的方法为，在提取漂珠后，粉煤灰或 炉渣与氢氧化钠溶液一起的浆液进行如下步骤：

步骤A：预脱硅：在70～100℃下恒温预脱硅1.0～4.0个小时后得预脱 硅浆液；

步骤B：固液分离及滤饼洗涤：把预脱硅浆液固液分离，液体部分为预 脱硅滤液，固体部分为滤饼；

用50～85℃的水淋洗滤饼，每千克干的滤饼所用热水的体积为0.5升， 将第一次淋洗滤饼后的滤液收集，和预脱硅浆液分离后的预脱硅滤液一起合 并后为预脱硅原液；

继续循环用热氢氧化钠溶液或热水淋洗滤饼：热水或热氢氧化钠溶液的 温度为50～85℃，氢氧化钠溶液的质量百分数浓度低于20％，滤饼的质量 (千克)与热氢氧化钠溶液或热水的体积(升)比为1∶0.5，从第二次淋洗 滤饼开始，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用 稀氢氧化钠溶液，以此类推，直到最后一次洗涤后的滤液与预脱硅原液中氧 化钠和二氧化硅含量大致相当后，将其与预脱硅原液合并，作为碳分制备白 炭黑的原料，再换其它热氢氧化钠溶液或热水继续对滤饼进行洗涤，直到滤 饼中氧化钠的质量百分比含量低于8.8％，停止对滤饼洗涤；

经过洗涤后的滤饼烘干，为精矿，精矿的氧化铝与氧化硅的质量比为 1.4∶1～1.6∶1；

步骤C：苛化渣的制备：将预脱硅原液和与预脱硅原液中氧化钠和二氧 化硅的含量大致相当的滤饼洗涤液合并后进行碳分、陈化后得到为白炭黑浆 液；陈化后的白炭黑浆液固液分离后，收集滤液为预脱硅母液；预脱硅母液 去苛化：即按照摩尔比氧化钙∶氧化钠为1∶1.1～1∶1.3进行配比，将石灰 直接添加到预脱硅母液中，在95℃左右搅拌反应1～2小时后，进行固液分 离，固体滤饼为苛化渣；

步骤D：将所述精矿、碳酸钠，还包括石灰或预脱硅母液苛化后的苛化 渣这两种物质中的一种或两种，按照摩尔比Ca∶Si＝1.9～2.5，摩尔比 Na∶(Al+Fe)＝0.95～1.05进行配比，进行干磨、混匀后为生料；

步骤E：将所述生料在1100～1250℃下进行烧结，并恒温15～120分钟， 冷却后用球磨机粉碎到粒度为60～100目左右为熟料；

步骤F：将所述熟料与碳酸钠溶液进行溶出，烧结好的每公斤熟料所需 要溶出用的碳酸钠溶液的体积为3升～15升，碳酸钠溶液质量百分比浓度为 4％～8％，在75℃～95℃恒温中溶出15～60分钟；

步骤G：将溶出后的固液分离，滤液收集，固体为滤饼；用50～85℃的 纯水淋洗滤饼，每千克干的滤饼所用纯水为0.5升，将第一次淋洗滤饼后的 滤液收集，和熟料溶出浆液分离收集后的滤液一起合并后为铝酸钠粗液；

步骤H：继续重复用50～85℃的白炭黑一洗水或白炭黑二洗水或水(当 上述洗水不够时，使用热水)淋洗滤饼，每千克干的滤饼所用液体的体积与 第一次相同，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的淋洗 用液，直到最后一次洗涤后的滤液与铝酸钠粗液中氧化钠和氧化铝含量大致 相当后，将该洗涤后的滤液收集，并与铝酸钠粗液一起合并去深度脱硅；最 后再换其它白炭黑一洗水和白炭黑二洗水或热水继续对滤饼进行洗涤，直到 白泥中氧化钠质量百分比含量低于7％，停止洗涤；

步骤I：所述铝酸钠粗液深度脱硅的工艺条件为：铝酸钠粗液按照6～9 克/升的量加入氧化钙，将铝酸钠粗液放在密封的高压反应釜中，保持搅拌 转速在100～200转/分钟，保持140～160℃温度恒定，反应2小时后，得到 的铝酸钠滤液为精液，该精液的硅量指数大于400；

步骤J：将石灰石窑炉气经净化后导入，对铝酸钠精液进行碳酸化分解， 得氢氧化铝；

步骤K：将氢氧化铝在1050～1100℃左右下焙烧，得氧化铝。

进一步，联产白炭黑的方法为：

在步骤C中，将预脱硅原液和最后一次洗涤滤饼的滤液合并，在60～95 ℃恒温中碳分2～3小时，控制二氧化碳流量，所用二氧化碳体按积分数的 浓度为30～99％，在上述液体的pH值在7.5～10.5时为碳分终点；

