本實用新型屬于冶金技術領域，具體而言，本實用新型涉及一種利用赤泥制備硅鐵的系統。

背景技術：

硅鐵主要是由鐵和硅組成的鐵合金，由于硅和氧很容易結合成二氧化硅，所以硅鐵常用于煉鋼時作脫氧劑，氧化反應本身又是放熱反應，脫氧的同時又能提高鋼水溫度。同時，硅鐵還可以作為合金元素添加劑，廣泛應用于低合金結構鋼、彈簧鋼、軸承鋼及電工硅鋼中，硅鐵在鐵合金生產及化學工業中，常用作還原劑。

硅鐵的生產是以天然硅石為原料，利用冶金焦作還原劑并配加一定量的含鐵料在礦熱電爐中冶煉，采用該工藝生產硅鐵時為了保證礦熱爐料面的透氣性，硅石及焦粒的粒度都比較大，硅石粒度一般60～120mm，焦粒的粒度一般為5～22mm，二氧化硅在鐵存在的條件下被碳還原的反應開始理論還原溫度為1623℃，實際硅鐵冶煉溫度均在1700℃以上。

赤泥，是鋁土礦提煉氧化鋁過程中產生的廢棄物，因其為赤紅色泥漿而得名。隨著鋁工業的不斷發展，目前全世界每年產出6000萬噸赤泥，我國的赤泥排放量每年為450萬噸以上。世界上大多數氧化鋁廠是將赤泥堆積或者傾入深海。赤泥中含有大量的鐵、鋁、鈉、鈣等金屬，赤泥的堆存不僅占用大量的土地和農田，耗費較多的堆場建設及維護費用，造成嚴重的水質污染，且浪費了大量的金屬資源。因此，赤泥的綜合治理及其金屬資源的有效回收成為人們日益關注的焦點。目前還未有關于利用赤泥作為硅鐵冶煉生產原料的報道。

技術實現要素：

本實用新型旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本實用新型的一個目的在于提出一種利用赤泥制備硅鐵的系統，采用該系統不僅實現了赤泥的資源化利用，而且可以顯著降低硅鐵產品的生產成本。

在本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種利用赤泥制備硅鐵的系統。根據本實用新型的實施例，該系統包括：

混合溶出裝置，所述混合溶出裝置具有赤泥入口、堿液入口和固液混合物出口；

分離裝置，所述分離裝置具有固液混合物入口、高堿度溶液出口和脫鋁赤泥出口，所述固液混合物入口與所述固液混合物出口相連；

冶煉裝置，所述冶煉裝置具有脫鋁赤泥入口、碳質還原劑入口、硅石入口和硅鐵出口，所述脫鋁赤泥入口與所述脫鋁赤泥出口相連。

由此，根據本實用新型實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統通過采用堿液對赤泥進行溶出處理，使得赤泥中的氧化鋁等可溶于堿液的組分進入到堿液中，從而經后續分離可以得到含鐵和硅的脫鋁赤泥，即使得赤泥中的鐵氧化物和二氧化硅上升為主要原料，從而可以利用脫鋁赤泥替代鋼屑以及部分硅石冶煉制硅鐵產品，進而顯著降低硅鐵的生產成本，同時可以解決現有技術中赤泥大量堆積或傾入深海導致的占地、資源浪費以及環境污染問題。由此，采用本申請的系統不僅實現了赤泥的資源化利用，而且可以顯著降低硅鐵產品的生產成本。

任選的，所述冶煉裝置為礦熱爐。由此，可以顯著提高硅鐵的生產效率。

本實用新型的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。

附圖說明

本實用新型的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是根據本實用新型一個實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統結構示意圖；

圖2是采用本實用新型一個實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統實施利用赤泥制備硅鐵的方法流程示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本實用新型，而不能理解為對本實用新型的限制。

在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

在本實用新型的一個方面，本實用新型提出了一種利用赤泥制備硅鐵的系統。根據本實用新型的實施例，參考圖1，該系統包括：混合溶出裝置100、分離裝置200和冶煉裝置300。

根據本實用新型的實施例，混合溶出裝置100具有赤泥入口101、堿液入口102和固液混合物出口102，且適于將赤泥與堿液進行混合溶出，得到固液混合物。具體的，赤泥干基成分為全鐵質量分數為25％～60％，Al₂O₃質量分數為15％～25％，SiO₂質量分數為15％～30％，CaO質量分數為5％～15％，將赤泥與堿液倒入反應釜中混合均勻，在攪拌下將體系快速升溫進行溶出，赤泥中的氧化鋁等可溶于堿液的組分進入堿液中，而鐵和二氧化硅仍以固體形式存在，待溶出反應完成后，通冷卻水，使體系快速降溫至100℃后開釜取料，得到含有高堿度溶液和脫鋁赤泥的固液混合物。

