【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有色冶金固废综合利用，具体涉及一种高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法。
技术介绍
1、赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中排放的一种工业固体废弃物，通常每生产1t氧化铝，将产生1-1.5t赤泥。近年来，我国已成为世界第一大氧化铝生产国，2022年国内氧化铝产量达到8186万吨，伴随产生赤泥1.05亿吨，但赤泥的利用量仅800万吨，利用率不足10％，大部分仍以堆存的形式处理，不仅占用大量土地，还会对环境造成严重破坏。
2、不同的氧化铝生产工艺产出的赤泥有所差异，而拜耳法产出的高铁赤泥特点是高fe、高碱、高al，其中fe2o3质量分数通常大于30％，na2o质量分数通常大于5％，al2o3质量分数通常为18-25％，sio2质量分数通常为8-20％，cao质量分数通常10-20％。利用工业废渣制造胶凝材料是比较理想的资源化利用方式，特别是废渣在水泥制造中的应用，同时解决了废渣无害化和资源化的问题，但是赤泥并不适合作为水泥制造的原料，首先赤泥中碱含量较高，添加后建材易出现反碱现象，影响产品性能；其次赤泥中fe、al含量高，ca含量低，与硅酸盐水泥成分差别较大，难以大量添加。
3、地质聚合物是一种优质的胶凝材料，具有抗压强度大、快速硬化、养护简单等优点，其反应的基本原理是碱性激发剂与具有活性的含si、al原料反应生成三维网状立体结构，而赤泥富含si、al的特征使其具备了制造地质聚合物的可能。但是，近年来的相关研究表明，高比例的掺入赤泥会导致地聚物性能急剧恶化，主要原因有两方面：首先赤泥是湿法冶炼产
技术实现思路
1、为了提高高铁赤泥资源的利用效率，本专利技术的目的在于提供一种高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，该方法通过熔融还原实现高铁赤泥中fe元素的高效回收及尾渣的化学活化，解决高铁赤泥不能大量用于胶凝材料制造的技术问题。
2、本申请采用的技术方案如下：
3、一种高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，包括以下步骤：
4、s1.在熔炼炉内加入干燥后的高铁赤泥、石英砂和燃料，并通入氧气进行还原熔炼，还原过程中高铁赤泥中的铁氧化物被还原成铁水沉于熔炼炉炉底，上层为高温熔渣层，熔炼炉上部得到烟气；
5、s2.高温熔渣直接水淬冷却，使得硅铝元素被活化，得到玻璃质水淬渣；水淬渣研磨后与粉煤灰进行混合，再加入碱性激发剂进行碱性激发，在搅拌条件下溶出玻璃质中的无定型硅铝原子；
6、s3.将步骤s2得到的浆液倒入模具内，在密封条件下进行养护，得到以硅氧、铝氧四面体为基础单元的三维网状空间结构的地质聚合物。
7、步骤s1中，燃料以块状燃料的形式加入到熔炼炉内，燃料部分燃烧释放热量保证熔渣充分熔融并与生成的金属液滴快速分离，其余燃料为熔池提供强还原气氛。熔渣中铁氧化物深度还原后产生铁水下沉于炉缸底部，形成下层铁水层，铁水层放出后浇铸可外售至钢铁企业。熔炼炉中同时加入石英熔剂造渣，上层形成cao-sio2-al2o3为主的熔渣，na2o还原挥发后富集于烟尘中。步骤s2中，还原渣水淬冷却，形成玻璃质水淬渣，与粉煤灰混合并加入碱性激发剂进行碱性激发，在搅拌条件下溶出玻璃质中的无定型al、si原子。步骤s3中，浆液倒入模具中养护脱模后形成以硅氧、铝氧四面体为基础单元的三维网状空间结构，即具有一定强度的赤泥基地质聚合物。
8、优选的，步骤s1中，熔炼炉内氧气与燃料中碳的摩尔比小于0.65，炉内温度为1450-1500℃。燃料部分燃烧释放热量保证熔渣温度为1450-1500℃，保证熔渣充分熔融并与生成的金属液滴快速分离，其余燃料为熔池提供强还原气氛，通过调节氧气与燃料的比例，使得熔池内co体积与co和co2体积之和的比值大于70％，使得炉内为强还原气氛。
9、优选的，步骤s1中的燃料为无烟煤，无烟煤与高铁赤泥的质量比为55-60％。无烟煤可以以粒煤和粉煤的形式加入到熔炼炉内。
10、具体的，步骤s1中的高铁赤泥为拜耳法赤泥，其中fe2o3质量分数大于30％，na2o质量分数大于5％，al2o3质量分数为18-25％，sio2质量分数为8-20％，cao质量分数为10-20％。
11、优选的，步骤s1中高铁赤泥的含水量小于10％，石英砂的加入量为高铁赤泥重量的1-3％。石英的加入量根据还原渣中cao、sio2含量确定，还原渣二元碱度保持0.8-1.1之间，二元碱度指的是cao与sio2的质量比。
12、优选的，步骤s1中得到的烟气经点燃除去可燃气体后，经余热回收系统冷却送入收尘装置收集富碱烟尘后，将烟气排放。收尘装置收集到的富碱烟尘主要成分为na2o，余热回收系统可采用余热锅炉，收尘装置可采用布袋收尘。
13、优选的，收尘装置收集得到的富碱烟尘作为碱性激发剂加入到步骤s2中。将富碱烟尘作为部分激发剂补充至地聚物制备环节，进一步降低地聚物制造的成本。
14、优选的，步骤s2中，水淬渣磨碎后与粉煤灰以质量比为1：(0.6-1)的比例混合并加入水玻璃、氢氧化钠和水搅拌进行碱性激发，激发剂模数为1.1-1.3，碱当量为12-13％，水灰比0.33-0.36，反应时间至少2h，得到浆液。玻璃质水淬渣中cao含量20-25％，sio2含量20-25％，al2o3含量25-35％。其中，激发剂模数为激发剂中的sio2与na2o摩尔比，碱当量为激发剂中的na换算成na2o与激发剂的质量之比，水灰比指的是水与水淬渣总质量之比。
