专利摘要

一种赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统，储料仓的出料口与螺旋给料机的进口相配合，螺旋给料机的出口与预热旋风分离器的进料口相配合，预热旋风分离器的出料口与悬浮高温炉连通，悬浮高温炉装配有燃烧站；悬浮高温炉出料口与脱水旋风分离器连通，脱水旋风分离器与悬浮焙烧还原器进料口连通，悬浮焙烧还原器出料口与冷却器连通；冷却器的出口与球磨机相配合，球磨机的出口与磁选机相配合。本发明装置及方法可根据赤泥和煤矸石不同来源协调混合比例，对不同成分矿物适应性强；在还原反应过程中无需添加还原剂；系统能耗低，处理成本低，经济性好，且环境友好，易实现大型工业化应用。

权利要求

1.一种赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统，其特征在于包括储料仓、预热旋风分离器、悬浮高温炉、脱水旋风分离器、悬浮焙烧还原器、除尘器、引风机、球磨机和磁选机；储料仓的出料口与螺旋给料机的进口相配合，螺旋给料机的出口与预热旋风分离器的进料口相配合，预热旋风分离器的出料口与悬浮高温炉下部的进料口连通，悬浮高温炉装配有燃烧站；悬浮高温炉上部的出料口与脱水旋风分离器的进料口连通，脱水旋风分离器的出料口与悬浮焙烧还原器顶部的进料口连通；悬浮焙烧还原器底部设有空气入口和氮气入口，悬浮焙烧还原器上部的出料口与冷却器的进口连通；冷却器的出口与球磨机的进口相配合，球磨机的出口与磁选机的进口相配合；脱水旋风分离器8的排气口与预热旋风分离器6的进料口连通，旋风分离器的排气口与除尘器的进气口连通，除尘器的出气口通过管道与引风机连通。

2.根据权利要求1所述的赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统，其特征在于所述的储料槽上方设有除杂筛，除杂筛上方与皮带送料机的出口相对，皮带送料机的进口与混料机的放料口相对。

3.根据权利要求1所述的赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统，其特征在于所述的除尘器与引风机之间的管道上设有换热器，换热器为管式换热器。

4.根据权利要求1所述的赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统，其特征在于所述的磁选机的精矿出口与铁精矿集料器相对，尾矿出口与铝精矿集料器相对。

5.根据权利要求1所述的赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统，其特征在于所述的冷却器为管式换热器。

6.一种权利要求1所述的赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统的使用方法，其特征在于按以下步骤进行：

(1)采用铁品位TFe 30～50％的赤泥作为赤泥原料；将煤矸石破碎至粒径≤12mm，然后磨细至粒径-0.038mm的部分占总质量≥70％，制成煤矸石粉料；

(2)将赤泥原料和煤矸石粉料混合，获得混合粉料；混合粉料中赤泥原料与煤矸石粉料的质量比为1～15；将混合粉料放入储料仓4内，再经螺旋给料机5连续输送至旋风分离器6中；

(3)在启动引风机13的条件下，除尘器11、预热旋风分离器6、悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8和悬浮焙烧还原器9形成负压；进入预热旋风分离器6的混合粉料经旋风分离后进入悬浮高温炉7；在开启燃烧站18的条件下，燃烧站18产生的高温烟气在悬浮高温炉7内与预热后的混合粉料混合；混合粉料被加热至650～1000℃，脱除吸附水和部分结晶水后，形成的固体部分为高温粉料，形成的气体部分为水蒸气，在负压作用下从悬浮高温炉7中排出，进入脱水旋风分离器8；

(4)进入脱水旋风分离器8的高温粉料与水蒸气分离，并且温度降至600～950℃形成脱水物料，然后从出料口进入悬浮焙烧还原器9；水蒸气从脱水旋风分离器8的排气口排出；