根據本實用新型的一個實施例，赤泥可以為選自拜耳法赤泥、燒結法赤泥和聯合法赤泥中的至少一種。

根據本實用新型的再一個實施例，堿液的堿度并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，堿液的濃度可以為4～8mol/L，優選6mol/L。發明人發現，采用該堿度的堿液可以顯著提高赤泥中氧化鋁等的溶出效率，從而提高后續所得硅鐵產品的質量。

根據本實用新型的又一個實施例，堿液的具體類型并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，堿液可以為選自氫氧化鈉和氫氧化鉀中的至少一種，優選氫氧化鈉。發明人發現，采用該類堿液可以顯著優于其他堿液保證得到較高質量的硅鐵產品。

根據本實用新型的又一個實施例，赤泥與堿液的混合比例并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，赤泥與堿液的混合比例可以按照赤泥干基與堿液的固液比為1g：(6～8)mL進行混合。發明人發現，堿液加入量過少，使得堿液不足以去除去赤泥中的鋁，導致后續生產的硅鐵中含鋁過高，嚴重影響硅鐵產品的品質；而堿液加入量過高，嚴重增加處理成本。

根據本實用新型的又一個實施例，混合溶出的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，混合溶出的溫度可以為230～300攝氏度，時間可以為2～3小時。由此，可以顯著提高赤泥中氧化鋁等組分的溶出效率，從而進一步提高所得硅鐵產品的質量。

根據本實用新型的實施例，分離裝置200具有固液混合物入口201、高堿度溶液出口202和脫鋁赤泥出口203，固液混合物入口201與固液混合物出口103相連，且適于將上述得到的固液混合物進行分離處理，得到高堿度溶液和脫鋁赤泥，并且對分離所得脫鋁赤泥進行多次洗滌，然后將其烘干。而本領域技術人員可以根據實際需要將所得高堿度溶液進行再利用，例如可以返回拜耳法赤泥生產流程實現再利用。需要說明的是，本領域技術人員可以根據實際需要對分離處理的具體方式進行選擇。

根據本實用新型的實施例，冶煉裝置300具有脫鋁赤泥入口301、碳質還原劑入口302、硅石入口303和硅鐵出口304，脫鋁赤泥入口301與脫鋁赤泥出口203相連，且適于將上述得到的脫鋁赤泥與碳質還原劑和硅石進行冶煉處理，以便得到硅鐵。具體的，冶煉裝置可以為礦熱爐，并且硅鐵產品可以是冷卻后澆注的硅鐵鑄錠，也可以是熔化狀態的含硅鐵水。

根據本實用新型的一個實施例，碳質還原劑的固定碳和灰分均不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，碳質還原劑中固定碳含量可以不低于75wt％，灰分可以不高于15wt％。發明人發現，若碳質還原劑中固定碳過低，導致還原劑加入量較高，從而增加了礦熱爐的工作負荷；而灰分過高，會增加硅鐵的雜質，從而影響所得硅鐵產品的品質。

根據本實用新型的再一個實施例，碳質還原劑的具體類型并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，碳質還原劑可以為選自蘭炭和焦炭中的至少一種。由此，可以顯著提高硅鐵產品的生產效率，并保證所得硅鐵產品具有較高的質量。

根據本實用新型的又一個實施例，硅石中二氧化硅的含量并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，硅石中二氧化硅的質量分數可以不低于95％。由此，可以保證所得硅鐵產品具有較高的質量。

根據本實用新型的又一個實施例，脫鋁赤泥與碳質還原劑和硅石的質量比并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，脫鋁赤泥與碳質還原劑和硅石的質量比可以為100：(60～70)：(90～110)。發明人通過大量實驗意外發現，如還原劑和硅石的加入量過低，則導致反應不徹底，無法獲得優質產品；而還原劑和硅石加入量過高，會增加礦熱爐的處理負荷，不利于反應進行，同時造成資源的浪費。由此，選擇本申請范圍的還原劑和硅石的加入量，可以保證反應有效進行，并且可以獲得優質的硅鐵。

根據本實用新型的又一個實施例，冶煉處理的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，冶煉處理可以在溫度為1700～2000攝氏度下進行0.5～2小時。由此，在提高硅鐵產率的同時保證所得硅鐵產品具有較高的質量。

發明人發現，赤泥中所含有價金屬組分如Fe₂O₃、Al₂O₃、Na₂O、TiO₂，多為經濟價值較低的堿金屬，單獨就某一種元素進行回收利用不能很好地解決工藝經濟性和赤泥堆存量巨大的問題，而必須采用多種金屬聯合回收技術才能真正的實現赤泥的綜合利用和減量化，而本申請的發明人通過大量實驗意外發現，通過采用堿液對赤泥進行溶出處理，使得赤泥中的氧化鋁等可溶于堿液的組分進入到堿液中，從而經后續分離可以得到含鐵和硅的脫鋁赤泥，即使得赤泥中的鐵氧化物和二氧化硅上升為主要原料，從而可以利用脫鋁赤泥替代鋼屑以及部分硅石冶煉制硅鐵產品，進而顯著降低硅鐵的生產成本，同時可以解決現有技術中赤泥大量堆積或傾入深海導致的占地、資源浪費以及環境污染問題。由此，采用本申請的系統不僅實現了赤泥的資源化利用，而且可以顯著降低硅鐵產品的生產成本。

