進口鋁土礦赤泥選鐵技術研究

盧海峰

（中國鋁業股份有限公司，北京 100082）

赤泥是在鋁土礦生產氧化鋁流程中產生的工業固體廢棄物，按照《危險廢物鑒別標準》，屬于一般工業固體廢物（固廢代碼：SW09），赤泥中含有Fe、Al、Ca、Na等元素，具有強堿性、腐蝕性以及放射性。采用拜耳法工藝，每生產1噸氧化鋁，會產生1噸左右的赤泥，我國每年的赤泥排放量超過1億噸。赤泥堆場占用大量土地，并需要進行堆場維護，成本較高，約占到氧化鋁生產成本的1.5%以上[1]。同時會造成土地污染和鹽堿化，同時由于赤泥的粒度極細，裸露的赤泥經過長時間的風水日曬后脫水風化，會導致粉塵進入空氣，影響空氣能見度并對人和動物的健康造成危害。赤泥形成的高堿性液體腐蝕性強，且其中富集的放射性元素危害堆放區域附近的人以及動植物，對周圍環境造成放射性危害[2]。

赤泥中含有大量的有價金屬元素，如鐵、鋁、鈣、鈉等，可以作為一種潛在的鐵鋁資源加以綜合利用[3]，其中鐵含量在30%左右，如不加以利用，會造成環境污染和資源浪費。

圖1 赤泥多元素化學分析結果

本文對進口鋁土礦生產氧化鋁排出的赤泥進行選鐵研究，達到了銷售要求，對赤泥固廢進行減量化和綜合化利用。

1 進口鋁土礦赤泥生產背景與技術應用現狀

1.1 進口鋁土礦背景

中國是鋁金屬制品生產和消費大國，鋁冶煉使用的原料為氧化鋁，而氧化鋁需要開采鋁土礦進行生產。隨著國內鋁土礦資源不斷消耗，采用進口礦生產氧化鋁已經成為了國內大型氧化鋁企業的必然選擇。2020年，中國進口鋁土礦約1.34億噸，其中幾內亞、澳大利亞、印尼占據中國進口鋁土礦前三位。

進口鋁土礦中鐵礦物含量高，噸氧化鋁赤泥產生量大，赤泥堆存占用土地面積大。鋁土礦溶出赤泥TFe含量高，但是，鋁針鐵礦占含鐵礦物50%以上，采用常規磁選方法選出的鐵精礦TFe含量達不到銷售要求，無法實現赤泥資源化、減量化利用。全世界堆存的待處理赤泥超過40億噸，我國年赤泥產生量超過1億噸，實際綜合利用率不足5%。

1.2 進口鋁土礦赤泥選鐵技術現狀

由于赤泥中的鐵含量高，如果能做到技術上可行、經濟上合理的選鐵技術，則既可以處理赤泥固廢，同時可降低國家對鐵礦石的進口依賴。因此，國內對赤泥選鐵技術研究較多，形成了多種不同風格不同路線的技術原型，例如國內某氧化鋁生產企業采用預富集-深度還原-磁選分離提鐵的技術路線，采用浮選、單一強磁選、選擇性疏水絮凝、磁選等方法，最終確定使用單一強磁選鐵作為預富集手段，得到全鐵品位為30.74%的富鐵赤泥，可以為后續的深度還原試驗提供合格原料[4]。

在拜耳法生產氧化鋁流程中，為了提高溶出率，對礦石的粒度要求較高，原礦中的-0.315mm達到100%，-0.063mm要達到75%以上，而赤泥中鐵礦物的粒度是影響鐵的回收指標的主要因素，赤泥中含有50%以上的粒度小于5微米的泥狀物中含鐵較高，鐵含量在23%以上，物理選礦方法難以有效回收這些微細粒狀的鐵礦，采用磁選機赤泥選鐵過程中，赤泥堿度在10g/l左右，對磁選機的磁介質及生產流程容易產生結垢影響磁選效果，需要定期脫垢恢復磁選機的磁選力[5]。國內某氧化鋁企業赤泥選鐵采用了DLS系列立環高梯度磁選機和ZH組合式強磁選機組合使用，用以提取赤泥中的鐵精礦[5]。

DLS系統使用一粗一細兩級磁選配置，來處理沉降赤泥，精選后精鐵礦含量大于55%，精選尾礦鐵含量在45%左右，進入粗選機進料系統，提高進料品位同時降低粗選機進料的固含[5]。

2 進口礦赤泥選鐵技術研究

2.1 概述

通過對進口鋁土礦進行“重磁預選-階段分散階段磁化-梯級分選”試驗，可以獲得產率35%以上，TFe含量56%以上的鐵精礦，滿足市場銷售要求。本項目在前期實驗室試驗基礎，進行擴大試驗，對赤泥預選、預選赤泥脫水干燥及懸浮焙燒進行技術優化和固化，解決產業化生產中可能出現的問題，為產業化推廣提供基礎參數和設計依據，提供一種資源化、減量化技術方案和產業化設計依據，赤泥堆存量降低35%。為公司新建氧化鋁企業提供更為環保、經濟的赤泥處理方案。

2.2 技術路線選擇

經資料查閱，參考難選鐵礦石選鐵技術方法，采用磁化焙燒的方法，可將原礦中的弱磁性鐵礦物還原為強磁性的鐵礦物。赤泥經馬弗爐在900℃磁化焙燒100min后進行磁選，可以得到產率為20.52%、TFe含量為57.17%的鐵精礦。

