摘要：本文主要概括了以赤泥為原料，采用回轉(zhuǎn)窯裝置，通過煤基直接還原技術(shù)生產(chǎn)海綿鐵的技術(shù)研究。介紹了赤泥的原料特性、市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀和煤基回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)海綿鐵的工藝過程。對(duì)還原煉鐵的市場(chǎng)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析，重點(diǎn)詳細(xì)地闡述了赤泥煤基直接還原煉鐵工藝技術(shù)研究現(xiàn)狀和回轉(zhuǎn)窯煤基直接還原技術(shù)?？偨Y(jié)了以上技術(shù)在赤泥還原煉鐵領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)和不足以及在選擇合適的工藝時(shí)需要考慮的因素。

關(guān)鍵詞：#赤泥；#赤泥回轉(zhuǎn)窯煤基直接還原；#煉鐵；#建杰實(shí)業(yè)

一、概述

（一）赤泥原料特性和市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

①　赤泥的性質(zhì)

赤泥為氧化鋁生產(chǎn)產(chǎn)生的強(qiáng)堿性工業(yè)固廢，總鐵（TFe）含量穩(wěn)定在50%以上，含鐵資源價(jià)值突出，且年產(chǎn)生體量巨大，堆存場(chǎng)地日趨緊張，長(zhǎng)期堆存環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)突出。因鐵礦物嵌布粒度細(xì)，無法直接入爐冶煉，需通過成型、焙燒、分選等工藝集中資源化處置，這樣既能規(guī)?；Y源化處置固廢、規(guī)避環(huán)保隱患，又可高效回收高品位鐵資源，實(shí)現(xiàn)固廢循環(huán)再利用。

檢測(cè)項(xiàng)目	含量范圍	說明
總鐵（TFe）	50.3～56.5	核心有價(jià)組分，鐵品位高，回收價(jià)值優(yōu)異
三氧化二鐵（Fe?O?）	72.1～80.8	赤泥呈紅褐色主要原因
氧化鋁（Al?O?）	11.8～16.9	主要脈石組分，可協(xié)同回收利用
二氧化硅（SiO?）	6.3～10.2	影響物料成型及冶煉工況的主要雜質(zhì)
二氧化鈦（TiO?）	3.4～6.3	伴生有價(jià)金屬組分
氧化鈣（CaO）	1.5～5.6	可改善物料燒結(jié)性能
堿金屬氧化物（Na?O等）	2.2～4.7	物料強(qiáng)堿性主要來源，需管控防滲堆存

②　赤泥的市場(chǎng)應(yīng)用現(xiàn)狀

赤泥應(yīng)用在建材行業(yè)、金屬提取、礦山充填集料以及冶金行業(yè)，冶金行業(yè)的應(yīng)用主要是經(jīng)磁選重選富集后得到鐵精粉，再冷壓成球，進(jìn)入電爐冶煉，代替廢鋼做造渣劑和降溫劑。

（圖片來源網(wǎng)絡(luò)）

（二）煤基回轉(zhuǎn)窯的主要生產(chǎn)工藝

回轉(zhuǎn)窯煤基還原煉鐵工藝是煤基直接煉鐵最主要的工藝方法，占煤基直接還原總產(chǎn)量的95%以上，其它煤基法均未形成大型生產(chǎn)性工廠或尚無長(zhǎng)期生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。多年來，國內(nèi)對(duì)煤基回轉(zhuǎn)窯工藝做過大量研究開發(fā)，具有較好的技術(shù)基礎(chǔ)，因此回轉(zhuǎn)窯法是我國目前發(fā)展直接還原鐵的主導(dǎo)工藝。

目前國內(nèi)已建成和正在建設(shè)的回轉(zhuǎn)窯工藝有三種：一步法、二步法和冷固結(jié)球團(tuán)法。

所謂“一步法”是指把細(xì)磨鐵精礦造球，在鏈蓖機(jī)上經(jīng)干燥、預(yù)熱（900℃），直接送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行固結(jié)和還原，所有工序在一條流水工藝線上連續(xù)完成。

