进口铝土矿赤泥选铁技术研究

卢海峰

（中国铝业股份有限公司，北京 100082）

赤泥是在铝土矿生产氧化铝流程中产生的工业固体废弃物，按照《危险废物鉴别标准》，属于一般工业固体废物（固废代码：SW09），赤泥中含有Fe、Al、Ca、Na等元素，具有强碱性、腐蚀性以及放射性。采用拜耳法工艺，每生产1吨氧化铝，会产生1吨左右的赤泥，我国每年的赤泥排放量超过1亿吨。赤泥堆场占用大量土地，并需要进行堆场维护，成本较高，约占到氧化铝生产成本的1.5%以上[1]。同时会造成土地污染和盐碱化，同时由于赤泥的粒度极细，裸露的赤泥经过长时间的风水日晒后脱水风化，会导致粉尘进入空气，影响空气能见度并对人和动物的健康造成危害。赤泥形成的高碱性液体腐蚀性强，且其中富集的放射性元素危害堆放区域附近的人以及动植物，对周围环境造成放射性危害[2]。

赤泥中含有大量的有价金属元素，如铁、铝、钙、钠等，可以作为一种潜在的铁铝资源加以综合利用[3]，其中铁含量在30%左右，如不加以利用，会造成环境污染和资源浪费。

图1 赤泥多元素化学分析结果

本文对进口铝土矿生产氧化铝排出的赤泥进行选铁研究，达到了销售要求，对赤泥固废进行减量化和综合化利用。

1 进口铝土矿赤泥生产背景与技术应用现状

1.1 进口铝土矿背景

中国是铝金属制品生产和消费大国，铝冶炼使用的原料为氧化铝，而氧化铝需要开采铝土矿进行生产。随着国内铝土矿资源不断消耗，采用进口矿生产氧化铝已经成为了国内大型氧化铝企业的必然选择。2020年，中国进口铝土矿约1.34亿吨，其中几内亚、澳大利亚、印尼占据中国进口铝土矿前三位。

进口铝土矿中铁矿物含量高，吨氧化铝赤泥产生量大，赤泥堆存占用土地面积大。铝土矿溶出赤泥TFe含量高，但是，铝针铁矿占含铁矿物50%以上，采用常规磁选方法选出的铁精矿TFe含量达不到销售要求，无法实现赤泥资源化、减量化利用。全世界堆存的待处理赤泥超过40亿吨，我国年赤泥产生量超过1亿吨，实际综合利用率不足5%。

1.2 进口铝土矿赤泥选铁技术现状

由于赤泥中的铁含量高，如果能做到技术上可行、经济上合理的选铁技术，则既可以处理赤泥固废，同时可降低国家对铁矿石的进口依赖。因此，国内对赤泥选铁技术研究较多，形成了多种不同风格不同路线的技术原型，例如国内某氧化铝生产企业采用预富集-深度还原-磁选分离提铁的技术路线，采用浮选、单一强磁选、选择性疏水絮凝、磁选等方法，最终确定使用单一强磁选铁作为预富集手段，得到全铁品位为30.74%的富铁赤泥，可以为后续的深度还原试验提供合格原料[4]。

在拜耳法生产氧化铝流程中，为了提高溶出率，对矿石的粒度要求较高，原矿中的-0.315mm达到100%，-0.063mm要达到75%以上，而赤泥中铁矿物的粒度是影响铁的回收指标的主要因素，赤泥中含有50%以上的粒度小于5微米的泥状物中含铁较高，铁含量在23%以上，物理选矿方法难以有效回收这些微细粒状的铁矿，采用磁选机赤泥选铁过程中，赤泥碱度在10g/l左右，对磁选机的磁介质及生产流程容易产生结垢影响磁选效果，需要定期脱垢恢复磁选机的磁选力[5]。国内某氧化铝企业赤泥选铁采用了DLS系列立环高梯度磁选机和ZH组合式强磁选机组合使用，用以提取赤泥中的铁精矿[5]。

DLS系统使用一粗一细两级磁选配置，来处理沉降赤泥，精选后精铁矿含量大于55%，精选尾矿铁含量在45%左右，进入粗选机进料系统，提高进料品位同时降低粗选机进料的固含[5]。

2 进口矿赤泥选铁技术研究

2.1 概述

通过对进口铝土矿进行“重磁预选-阶段分散阶段磁化-梯级分选”试验，可以获得产率35%以上，TFe含量56%以上的铁精矿，满足市场销售要求。本项目在前期实验室试验基础，进行扩大试验，对赤泥预选、预选赤泥脱水干燥及悬浮焙烧进行技术优化和固化，解决产业化生产中可能出现的问题，为产业化推广提供基础参数和设计依据，提供一种资源化、减量化技术方案和产业化设计依据，赤泥堆存量降低35%。为公司新建氧化铝企业提供更为环保、经济的赤泥处理方案。

2.2 技术路线选择

经资料查阅，参考难选铁矿石选铁技术方法，采用磁化焙烧的方法，可将原矿中的弱磁性铁矿物还原为强磁性的铁矿物。赤泥经马弗炉在900℃磁化焙烧100min后进行磁选，可以得到产率为20.52%、TFe含量为57.17%的铁精矿。