在50～75℃下陈化15～60分钟后为白炭黑浆液；

将陈化后的白炭黑浆液固液分离；收集滤液为预脱硅母液；固体为滤饼；

预脱硅母液去苛化：即按照摩尔比氧化钙∶氧化钠为1∶1.1～1∶1.3进 行配比，将石灰直接添加到预脱硅母液中，在95℃搅拌反应1～2小时后， 进行固液分离，固体滤饼为苛化渣，主要成分为碳酸钙，滤液为预脱硅循环 母液，直接用作预脱硅用氢氧化钠溶液；

用50～85℃的水淋洗滤饼，每千克含水滤饼需要用3-5升水，滤液收集 为白炭黑一洗水，白炭黑一洗水，在精矿洗涤或者白泥洗涤中用，滤饼为白 炭黑半成品；

白炭黑半成品经过加2摩尔/升的盐酸或者2摩尔/升的硫酸搅拌洗涤净 化、然后用水洗涤到pH值在5～8之间，洗涤后的滤液收集为白炭黑二洗水 在白泥洗涤中用，洗涤过后的白炭黑在105～150℃下的烘箱内干燥，干燥时 间控制在1～3小时后为白炭黑成品。

进一步，联产水泥的方法为：

在步骤H中，经过洗涤后的滤饼烘干，为白泥；按照质量比白泥∶石灰 ＝5∶1～1∶1的比例配料，进入水泥生产工序生产水泥。

本发明在以下方面进行了改进：

1、由于粉煤灰或煤渣中的铁元素分布不均匀，经过球磨机研磨后可以 使得粉煤灰或煤渣提取的铁矿的质量和纯度达到一定的要求。

2、经过两级干式磁选，可进一步提高铁矿的纯度。

3、有机的连续、逐级提取粉煤灰或炉渣中的铁精矿砂、漂珠、二氧化 硅以及氧化铝的整套系统工艺流程；

4、粉煤灰或炉渣预脱硅，提高粉煤灰/炉渣预脱硅后精矿中铝硅比；

5、预脱硅碳分母液苛化后其溶液中NaOH质量百分比浓度在10～16％， 可以直接利用来预脱硅，完全不用浓缩，极大地降低能耗，相比其它粉煤灰 或炉渣预脱硅技术，从白炭黑中提取一吨白炭黑，大约可以降低3吨标准煤 /吨白炭黑能耗；

6、精矿生料烧结配方以及烧结工艺条件的优化，不仅使能耗降低，还 提高了溶出率(溶出率是指精矿中有用成分Na2O和AL2O3在溶出过程中溶出 来的量，是氧化铝行业中通用的叫法)；

7、烧结熟料溶出工艺条件，提高了溶出率；

8、精矿的分离、循环洗涤工艺；

9、粗铝酸钠液的一次深度脱硅工艺，不用多次脱硅，节约了能耗；

10、白泥联产生产水泥。

本发明的有益效果为：

1、实现将粉煤灰或炉渣中的氧化铁的选取，极大地提高粉煤灰或炉渣 深加工的附加值；

2、通过粉煤灰或炉渣中的选铁工艺，可以获得冶炼级别的铁矿石，也 可获得粉煤灰或炉渣作为铝土矿资源的品味，为粉煤灰或炉渣利用提取氧化 铝开辟了新的道路。减少了粉煤灰或炉渣提取氧化铝后产生的废渣量，相比 直接用粉煤灰或炉渣提取氧化铝联产水泥大大减少了水泥的产量，降低了废 渣处理难度了。

【附图说明】

图1为本发明提取铁精矿砂的流程图。

【具体实施方式】

为了使本领域技术人员能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅 以下有关本发明的详细说明与附图，附图仅提供参考与说明，并非用来限制 本发明。

下面结合附图，对本发明的实施方式进行描述。

如图1所示，在从粉煤灰或炉渣中提取精铁矿粉时，可以通过以下步骤 来实现：

101：首先用搅拌球磨机JM-260将炉渣研磨细度到200～250目后，粉 煤灰不用研磨；

102：粉煤灰或研磨后的炉渣用干式磁选机XCGII120×(30+30)进行磁 选，磁场强度为1100～1300奥斯特，就可以获得含氧化铁(质量分数)约 45％的粗铁精矿砂，产量约为粉煤灰或煤渣质量的3.5％。