“二步法”是將上述工藝過程分二步來完成，即先把鐵精礦造球，經(jīng)高溫（1300℃）氧化焙燒，制成氧化球團(tuán)；然后再將氧化球團(tuán)送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行還原，制成成品；兩個(gè)工藝過程可分別在兩地獨(dú)立進(jìn)行，故稱“二步法”。

冷固結(jié)球團(tuán)法是在磁鐵礦精粉中加入少量特制的復(fù)合型粘合劑造球，在較低的溫度（200℃左右）下干燥固結(jié)，然后送入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行還原，省略了高溫焙燒氧化固結(jié)的過程。

二、赤泥回轉(zhuǎn)窯煤基還原煉鐵技術(shù)研究

煤基直接還原工藝以非焦煤、碳粉、焦炭、低灰煤、石墨粉、煙煤等作為還原劑，因此，煤礦資源豐富的國家多采用煤基直接還原提鐵工藝處理赤泥。

（一）國內(nèi)外赤泥煤基直接還原工藝研究

范艷青等^【8】用煤基還原劑對(duì)澳大利亞赤泥在1000～1200℃直接還原焙燒，使赤泥中氧化鐵還原徹底，通過細(xì)磨磁選，鐵的品位達(dá)60.22%。CONG等采用微波碳熱直接還原磁選法回收赤泥中的鐵，在碳氧比為1.5，微波功率為3000W，加熱時(shí)間為45min，成渣率為5%的條件下得到鐵的品位為64.58%，回收率達(dá)90.64%。

ZHU等^【8】先將赤泥與8%的Na2CO3混勻造粒，干燥后以煙煤作為還原劑，在1050℃下焙燒80min，隨后將焙燒產(chǎn)物磨細(xì)、磁選，得到的鐵精礦中鐵的品位為90.87%，回收率為95.76%。

李愛民等^【8】對(duì)山西某大型氧化鋁廠拜耳法低鐵赤泥熔融態(tài)煤基直接還原焙燒-磁選處理，在加入添加劑CaF2的情況下獲得的鐵精礦全鐵品位為80.83%，回收率達(dá)到93.44%。

高建陽等^【8】對(duì)印尼赤泥，配入添加劑，采用煤基直接還原焙燒－渣鐵磁選分離－冷固成形的新工藝流程，其金屬化率為92.9%，鐵品位為93.7%，鐵回收率為94.42%。（范艷青、ZHU、李愛民、高建陽等均來自參考文獻(xiàn)【8】）

這些研究成果為赤泥煤基直接還原工藝提供了一個(gè)很好的發(fā)展研究方向。

（二）國內(nèi)外赤泥回轉(zhuǎn)窯煤基直接還原技術(shù)研究

目前應(yīng)用最廣的回轉(zhuǎn)窯煤基直接還原工藝有德國魯奇公司的SL-RN法和德國克虜伯法(Krupp-codir），SL-RN法其基本工藝流程是將80%的非焦煤、赤泥和輔助原料從窯尾送入回轉(zhuǎn)窯，其余20%非焦煤自窯頭噴入，通過沿窯壁布置的燃燒器燃燒供熱使窯體溫度控制在900～1000℃。原料在回轉(zhuǎn)窯中焙燒10～20h后自窯頭排出進(jìn)入冷卻桶冷卻，進(jìn)行篩分磁選后將磁性材料壓塊或送入電爐煉鋼，從窯尾排出的廢氣用于余熱鍋爐或加熱發(fā)電。

匈牙利采用改良的串聯(lián)法將阿爾馬什菲濟(jì)特氧化鋁廠的拜爾法赤泥^【5】，配加無煙煤作還原劑在捷克的耶依保維查廠60mm長(zhǎng)的回轉(zhuǎn)窯中還原焙燒，再磁選分離，鐵的品位可達(dá)77%，鐵回收率達(dá)81.5%～83.0%，這種鐵精礦可作為電爐煉鋼的原料。