针对有色金属采用静态焙烧，能耗较高，是国家明令淘汰的落后生产工艺装备，根据几内亚低温溶出赤泥的特性，实验室开发了赤泥“强磁预富集-悬浮焙烧-弱磁选铁”技术路线。针对TFe含量为42.76%的几内亚赤泥，在悬浮温度为800℃，焙烧时间为2.5min时，可以得到产率为35.25%、TFe含量为56.21%的铁精矿。解决了现有赤泥选铁直接磁选方法无法获得合格铁精矿的技术难题。进行了赤泥悬浮焙烧试验，提高工艺适应性；通过焙烧转化，采用弱磁选设备即可实现铁矿物的提取；预富集工艺，降低了赤泥焙烧量，降低了生产成本。

为确定赤泥选铁生产中适宜的悬浮焙烧时间，解决赤泥滤饼高效分散、余热逐级利用、焙烧矿无氧冷却等技术问题，需进行赤泥高效烘干和悬浮焙烧技术及装备研究，并开展赤泥选铁工业试验，从技术、经济上进行可行性分析，为产业化推广提供设计依据。

2.3 解决的关键技术问题

一是解决了赤泥黏度大，水分高，分散效果差的问题。通过重磁预选，进行预先抛尾，改善赤泥脱水性能；同时开发赤泥抛尾工艺及高效烘干装备，降低了脱水成本。

二是解决了铝针铁矿含量高，铁精矿品质差带来的质量问题。开发了赤泥阶段磁化焙烧技术及装备，提高铁矿物磁性；同时提高赤泥选铁产率，实现赤泥高值利用与规模消纳。

3 主要研究内容及预期经济效益

进口铝土矿低温溶出赤泥重磁联合预选工业试验研究，预选高铁赤泥低能耗烘干及高效分散工业试验研究，目标高铁赤泥悬浮焙烧工业试验研究，焙烧赤泥弱磁梯级分选工业试验研究，铝土矿低温溶出赤泥产业化技术经济分析。

（1）针对TFe≥40%的铝土矿低温溶出赤泥，通过50～100kg/h工业试验，经“重磁预选-阶段分散阶段磁化-梯级分选”技术选铁后，铁精矿产率≥35%，品位TFe≥56%。

（2）1吨TFe≥40%的铝土矿低温溶出赤泥经“重磁预选-阶段分散阶段磁化-梯级分选”后，最终铁精矿按产率35%、TFe含量56%计算：参考当前市场价格，TFe含量56%的铁精矿售价按310元/吨计算，折算吨赤泥生产的铁精矿售价为：310元＊35%=108.5元。减少吨赤泥堆存费用：40元＊35%=14元。赤泥选铁制造成本为：86.25元/吨-赤泥。

综上，赤泥采用本技术方案进行选铁后产生的效益为：108.5+14-86.25=36.25元/吨-赤泥。按300万吨/年赤泥量计算，则每年可实现经济效益10875万元，经济效益较为显著。

（3）我国目前年进口铝土矿超过1亿吨，海外三水铝石型高铁铝土矿的大量使用，促使氧化铝厂对赤泥选铁技术的需求增加，市场推广应用前景广阔。

4 预期实施效果

进口铝土矿生产氧化铝排出的赤泥，碱性强、盐分高，养分匮乏，土壤结构差、土壤演化过程慢，堆场生态恢复难，进行选铁后，开展赤泥土壤化修复、赤泥微生物修复、耐性作物筛选种植等工作，通过赤泥盐碱调控、微生物驱动、团聚体构建、养分调理等，对赤泥堆场进行原位生态修复，修复后赤泥土壤肥力恢复良好，可种植经济能源型作物，形成规模化植被覆盖，改善赤泥堆场生态环境，为堆场还林、还耕提供了基础条件[6]。

5 结论及展望

进口铝土矿生产排出的赤泥处理和利用作为世界性难题，越来越受到重视，越来越多的研究人员开始关注赤泥的开发利用问题。

对高铁赤泥的减量化和资源化利用技术，主要有物理分选、火法还原与湿法酸浸出等工艺原型，都可以有效提取赤泥中富集的铁，但各有利弊。物理分选的优点是清洁环保、生产成本低，但获得的铁精矿品位和回收率均偏低，杂质含量高；高温还原焙烧工艺可以获得高品位和回收率较高的铁精矿，但能耗高，生产成本高；酸浸出法具有浸出率高的有点，但存在酸的消耗量大，腐蚀性强等问题。

总体看，高铁赤泥的铁回收可以创造经济效益，节约资源，还可以减轻环境的压力，缓解工业发展对环境的压力以及固废堆积对企业造成的负担。但各种技术大多还停留在实验室研究或工业试验阶段，受经济成本的制约，工业化示范以及推广之路还很漫长，尚需继续攻克各种问题与困难[7]。本文介绍的“重磁预选-阶段分散阶段磁化-梯级分选”赤泥选铁技术，解决了关键技术指标的突破和技术的可行问题，具备工程化条件，选铁效率高，适合科技成果转化，提高科技成果的经济效益，为赤泥的综合利用，提供了一条技术上可行、经济上合理的工艺路线。