15、优选的，步骤s2中，将水淬渣研磨至粒度小于75μm的质量分数占90％以上。
16、具体的，步骤s3中，将浆液注入模具中，用塑料膜密封处理，室温下养护7-14天达到最大强度。在室温下进行养护，其抗压强度3d可到达最终强度的90％以上，7-14天可到达最大强度。如采用60℃高温养护，前期获得强度的速度可加快2-3倍，后期最大强度无明显变化。
17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
18、1、本专利技术的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，高铁赤泥是一种可利用的含铁资源，通过熔融还原可实现铁回收率达95％以上，同时将渣中fe含量降低至1.5％以下，充分实现了fe资源化回收，消除了fe元素在建材制备过程的不利影响，产出的铁水可作为炼钢原料使用。
19、2、本专利技术的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，高赤泥经过熔融还原提铁后，还原渣发生了两个主要的变化，高温熔渣直接水淬生成以玻璃质为主的活性尾渣，使得渣中si、al原子转变为具有化学活性的状态，解决了赤泥化学活性低难以碱激发的问题；同时添加石英熔剂造渣，一方面可降低渣系熔化温度，另一方面可提高渣中si/al比例，使其更本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤S1中，熔炼炉内氧气与燃料中碳的摩尔比小于0.65，炉内温度为1450-1500℃。
3.根据权利要求2所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤S1中的燃料为无烟煤，无烟煤与高铁赤泥的质量比为55-60％。
4.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤S1中的高铁赤泥为拜耳法赤泥，其中Fe2O3质量分数大于30％，Na2O质量分数大于5％，Al2O3质量分数为18-25％，SiO2质量分数为8-20％，CaO质量分数为10-20％。
5.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤S1中高铁赤泥的含水量小于10％，石英砂的加入量为高铁赤泥重量的1-3％。
6.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤S1中得到
7.根据权利要求6所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，收尘装置收集得到的富碱烟尘作为碱性激发剂加入到步骤S2中。
8.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤S2中，水淬渣磨碎后与粉煤灰以质量比为1：(0.6-1)的比例混合并加入水玻璃、氢氧化钠和水搅拌进行碱性激发，激发剂模数为1.1-1.3，碱当量为12-13％，水灰比0.33-0.36，反应时间至少2h，得到浆液。
9.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤S2中，将水淬渣研磨至粒度小于75μm的质量分数占90％以上。
10.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤S3中，将浆液注入模具中，用塑料膜密封处理，室温下养护7-14天达到最大强度。
...【技术特征摘要】
1.一种高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤s1中，熔炼炉内氧气与燃料中碳的摩尔比小于0.65，炉内温度为1450-1500℃。
3.根据权利要求2所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤s1中的燃料为无烟煤，无烟煤与高铁赤泥的质量比为55-60％。
4.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤s1中的高铁赤泥为拜耳法赤泥，其中fe2o3质量分数大于30％，na2o质量分数大于5％，al2o3质量分数为18-25％，sio2质量分数为8-20％，cao质量分数为10-20％。
5.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有价元素综合回收的方法，其特征在于，步骤s1中高铁赤泥的含水量小于10％，石英砂的加入量为高铁赤泥重量的1-3％。
6.根据权利要求1所述的高铁赤泥制备胶凝材料及有...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭徽，柏韬，汤凯乐，张乐如，
申请(专利权)人：长沙有色冶金设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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