[00111867]铁铝共生资源全量化高效利用技术

我国是钢铁和铝工业大国,钢铁产量和铝产量均占世界50%以上。然而我国铁矿石和铝矿石储量极度匮乏,85%以上的铁矿石和50%以上的铝矿石都依靠进口,对外依存度逐年攀升,而国际上矿产资源供给由于受到巨头垄断和政治形势双重制约和影响,其价格和供给量的大幅波动对我国钢铁工业和铝工业的健康稳定发展构成巨大威胁。我国拥有储量丰富的铁铝共生矿,仅广西已探明的资源储量就达10亿吨以上。这种铁铝共生资源为多金属复合矿,氧化铝与氧化铁含量之和通常可达65-80%以上。开发低品质、难利用铁铝共生资源全量化高效利用技术,对保证我国钢铁工业和铝工业的可持续发展具有重大意义。 为此,广西壮族自治区政府与中国铝业公司签订“十二五”战略合作协议,明确由中国铝业股份有限公司负责推进桂中铝土矿研发工作,中国铝业股份有限公司高度重视,随即设立了重大科技专项,由中国铝业股份有限公司、东北大学和钢铁研究总院组成联合项目组,针对低品质、难利用铁铝共生矿开展铁铝高效提取、尾渣高值化利用系列技术攻关,形成了整套铁铝共生资源全量化高效利用集成技术,具有资源利用率高、能耗成本低、无三废产生等特点,有效推动了我国多金属共生矿生态化、资源化、高值化利用的技术进步。项目取得的主要创新成果如下： 1. 创新形成了能量梯级利用铁铝共生资源铁铝高效分离成套技术 针对不同类型铁铝共生资源形成了基于能量梯级利用的铁铝高效分离成套创新技术：对于高铁三水铝石矿,首次提出“非高炉提铁-铝酸钙渣提铝”工艺,实验室试验铁提取率大于95%、氧化铝提取率大于85%,扩大试验铁提取率大于90%、氧化铝提取率大于80%;对于高铁一水铝石矿,首次提出“富石灰拜耳法提铝-赤泥直接还原—铝渣/铁高温熔化分离—铝酸钙渣提铝”工艺,实验室试验铁提取率大于95%,氧化铝提取率大于92%。 2. 集成创新了系统内物料自循环利用技术 铁铝共生资源采用煤基转底炉预还原,然后通过铁浴氧煤喷吹熔分还原,实现铁水和铝酸钙渣高温熔化分离,以煤代焦直接生产铁水,显著降低环境污染和炼铁成本;预还原过程中产生的CO2气体可供铝酸钠溶液碳酸化分解使用,无废气排出;熔融还原过程以煤为热源,并产生大量高质量煤气,可供预还原和氢氧化铝焙烧时使用;炼铁同时构建铝酸钙渣形成矿物条件,通过控制冷却获得自粉化铝酸钙渣;碳酸化分解产生的碳分母液用于浸出下一批铝酸钙渣,无废液排出。 3. 率先发展了低配钙高活性铝酸钙形成理论与技术 构建了具有钙空位的非饱和12CaO7Al2O3晶体形成理论,使其晶格参量和晶胞体积大幅降低,并使O—Ca化学键种类由4种减少到3种,且键长增大,大幅提高了晶体活性;熔分还原过程钙铝比由1.71降低至1.40,大幅降低了配钙量和渣量,同时铝酸钙渣氧化铝标准溶出率由88%提高至93%以上。 4. 首次提出了硅钙渣水热制备高值轻质硅酸钙粉体技术 以主要成分为硅酸二钙的提铝渣为原料,首次提出通过一步水热法动态合成多孔轻质硅酸钙粉体技术,工艺流程短、生产效率高、绿色环保,通过合理调控参数,可获得容重小于0.2g/cm3的高值雪硅钙石型和硬硅钙石型硅酸钙产品,广泛用于工业保温材料和建筑装修材料,突破了低品位铁铝共生资源难以全量化利用的技术瓶颈。 基于以上创新技术,利用氧化铁含量为42.92%、氧化铝含量为25.84%的铁铝共生矿完成了实验室和扩大化试验及整体工艺物料平衡和成本计算,按建设一个年产100万吨氧化铝的大型企业计算,综合效益估算在1000元/t-Al2O3以上,经济效益和社会效益显著。 在项目实施过程中,授权国家发明专利9项,发表学术论文50余篇。