103：粗铁精矿砂经过脱磁设备DM160手提式退磁器退磁，消除掉一部 分非磁性物质。

104：再经过一级磁选设备XCGII120×(30+30)，磁场强度为900～1050 奥斯特，进行磁选后可获得含氧化铁(质量分数)约65％的精铁矿粉。

从粉煤灰或炉渣中提取精铁矿粉后，该流程继续进行，联产漂珠、氧化 铝、白炭黑和水泥原料：

105：将磁选后的粉煤灰或炉渣，用质量百分比为10％～40％的NaOH 溶液，按照固液比：即粉煤灰或炉渣质量(千克)与预脱硅用氢氧化钠溶液 的体积比(升)为1∶1.6～1∶8进行配比，常温下启动搅拌设备，转速在 20～50转/分钟，保持转动2～10分钟，待液面上浮起对漂浮物后，开启浮 选设备将漂珠选取后收集到缓冲槽中，除碳工序后经过再次分选、洗涤就可 以获得白色的漂珠产品；

106：将提取漂珠后的粉煤灰或炉渣以及氢氧化钠溶的浆液在70～100 ℃下恒温预脱硅1.0～4.0个小时后，得预脱硅浆液；

107：把预脱硅浆液固液分离，液体部分为预脱硅滤液，固体部分为滤 饼，用50～85℃的水淋洗滤饼；固液比(下同)，即滤饼质量(每千克干品) 与所用水的体积(每升)比为1∶0.5；将第一次淋洗滤饼后的滤液收集，和 预脱硅浆液分离后的滤液一起合并为预脱硅原液备用，继续用的50～85℃的 质量百分数浓度低于20％的稀氢氧化钠溶液或热水淋洗滤饼，固液比仍为1∶ 0.5，每次将后面一次洗涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用稀氢 氧化钠溶液，比如将二次洗涤后的滤液收集后用作下一轮第一次淋洗滤饼用 的稀氢氧化钠溶液，第三次洗涤后的滤液收集后用作下一轮第二此洗涤用的 稀氢氧化钠溶液，依次类推，直到最后一次洗涤后的滤液与预脱硅原液中氧 化钠和二氧化硅的含量大致相当后将其与预脱硅原液合并，一起去碳分制备 白炭黑去；再换其它热氢氧化钠溶液或热水继续对滤饼进行洗涤，直到滤饼 中Na2O的质量百分含量低于8.8％，停止对滤饼洗涤，经过洗涤后的滤饼烘 干，为精矿备用，精矿的铝硅比为1.4∶1～1.6∶1，用作为碱石灰(石)烧 结法的铝矿资源。

108：将预脱硅原液和最后一次洗涤后的滤液，在60～95℃恒温中碳分 2～3小时，控制二氧化碳流量，所用二氧化碳浓度30～99％(体积分数)， 在上述液体的pH值在7.5～10.5时为碳分终点；

上述液体在50～75℃下陈化(陈化是指反应结束后将物料沉淀完全后， 让初生成的沉淀与母液一起放置一段时间，这个过程称为“陈化”)15～60 分钟后为白炭黑浆液；

109：将陈化后的白炭黑浆液固液分离，收集滤液为预脱硅母液，固体 为滤饼；

预脱硅母液去苛化，即按照摩尔比氧化钙/氧化钠为1∶1.1～1∶1.3 进行配比，将石灰直接添加到预脱硅母液中，在95℃搅拌反应1～2小时后， 进行固液分离，固体滤饼为苛化渣，主要成分为碳酸钙；滤液为预脱硅循环 母液，直接用作预脱硅时所需氢氧化钠溶液(苛化反应的基本原理为如下反 应方程式所示：CaO+H2O＝Ca(OH)2，Na2CO3+Ca(OH)2＝2NaOH+CaCO3↓，NaHCO3 +Ca(OH)2＝NaOH+CaCO3↓+H2O)；

用固液比1/3～1/5(含水滤饼的质量与洗涤用水的体积比)的50～85 ℃的水淋洗滤饼，即每公斤含水滤饼需要用3-5升水；滤液收集为白炭黑一 洗水备用(该滤液可以用来预脱硅反应后滤饼的洗涤，也可以用来后续氧化 铝生产中白泥的洗涤)，滤饼为白炭黑半成品；

白炭黑半成品(滤饼)经过加2摩尔/升的盐酸或者2摩尔/升的硫酸搅 拌洗涤净化、然后用水洗涤到pH值在5～8，洗涤后的滤液收集为白炭黑二 洗水，用于氧化铝生产中白泥的洗涤，洗涤过后的白炭黑在105～150℃下的 烘箱内干燥，干燥时间控制在1～3小时后为白炭黑成品，其理化性质为： DBP吸收值大于2.32cm3/g、氮吸附比表面积大于190m2/g、pH值为5.3～7.9、 加热减量为4.1％～7.4％；