(5)通过空气入口和氮气入口向悬浮焙烧还原器9内通入空气和氮气，然后从浮焙烧还原器9的进料口进入脱水旋风分离器8；悬浮焙烧还原器9内的脱水物料在气流作用下处于悬浮状态，并降温至500～800℃，脱水物料中的C与空气中的O发生反应生成CO，CO与脱水物料中的Fe2O3发生还原反应生成Fe3O4和CO2，同时C与CO2发生反应生成CO；反应完成后剩余的固体物料作为还原物料，从悬浮焙烧还原器9上部的出料口排出，进入冷却器10；

(6)还原物料经冷却器10换热冷却至常温后，输送到球磨机14中，球磨磨细至粒径-0.038mm的部分占总质量60～95％，然后输送到磁选机15中，进行弱磁选，获得的磁性矿物为铁精矿，非磁性矿物为铝精矿。

说明书

技术领域

本发明涉及矿物加工和环保技术领域，特别涉及一种赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统。

背景技术

煤矸石是煤矿开采和洗煤过程中排放的固体废弃物，全球煤炭行业每年排放约3.5亿吨煤矸石；赤泥是生产氧化铝时排放的红褐色强碱性细粒废渣；赤泥和煤矸石的大量堆存，不仅占用土地，污染土壤、水和空气，还造成大量有用金属的浪费；赤泥和煤矸石堆存引发的安全、环境和生态问题严重威胁氧化铝工业和煤炭行业的可持续发展。赤泥中富含铁矿物，煤矸石中含有大量的铝，二者可作为一种新的铁资源和铝资源加以利用；此外，煤矸石中还含有一定量的固定碳，不加利用造成了能源浪费；如果能够有效的利用赤泥和煤矸石中的铁和铝，将在很大的程度上缓解钢铁行业和氧化铝行业的资源紧缺和环境污染的压力，而且对绿色环保发展具有重要的经济和社会意义。

专利CN201821737118.2公开一种赤泥磁化焙烧综合利用系统，该系统通过新式气基还原的磁化焙烧系统，高效筛选出精铁矿，并提高赤泥的综合利用率，但是需要依赖大量的焦炉煤气才能得到还原产品，且热耗高，焙烧时间长。

专利CN201310337154.5公开一种利用赤泥活化处理煤矸石和/或粉煤灰的方法，提出将煤矸石和/或粉煤灰与一定量的赤泥和Na2CO3配料，然后在600～1000℃下烧结后酸浸提取氧化铝，该方法降低了活化助剂碱的消耗量，实现赤泥与煤矸石/或粉煤灰的协同处理，但忽略了煤矸石中的固定碳和赤泥中大量氧化铁的存在，浪费了碳资源和铁资源。因此针对当前工艺设备无法高效处理赤泥和煤矸石资源的现状，开发运行成本低，处理能力大，传热传质效率高，易于工业化的技术及装备具有重要意义。

发明内容

针对现有赤泥和煤矸石无法实现高效综合利用，以及处理能耗高、能力低的现状，本发明提供一种赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统。

本发明的赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统包括储料仓4、预热旋风分离器6、悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8、悬浮焙烧还原器9、除尘器11、引风机13、球磨机14和磁选机15；储料仓4的出料口与螺旋给料机5的进口相配合，螺旋给料机5的出口与预热旋风分离器6的进料口相配合，预热旋风分离器6的出料口与悬浮高温炉7下部的进料口连通，悬浮高温炉7装配有燃烧站18；悬浮高温炉7上部的出料口与脱水旋风分离器8的进料口连通，脱水旋风分离器8的出料口与悬浮焙烧还原器9顶部的进料口连通；悬浮焙烧还原器9底部设有空气入口和氮气入口，悬浮焙烧还原器9上部的出料口与冷却器10的进口连通；冷却器10的出口与球磨机14的进口相配合，球磨机14的出口与磁选机15的进口相配合；脱水旋风分离器8的排气口与预热旋风分离器6的进料口连通，旋风分离器6的排气口与除尘器11的进气口连通，除尘器11的出气口通过管道与引风机13连通。