針對有色金屬采用靜態焙燒，能耗較高，是國家明令淘汰的落后生產工藝裝備，根據幾內亞低溫溶出赤泥的特性，實驗室開發了赤泥“強磁預富集-懸浮焙燒-弱磁選鐵”技術路線。針對TFe含量為42.76%的幾內亞赤泥，在懸浮溫度為800℃，焙燒時間為2.5min時，可以得到產率為35.25%、TFe含量為56.21%的鐵精礦。解決了現有赤泥選鐵直接磁選方法無法獲得合格鐵精礦的技術難題。進行了赤泥懸浮焙燒試驗，提高工藝適應性；通過焙燒轉化，采用弱磁選設備即可實現鐵礦物的提取；預富集工藝，降低了赤泥焙燒量，降低了生產成本。

為確定赤泥選鐵生產中適宜的懸浮焙燒時間，解決赤泥濾餅高效分散、余熱逐級利用、焙燒礦無氧冷卻等技術問題，需進行赤泥高效烘干和懸浮焙燒技術及裝備研究，并開展赤泥選鐵工業試驗，從技術、經濟上進行可行性分析，為產業化推廣提供設計依據。

2.3 解決的關鍵技術問題

一是解決了赤泥黏度大，水分高，分散效果差的問題。通過重磁預選，進行預先拋尾，改善赤泥脫水性能；同時開發赤泥拋尾工藝及高效烘干裝備，降低了脫水成本。

二是解決了鋁針鐵礦含量高，鐵精礦品質差帶來的質量問題。開發了赤泥階段磁化焙燒技術及裝備，提高鐵礦物磁性；同時提高赤泥選鐵產率，實現赤泥高值利用與規模消納。

3 主要研究內容及預期經濟效益

進口鋁土礦低溫溶出赤泥重磁聯合預選工業試驗研究，預選高鐵赤泥低能耗烘干及高效分散工業試驗研究，目標高鐵赤泥懸浮焙燒工業試驗研究，焙燒赤泥弱磁梯級分選工業試驗研究，鋁土礦低溫溶出赤泥產業化技術經濟分析。

（1）針對TFe≥40%的鋁土礦低溫溶出赤泥，通過50～100kg/h工業試驗，經“重磁預選-階段分散階段磁化-梯級分選”技術選鐵后，鐵精礦產率≥35%，品位TFe≥56%。

（2）1噸TFe≥40%的鋁土礦低溫溶出赤泥經“重磁預選-階段分散階段磁化-梯級分選”后，最終鐵精礦按產率35%、TFe含量56%計算：參考當前市場價格，TFe含量56%的鐵精礦售價按310元/噸計算，折算噸赤泥生產的鐵精礦售價為：310元＊35%=108.5元。減少噸赤泥堆存費用：40元＊35%=14元。赤泥選鐵制造成本為：86.25元/噸-赤泥。

綜上，赤泥采用本技術方案進行選鐵后產生的效益為：108.5+14-86.25=36.25元/噸-赤泥。按300萬噸/年赤泥量計算，則每年可實現經濟效益10875萬元，經濟效益較為顯著。

（3）我國目前年進口鋁土礦超過1億噸，海外三水鋁石型高鐵鋁土礦的大量使用，促使氧化鋁廠對赤泥選鐵技術的需求增加，市場推廣應用前景廣闊。

4 預期實施效果

進口鋁土礦生產氧化鋁排出的赤泥，堿性強、鹽分高，養分匱乏，土壤結構差、土壤演化過程慢，堆場生態恢復難，進行選鐵后，開展赤泥土壤化修復、赤泥微生物修復、耐性作物篩選種植等工作，通過赤泥鹽堿調控、微生物驅動、團聚體構建、養分調理等，對赤泥堆場進行原位生態修復，修復后赤泥土壤肥力恢復良好，可種植經濟能源型作物，形成規模化植被覆蓋，改善赤泥堆場生態環境，為堆場還林、還耕提供了基礎條件[6]。

5 結論及展望

進口鋁土礦生產排出的赤泥處理和利用作為世界性難題，越來越受到重視，越來越多的研究人員開始關注赤泥的開發利用問題。

對高鐵赤泥的減量化和資源化利用技術，主要有物理分選、火法還原與濕法酸浸出等工藝原型，都可以有效提取赤泥中富集的鐵，但各有利弊。物理分選的優點是清潔環保、生產成本低，但獲得的鐵精礦品位和回收率均偏低，雜質含量高；高溫還原焙燒工藝可以獲得高品位和回收率較高的鐵精礦，但能耗高，生產成本高；酸浸出法具有浸出率高的有點，但存在酸的消耗量大，腐蝕性強等問題。

總體看，高鐵赤泥的鐵回收可以創造經濟效益，節約資源，還可以減輕環境的壓力，緩解工業發展對環境的壓力以及固廢堆積對企業造成的負擔。但各種技術大多還停留在實驗室研究或工業試驗階段，受經濟成本的制約，工業化示范以及推廣之路還很漫長，尚需繼續攻克各種問題與困難[7]。本文介紹的“重磁預選-階段分散階段磁化-梯級分選”赤泥選鐵技術，解決了關鍵技術指標的突破和技術的可行問題，具備工程化條件，選鐵效率高，適合科技成果轉化，提高科技成果的經濟效益，為赤泥的綜合利用，提供了一條技術上可行、經濟上合理的工藝路線。