張建華等^【8】利用赤泥、煤粉、鈦磁鐵礦造球，采用回轉(zhuǎn)窯還原焙燒工藝對(duì)球顆粒進(jìn)行還原，尾礦經(jīng)磁選獲得直接還原鐵，其中鐵的品位達(dá)92%以上，回收率大于85%。

王曉平等^【8】在分析比較了赤泥與低品位紅土鎳礦還原工藝的基礎(chǔ)上，提出了利用回轉(zhuǎn)窯對(duì)赤泥和低品位紅土鎳礦煤基共還原耦合工藝，在優(yōu)化還原的條件下，得到鎳品位5.58%，鐵品位89.91%、鎳回收率93.11%和總鐵回收率為90.23%的粉狀鎳鐵，實(shí)現(xiàn)了赤泥中的鐵和低品位紅土鎳礦中的鐵的綜合回收。（張建華、王曉平等來自參考文獻(xiàn)【8】）

總的來說，此工藝出窯產(chǎn)品經(jīng)磁選后所得鐵的品位相對(duì)較高，污染小，但也存在一定的缺點(diǎn)，料在窯內(nèi)隨窯體滾動(dòng)，容易被粉碎，還原后的產(chǎn)品不易出窯，赤泥中含有一定的結(jié)合水容易與煤粉粘在一起形成“結(jié)圈”，損壞爐襯，影響還原效果。

三、赤泥冷壓球團(tuán)進(jìn)回轉(zhuǎn)窯還原煉鐵

本工藝先對(duì)赤泥做預(yù)處理，將原料篩分烘干后，按配比摻入專用粘合劑、煤粉還原劑與適量助熔劑，充分?jǐn)嚢杌靹颍?jīng)高壓冷壓設(shè)備制成規(guī)整致密的冷壓球團(tuán)。生球再通過低溫烘干脫去游離水分，提升球團(tuán)冷熱態(tài)強(qiáng)度，避免回轉(zhuǎn)窯內(nèi)粉化塌料。

干燥合格的赤泥球團(tuán)送入回轉(zhuǎn)窯，依托煤基高溫氣氛開展直接還原，窯內(nèi)控制1050℃-1250℃還原溫度，煤粉熱解產(chǎn)生一氧化碳、氫氣，將球團(tuán)內(nèi)氧化鐵逐步還原為金屬鐵，即產(chǎn)出高品位海綿鐵，既可作為優(yōu)質(zhì)冶金原料回用于煉鋼、鑄造工序，同時(shí)實(shí)現(xiàn)大宗赤泥固廢資源化處置與鐵資源高效回收。

建杰專注于回轉(zhuǎn)窯煤基直接還原煉鐵技術(shù)的研究，同時(shí)攜手山東魏橋集團(tuán)開展合作，聯(lián)合攻關(guān)赤泥壓球成型后入回轉(zhuǎn)窯煉鐵的前沿新工藝，全力打通赤泥規(guī)?；療o害化、資源化循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)鏈，助力大宗固廢綠色循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

建杰正在進(jìn)行的赤泥冷壓球團(tuán)進(jìn)回轉(zhuǎn)窯還原煉鐵的項(xiàng)目是生產(chǎn)冶金行業(yè)固廢處理用的粘合劑。

產(chǎn)品介紹：

赤泥球團(tuán)用粘合劑是以有機(jī)物為主料，加入增粘劑、增強(qiáng)劑、改性劑等原料，通過一系列工藝生產(chǎn)而成的復(fù)合粘合劑，含有高粘結(jié)力成分、室溫下快速固化成分，具有加量少、粘結(jié)力強(qiáng)、固化速度快、成型率高、冷強(qiáng)度好、節(jié)能環(huán)保等性能。