上述系统中，储料槽4上方设有除杂筛3，除杂筛3上方与皮带送料机2的出口相对，皮带送料机2的进口与混料机1的放料口相对。

上述系统中，燃烧站18与天然气气源通过管道连通。

上述系统中，空气入口通过管道与空气气源连通，氮气入口通过管道与氮气气源连通。

上述系统中，除尘器11与引风机13之间的管道上设有换热器12，换热器12为管式换热器。

上述系统中，磁选机15的精矿出口与铁精矿集料器16相对，尾矿出口与铝精矿集料器17相对。

上述的冷却器10为管式换热器。

上述的悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8和悬浮焙烧还原器9的外壁均设有加热装置和保温层。

上述的悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8、悬浮焙烧还原器9、冷却器10和除尘器11均设有点偶测温装置和压力传感器。

本发明的赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统的使用方法按以下步骤进行：

1、采用铁品位TFe 30～50％的赤泥作为赤泥原料；将煤矸石破碎至粒径≤12mm，然后磨细至粒径-0.038mm的部分占总质量≥70％，制成煤矸石粉料；

2、将赤泥原料和煤矸石粉料混合，获得混合粉料；混合粉料中赤泥原料与煤矸石粉料的质量比为1～15；将混合粉料放入储料仓4内，再经螺旋给料机5连续输送至旋风分离器6中；

3、在启动引风机13的条件下，除尘器11、预热旋风分离器6、悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8和悬浮焙烧还原器9形成负压；进入预热旋风分离器6的混合粉料经旋风分离后进入悬浮高温炉7；在开启燃烧站18的条件下，燃烧站18产生的高温烟气在悬浮高温炉7内与预热后的混合粉料混合；混合粉料被加热至650～1000℃，脱除吸附水和部分结晶水后，形成的固体部分为高温粉料，形成的气体部分为水蒸气，在负压作用下从悬浮高温炉7中排出，进入脱水旋风分离器8；

4、进入脱水旋风分离器8的高温粉料与水蒸气分离，并且温度降至600～950℃形成脱水物料，然后从出料口进入悬浮焙烧还原器9；水蒸气从脱水旋风分离器8的排气口排出；

5、通过空气入口和氮气入口向悬浮焙烧还原器9内通入空气和氮气，然后从浮焙烧还原器9的进料口进入脱水旋风分离器8；悬浮焙烧还原器9内的脱水物料在气流作用下处于悬浮状态，并降温至500～800℃，脱水物料中的C与空气中的O发生反应生成CO，CO与脱水物料中的Fe2O3发生还原反应生成Fe3O4和CO2，同时C与CO2发生反应生成CO；反应完成后剩余的固体物料作为还原物料，从悬浮焙烧还原器9上部的出料口排出，进入冷却器10；

6、还原物料经冷却器10换热冷却至常温后，输送到球磨机14中，球磨磨细至粒径-0.038mm的部分占总质量60～95％，然后输送到磁选机15中，进行弱磁选，获得的磁性矿物为铁精矿，非磁性矿物为铝精矿。

上述的步骤2中，赤泥原料和煤矸石粉料先置于混料机1内进行混合，形成混合粉料后放入皮带送料机2，经皮带送料机2传输到储料仓4；储料仓4和皮带送料机2之间设置除杂筛3用于筛分出粒径-0.038mm以上的物料。

上述的步骤4中，空气和氮气进入脱水旋风分离器8后，从脱水旋风分离器8的排气口排出，进入预热旋风分离器6的进料口；预热旋风分离器6经旋风分离出的气体从排气口进入除尘器11；在除尘器11内经除尘后的气体进入换热器12；在换热器12内换热后的气体通过引风机13排放。