110：将精矿、碳酸钠，以及石灰或预脱硅母液苛化后的苛化渣这两种 物质中的一种或两种，按照Ca/Si(简称钙比)为1.9～2.5(摩尔比)， Na/(Al+Fe)(简称碱比)为0.95～1.05(摩尔比)配比进行干磨、混匀为生料； 将生料在1100～1250℃进行烧结，并恒温15～120分钟，冷却后用球磨机粉 碎到粒度为60～100目为备用烧结熟料；

111：将烧结好的熟料，按照烧结好的熟料质量与溶出用的碳酸钠溶液 的体积比(质量按每千克，体积按每升)为1∶3～1∶15，添加4％～8％(质 量百分比浓度)Na2CO3溶液，在75℃～95℃恒温中溶出15～60分钟；

112：将溶出后的固液分离，滤液收集，固体滤饼用用50～85℃的水淋 洗，滤饼质量(每公斤干品)与所用水的体积(升)比为1∶0.5；

将第一次淋洗滤饼后的滤液收集，和熟料溶出浆液分离后的滤液一起合 并后为铝酸钠粗液；

继续循环用固液比1∶0.5白炭黑一洗水或白炭黑二洗水(或水，即当 白炭黑洗水不足时用水来补充)的50～85℃水淋洗滤饼，每次将后面一次洗 涤滤饼后的滤液去作为下一轮前一次的洗涤用液，比如将二次洗涤后的滤液 收集后用作下一轮第一次淋洗滤饼用的洗液，第三次洗涤后的滤液收集后用 作下一轮第二次洗涤用的洗液，依次类推，直到最后一次洗涤后的滤液与铝 酸钠粗液中氧化钠和氧化铝含量大致相当后，将最后一次洗涤滤饼后的滤液 收集，并与铝酸钠粗液合并，一起去深度脱硅；最后再换其它白炭黑一洗水 和白炭黑二洗水或热水继续对滤饼进行洗涤，直到白泥中氧化钠含量(质量 百分数)低于7％，停止洗涤；

经过洗涤后的滤饼烘干，为白泥备用。

113：铝酸钠粗液和最后一次洗涤滤饼后的滤液一起，按照6～9克/升 的量加入氧化钙，放在密封的高压反应釜中，保持搅拌转速在100～200转/ 分钟，保持140～160℃温度恒定，反应2小时后，得到的液体为精液，该精 液的硅量指数大于400(硅量指数是指氧化铝的质量浓度与硅的质量浓度的 比)；

114：将石灰石窑炉气经净化后(炉气净化是烧结法生产氧化铝中通用 的方法，一般通过静电除尘等方式使其含尘量降至0.03g/m3，)导入对铝酸 钠精液进行碳酸化分解，得氢氧化铝；

115：将氢氧化铝在1050～1100℃下焙烧，得氧化铝，其杂质成分(质 量百分数)氧化硅＜0.04％，氧化钠＜0.65％；

116：按照白泥∶石灰的质量比为5∶1～1∶1的比例配料，进入水泥生 产工序生产水泥。

以下列表为根据以上流程的11个实施例，每个实施例列出了在上述流程 中的工艺条件的数据，以及氧化铝和其他联产产品的产出量。

说明：最后两个实施例是公斤级的。

通过以上的实施例可以看出，本方法还实现将粉煤灰或炉渣资源化、减 量化，分步选取了粉煤灰或炉渣中的氧化铁、漂珠，提取了白炭黑以及氧化 铝，并将残渣白泥利用生产水泥，极大地提高粉煤灰或炉渣深加工的附加值；

本方法还适应了国家的经济发展新战略，从粉煤灰或炉渣中连续提取铁 精矿砂、漂珠、二氧化硅以及冶金级氧化铝的整个工艺过程中水、二氧化碳、 氢氧化钠、纯碱等物质均可循环使用，使能耗和物耗大幅降低。对于水资源 相对乏的西部地区而言，水资源的节约无疑具有更加重要的意义。此外，整 个工艺过程中无有毒、有害废物的排放，不产生新的污染，完全符合国家十 一五规划建立循环经济的要求，实现了粉煤灰或炉渣利用的清洁生产，体现 了环境效益、生态效益以及社会效益的完美统一。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此即限制本发明的专利范围， 凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变换，直接或间接运用在其它 相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利范围内。