產(chǎn)品特點(diǎn)：

1.專業(yè)性強(qiáng)：專用于拜耳法生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥中。

2.專屬定制：此粘合劑可根據(jù)客戶特定需求定制專屬產(chǎn)品。

3.粘結(jié)力強(qiáng)：含有高粘結(jié)力成分，加量少，粘性高，球團(tuán)成型率高，冷強(qiáng)度好，能滿足爐料要求。

4.使用效果好：每噸粘合劑生產(chǎn)球團(tuán)約50噸，成型率98%，濕球1.5m落下2次以上完整，烘干強(qiáng)度可達(dá)1000N以上，晾曬2天強(qiáng)度可達(dá)800N以上。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 范艷青,朱坤娥,蔣訓(xùn)雄,等.赤泥中鐵資源的回收利用研究[J].有色金屬(冶煉部分),2019(9):72.

[3] 李愛民,何瑞明,劉敬,等.低鐵拜耳法赤泥熔融態(tài)深度還原除鐵試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2018,38(10):101.

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[5] 王李方曦,黃鑼鑼.赤泥中回收鐵的工藝現(xiàn)狀[J].資源信息與工程,2016,31(6):72.

[6] 張建華.一種基于回轉(zhuǎn)窯直接還原焙燒-磁選的赤泥綜合利用方法:中國,ZL201710430425.X[P].2017-10-17.

[7] 包惠明,傅濤.赤泥的綜合利用現(xiàn)狀分析[J].礦產(chǎn)綜合利用,2018,(5):6-12.

[8] 徐文珍,李燦華,查雨虹,等.赤泥煤基還原生產(chǎn)鐵粉技術(shù)研究進(jìn)展[J].粉末冶金工業(yè),2022,32(4):62-66.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1006-6543.20210037.

建杰熱搜問題解答：

Q&A問答一：直接還原鐵DRI球團(tuán)用什么粘合劑？

DRI直接還原鐵球團(tuán)主流粘合劑（分高溫氧化焙燒球團(tuán)、冷固壓球團(tuán)兩大工藝）

一、高溫氧化球團(tuán)（豎爐、回轉(zhuǎn)窯、鏈篦機(jī)-回轉(zhuǎn)窯DRI主流工藝）

1.鈉基膨潤土（傳統(tǒng)最常用無機(jī)粘合劑）

l添加量：2.0%～3.5%

l優(yōu)勢(shì)：成本低、生球爆裂溫度高、焙燒后高溫強(qiáng)度優(yōu)異，抗還原粉化，適配大規(guī)模氧化球團(tuán)生產(chǎn)線

l短板：帶入SiO?、Al?O?脈石，會(huì)降低DRI鐵品位、增加渣量，高端高純DRI很少大比例使用

2.有機(jī)/生物質(zhì)粘合劑（高純DRI選擇）

改性預(yù)糊化淀粉（淀粉基粘合劑）添加量?jī)H0.8%～1.5%，高溫下完全燃燒無殘留，幾乎不增加脈石，DRI鐵品位高、雜質(zhì)低；生球落下強(qiáng)度好，可大幅降低膨潤土用量，是氣基豎爐高純DRI主流替代方案。

CMC羧甲基纖維素、木質(zhì)素磺酸鹽、腐植酸系粘合劑，添加量0.5%～1.2%，成球性能優(yōu)異，雜質(zhì)極低，常與少量膨潤土復(fù)配使用，兼顧強(qiáng)度與品位。

進(jìn)口專用有機(jī)粘結(jié)劑（Peridur、Alcotac）：海外大型DRI工廠標(biāo)配，穩(wěn)定性強(qiáng)、抗爆裂，缺點(diǎn)單價(jià)偏高。