上述的步骤6中，弱磁选后产生的铁精矿放入铁精矿集料器16，产生的铝精矿放入铝精矿集料器17。

上述的赤泥的铁品位TFe 30～50％；当赤泥原料的铁品位TFe<30％时，将赤泥原料进行弱磁选和强磁选富集铁元素，获得铁品位TFe 30～50％的赤泥产品。

上述的步骤1中，煤矸石按质量百分比含Al2O3 15～38％，SiO2 30～35％，固定碳8～17％，铁品位TFe 5～16％。

上述的步骤3中，结晶水被脱除的反应式为：

Al2O3·SiO2·2H2O→Al2O3·SiO2+H2O、

Al2O3·H2O→Al2O3+H2O、

Al2O3·3H2O→Al2O3+3H2O和

Fe2O3·nH2O→Fe2O3+H2O。

上述的步骤5中，向悬浮焙烧还原器9内通入空气和氮气时，空气与氮气的体积流量比为1:(4～19)。

上述的步骤5中，脱水物料在悬浮焙烧还原器9内的停留时间2～20min。

上述的步骤5中，脱水物料在悬浮焙烧还原器9内的主要反应式为：

C+O→CO、

Fe2O3+CO→Fe3O4+CO2和

C+CO→CO2。

上述的步骤6中，弱磁选的磁场强度700～2000Oe。

上述的铁精矿的铁品位TFe 55～65％，Fe的回收率60～85％。

上述的铝精矿按质量百分比含Al2O330～50％，Al2O3的回收率65～85％。

上述的铝精矿中主要成分为高岭石脱水生成的偏高岭石，以及一软水铝石、一水硬铝石和三水铝石脱水生成的无定型Al2O3，无定型Al2O3以活性较高的形态存在，有利于后续的氧化铝浸出。

上述的弱磁选采用湿式弱磁选机。

本发明装置及方法可根据赤泥和煤矸石不同来源协调混合比例，对不同成分矿物适应性强；在还原反应过程中无需添加或通入任何煤基或者气基还原剂，仅利用煤矸石中含有的固定碳，便可实现对赤泥和煤矸石中铁矿物的充分还原；同时赤泥中的碱可以在焙烧过程中活化煤矸石中的高岭石等铝矿物，从而提高后续煤矸石中氧化铝在酸中的溶出。

本发明采用赤泥与煤矸石粉悬浮共焙烧的方法，在焙烧温度范围内不但可以有效还原二者中的铁矿物，还可以有效脱除各种铝矿物中的结晶水，最终获得两种产品-铁精矿和铝精矿；本发明工艺流程简短、高效，能耗低，处理成本低，经济性好，且环境友好，易实现大型工业化应用。

附图说明

图1为本发明实施例中的赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统结构示意图；图中，1、混料机，2、皮带送料机，3、除杂筛，4、储料仓，5、螺旋给料机，6、预热旋风分离器，7、悬浮高温炉，8、脱水旋风分离器，9、悬浮焙烧还原器，10、冷却器，11、除尘器，12、换热器，13、引风机，14、球磨机，15、磁选机，16、铁精矿集料器，17、铝精矿集料器，18、燃烧站。

具体实施方式

本发明实施例中，当赤泥原料的铁品位TFe<30％时，将赤泥原料进行弱磁选和强磁选富集铁元素，获得铁品位TFe 30～50％的赤泥产品；其中弱磁选的磁场强度800～1800Oe。弱磁选获得的弱磁选精矿进行强磁选，强磁选的磁场强度5000～12000Oe，强磁选获得的强磁选精矿作为赤泥产品；其中弱磁选和强磁选采用湿式弱磁选机和湿式强磁选机。

本发明实施例中采用的赤泥的铁品位TFe 15～50％，按质量百分比含Al2O3 12～22％，SiO2 2～7％，Na2O 1～5％。

本发明实施例中采用的煤矸石按质量百分比含Al2O3 15～38％，SiO2 30～35％，固定碳8～17％，铁品位TFe 5～16％。

本发明实施例中的铝精矿中主要成分为高岭石脱水生成的偏高岭石，以及一软水铝石、一水硬铝石和三水铝石脱水生成的无定型Al2O3，无定型Al2O3以活性较高的形态存在，有利于后续的氧化铝浸出。

本发明实施例中弱磁选采用湿式弱磁选机。

本发明实施例中的换热器为管式换热器。

本发明实施例中的冷却器为管式换热器。

本发明实施例中的悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8和悬浮焙烧还原器9的外壁均设有加热装置和保温层，用于控制温度。

本发明实施例中的悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8、悬浮焙烧还原器9、冷却器10和除尘器11均设有点偶测温装置和压力传感器，用于测量温度和压力。

实施例1

赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统结构如图1所示，包括储料仓4、预热旋风分离器6、悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8、悬浮焙烧还原器9、除尘器11、引风机13、球磨机14和磁选机15；储料仓4的出料口与螺旋给料机5的进口相配合，螺旋给料机5的出口与预热旋风分离器6的进料口相配合，预热旋风分离器6的出料口与悬浮高温炉7下部的进料口连通，悬浮高温炉7装配有燃烧站18；悬浮高温炉7上部的出料口与脱水旋风分离器8的进料口连通，脱水旋风分离器8的出料口与悬浮焙烧还原器9顶部的进料口连通；悬浮焙烧还原器9底部设有空气入口和氮气入口，悬浮焙烧还原器9上部的出料口与冷却器10的进口连通；冷却器10的出口与球磨机14的进口相配合，球磨机14的出口与磁选机15的进口相配合；脱水旋风分离器8的排气口与预热旋风分离器6的进料口连通，旋风分离器6的排气口与除尘器11的进气口连通，除尘器11的出气口通过管道与引风机13连通；

储料槽4上方设有除杂筛3，除杂筛3上方与皮带送料机2的出口相对，皮带送料机2的进口与混料机1的放料口相对；

燃烧站18与天然气气源通过管道连通；

空气入口通过管道与空气气源连通，氮气入口通过管道与氮气气源连通；

除尘器11与引风机13之间的管道上设有换热器12；

磁选机15的精矿出口与铁精矿集料器16相对，尾矿出口与铝精矿集料器17相对；

方法为：

赤泥的铁品位TFe 46.15％，按质量百分比含Al2O3 12.13％，SiO2 2.87％，Na2O2.2％，其中铁矿物主要为赤铁矿和针铁矿；

煤矸石按质量百分比含Al2O3 28.18％，SiO2 32.47％，固定碳16.27％，铁品位TFe5.77％；

将煤矸石破碎至粒径≤12mm，然后磨细至粒径-0.038mm的部分占总质量75％，制成煤矸石粉料；

将赤泥原料和煤矸石粉料混合，获得混合粉料；混合粉料中赤泥原料与煤矸石粉料的质量比为3；

将混合粉料放入储料仓4内，再经螺旋给料机5连续输送至旋风分离器6中；赤泥原料和煤矸石粉料先置于混料机1内进行混合，形成混合粉料后放入皮带送料机2，经皮带送料机2传输到储料仓4；储料仓4和皮带送料机2之间设置除杂筛3用于筛分出粒径-0.038mm以上的物料；

在启动引风机13的条件下，除尘器11、预热旋风分离器6、悬浮高温炉7、脱水旋风分离器8和悬浮焙烧还原器9形成负压；进入预热旋风分离器6的混合粉料经旋风分离后进入悬浮高温炉7；在开启燃烧站18的条件下，燃烧站18产生的高温烟气在悬浮高温炉7内与预热后的混合粉料混合；混合粉料被加热至700℃，脱除吸附水和部分结晶水后，形成的固体部分为高温粉料，形成的气体部分为水蒸气，在负压作用下从悬浮高温炉7中排出，进入脱水旋风分离器8；