3.膨潤土+有機(jī)復(fù)合粘合劑（現(xiàn)階段工業(yè)化方案）

膨潤土1.0%～1.5%+淀粉/腐植酸0.5%～1.0%，既控制脈石增量、保住鐵品位，又提升生球熱穩(wěn)定性、降低回轉(zhuǎn)窯/鏈篦機(jī)生球爆裂、減少DRI粉化率。

二、冷固球團(tuán)（轉(zhuǎn)底爐、煤基DRI、鋼廠除塵灰/鐵精粉冷壓造球）

無需1200℃以上高溫焙燒，低溫烘干固結(jié)直接進(jìn)還原爐，主流三類粘合劑：

1.淀粉基復(fù)合冷壓粘合劑（應(yīng)用廣）

預(yù)糊化淀粉+無機(jī)改性助劑，添加量2.5%～4%，冷壓強(qiáng)度高、1.5m跌落不易碎、烘干熱穩(wěn)定性好，適配含鋅除塵灰、鋼渣、鐵精粉冷壓DRI球團(tuán)，燃燒無殘留不影響金屬化率。

2.水玻璃（硅酸鈉）+水泥無機(jī)粘合劑

添加量4%～7%，冷強(qiáng)度極高、耐水防潮；缺點(diǎn)帶入硅鈣雜質(zhì)，會(huì)小幅降低DRI品位，多用于低端固廢回收類DRI。

3.糖蜜、改性高分子聚合物粘合劑

液體型，生球粘性好，但混合均勻度差、后期熱強(qiáng)度偏弱，一般做輔助復(fù)配使用。

三、DRI球團(tuán)粘合劑選型核心原則

高純氣基豎爐DRI：優(yōu)先淀粉/CMC有機(jī)粘合劑（低摻量），嚴(yán)控脈石，保障TFe品位、降低雜質(zhì)；

煤基回轉(zhuǎn)窯/轉(zhuǎn)底爐DRI冷壓工藝：選淀粉基復(fù)合冷固粘合劑，解決轉(zhuǎn)運(yùn)、上料粉化難題，穩(wěn)定金屬化率；

傳統(tǒng)氧化球團(tuán)老產(chǎn)線：膨潤土+有機(jī)復(fù)配，平衡生產(chǎn)成本、球團(tuán)熱穩(wěn)定性與鐵品位。

用低硫低磷、高溫不粉化的建杰專用粘合劑。不影響還原反應(yīng)、不降低金屬化率、干球強(qiáng)度≥800N/個(gè)。

Q&A問答二：球團(tuán)礦粘合劑能不能替代膨潤土？

能，而且是趨勢(shì)。新型球團(tuán)礦粘合劑添加量?jī)H1%–2%，用于生產(chǎn)球團(tuán)礦的磁鐵礦粉、赤鐵礦粉、褐鐵礦粉等鐵精礦粉中，可完全替代膨潤土。用量少、成球速度快、球面更光滑。大小更均勻，生球落下強(qiáng)度高，且粘合劑自身含鐵品位50%左右，硅含量低，能提升焙燒球團(tuán)品位。膨潤土加量每降低1.0%，球團(tuán)鐵品位提升0.6%，高爐增產(chǎn)1.8%，節(jié)焦1.2%。

建杰實(shí)業(yè)，面向全國鋼鐵冶金、煤焦化、制磷企業(yè)提供冷壓成型粘合劑定制服務(wù)。全國各省市的鋼鐵冶金、煤焦化、制磷企業(yè)，華北、華中、華東、西北、西南、東北等產(chǎn)業(yè)集中區(qū)域均為重點(diǎn)目標(biāo)市場(chǎng)。

建杰實(shí)業(yè)擁有多項(xiàng)國家專利與專業(yè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合專業(yè)科研團(tuán)隊(duì)深耕行業(yè)多年，可提供免費(fèi)來料化驗(yàn)、專屬配方定制、工藝優(yōu)化及全國駐場(chǎng)調(diào)試服務(wù)，采用一料一方的定制模式，助力企業(yè)降本增效。

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