进入脱水旋风分离器8的高温粉料与水蒸气分离，并且温度降至650℃形成脱水物料，然后从出料口进入悬浮焙烧还原器9；水蒸气从脱水旋风分离器8的排气口排出；空气和氮气进入脱水旋风分离器8后，从脱水旋风分离器8的排气口排出，进入预热旋风分离器6的进料口；预热旋风分离器6经旋风分离出的气体从排气口进入除尘器11；在除尘器11内经除尘后的气体进入换热器12；在换热器12内换热后的气体通过引风机13排放；

通过空气入口和氮气入口向悬浮焙烧还原器9内通入空气和氮气，空气与氮气的体积流量比为1:5；然后从浮焙烧还原器9的进料口进入脱水旋风分离器8；悬浮焙烧还原器9内的脱水物料在气流作用下处于悬浮状态，并降温至600℃，脱水物料中的C与空气中的O发生反应生成CO，CO与脱水物料中的Fe2O3发生还原反应生成Fe3O4和CO2，同时C与CO2发生反应生成CO；反应完成后剩余的固体物料作为还原物料，从悬浮焙烧还原器9上部的出料口排出，进入冷却器10；脱水物料在悬浮焙烧还原器9内的停留时间5min；

还原物料经冷却器10换热冷却至常温后，输送到球磨机14中，球磨磨细至粒径-0.038mm的部分占总质量75％，然后输送到磁选机15中，进行弱磁选，弱磁选的磁场强度1200Oe，获得的磁性矿物为铁精矿，非磁性矿物为铝精矿；弱磁选后产生的铁精矿放入铁精矿集料器16，产生的铝精矿放入铝精矿集料器17；

铁精矿的铁品位TFe 57.2％，Fe的回收率79.5％；铝精矿按质量百分比含Al2O342.5％，Al2O3的回收率67.8％。

实施例2

系统结构同实施例1；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)赤泥的铁品位TFe 36.45％，按质量百分比含Al2O3 14.13％，SiO2 5.87％，Na2O 4.2％；煤矸石按质量百分比含Al2O3 19.18％，SiO2 34.15％，固定碳10.27％，铁品位TFe 15.29％；

(2)磨细至粒径-0.038mm的部分占总质量80％，制成煤矸石粉料；

(3)混合粉料中赤泥原料与煤矸石粉料的质量比为8；

(4)混合粉料被加热至800℃；高温粉料温度降至730℃形成脱水物料；

(5)空气与氮气的体积流量比为1:10；脱水物料降温至610℃；脱水物料在悬浮焙烧还原器9内的停留时间8min；

(6)还原物料冷却后球磨至粒径-0.038mm的部分占总质量85％；弱磁选的磁场强度1500Oe；铁精矿的铁品位TFe 60.4％，Fe的回收率71.3％；铝精矿按质量百分比含Al2O339.7％，Al2O3的回收率70.9％。

实施例3

系统结构同实施例1；

方法同实施例1，不同点在于：

(1)赤泥的铁品位TFe 38.19％，按质量百分比含Al2O3 19.35％，SiO2 6.23％，Na2O 3.1％；煤矸石按质量百分比含Al2O3 31.13％，SiO2 33.86％，固定碳13.14％，铁品位TFe 9.46％；

(2)磨细至粒径-0.038mm的部分占总质量85％，制成煤矸石粉料；

(3)混合粉料中赤泥原料与煤矸石粉料的质量比为12；

(4)混合粉料被加热至900℃；高温粉料温度降至820℃形成脱水物料；

(5)空气与氮气的体积流量比为1:19；脱水物料降温至760℃；脱水物料在悬浮焙烧还原器9内的停留时间10min；

(6)还原物料冷却后球磨至粒径-0.038mm的部分占总质量95％；弱磁选的磁场强度2000Oe；铁精矿的铁品位TFe 62.3％，Fe的回收率65.6％；铝精矿按质量百分比含Al2O341.4％，Al2O3的回收率78.6％。

赤泥与煤矸石悬浮共焙烧分离回收铁铝的系统专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。