如上所述，根據本實用新型實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統可具有選自下列的優點至少之一：

根據本實用新型實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統利用脫鋁赤泥替代鋼屑和部分硅石參與冶煉硅鐵，能大幅降低硅鐵冶煉成本。

根據本實用新型實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統合理地利用赤泥中的主要成分鐵和硅作為冶煉硅鐵原料，開辟了赤泥綜合利用的新途徑。

根據本實用新型實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統與現有利用赤泥回收鐵技術相比，本申請所得產品附加值更高。

為了方便理解，下面參考圖2對采用本實用新型實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統實施利用赤泥制備硅鐵的方法進行詳細描述。根據本實用新型的實施例，該方法包括：

S100：將赤泥與堿液進行混合溶出

該步驟中，將赤泥與堿液進行混合溶出，得到固液混合物。具體的，赤泥干基成分為全鐵質量分數為25％～60％，Al₂O₃質量分數為15％～25％，SiO₂質量分數為15％～30％，CaO質量分數為5％～15％，將赤泥與堿液倒入反應釜中混合均勻，在攪拌下將體系快速升溫進行溶出，赤泥中的氧化鋁等可溶于堿液的組分進入堿液中，而鐵和二氧化硅仍以固體形式存在，待溶出反應完成后，通冷卻水，使體系快速降溫至100℃后開釜取料，得到含有高堿度溶液和脫鋁赤泥的固液混合物。

根據本實用新型的一個實施例，赤泥可以為選自拜耳法赤泥、燒結法赤泥和聯合法赤泥中的至少一種。

根據本實用新型的再一個實施例，堿液的堿度并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，堿液的濃度可以為4～8mol/L，優選6mol/L。發明人發現，采用該堿度的堿液可以顯著提高赤泥中氧化鋁等的溶出效率，從而提高后續所得硅鐵產品的質量。

根據本實用新型的又一個實施例，堿液的具體類型并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，堿液可以為選自氫氧化鈉和氫氧化鉀中的至少一種，優選氫氧化鈉。發明人發現，采用該類堿液可以顯著優于其他堿液保證得到較高質量的硅鐵產品。

根據本實用新型的又一個實施例，赤泥與堿液的混合比例并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，赤泥與堿液的混合比例可以按照赤泥干基與堿液的固液比為1g：(6～8)mL進行混合。發明人發現，堿液加入量過少，使得堿液不足以去除去赤泥中的鋁，導致后續生產的硅鐵中含鋁過高，嚴重影響硅鐵產品的品質；而堿液加入量過高，嚴重增加處理成本。

根據本實用新型的又一個實施例，混合溶出的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，混合溶出的溫度可以為230～300攝氏度，時間可以為2～3小時。由此，可以顯著提高赤泥中氧化鋁等組分的溶出效率，從而進一步提高所得硅鐵產品的質量。

S200：將固液混合物進行分離處理

該步驟中，將上述得到的固液混合物進行分離處理，得到高堿度溶液和脫鋁赤泥，并且對分離所得脫鋁赤泥進行多次洗滌，然后將其烘干。而本領域技術人員可以根據實際需要將所得高堿度溶液進行再利用，例如可以返回拜耳法赤泥生產流程實現再利用。需要說明的是，本領域技術人員可以根據實際需要對分離處理的具體方式進行選擇。

S300：將脫鋁赤泥與碳質還原劑和硅石進行冶煉處理

該步驟中，將上述得到的脫鋁赤泥與碳質還原劑和硅石進行冶煉處理，以便得到硅鐵。具體的，冶煉處理可以在礦熱爐中進行，并且硅鐵產品可以是冷卻后澆注的硅鐵鑄錠，也可以是熔化狀態的含硅鐵水。

根據本實用新型的一個實施例，碳質還原劑的固定碳和灰分均不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，碳質還原劑中固定碳含量可以不低于75wt％，灰分可以不高于15wt％。發明人發現，若碳質還原劑中固定碳過低，導致還原劑加入量較高，從而增加了礦熱爐的工作負荷；而灰分過高，會增加硅鐵的雜質，從而影響所得硅鐵產品的品質。

根據本實用新型的再一個實施例，碳質還原劑的具體類型并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，碳質還原劑可以為選自蘭炭和焦炭中的至少一種。由此，可以顯著提高硅鐵產品的生產效率，并保證所得硅鐵產品具有較高的質量。

根據本實用新型的又一個實施例，硅石中二氧化硅的含量并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，硅石中二氧化硅的質量分數可以不低于95％。由此，可以保證所得硅鐵產品具有較高的質量。

根據本實用新型的又一個實施例，脫鋁赤泥與碳質還原劑和硅石的質量比并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，脫鋁赤泥與碳質還原劑和硅石的質量比可以為100：(60～70)：(90～110)。發明人通過大量實驗意外發現，如還原劑和硅石的加入量過低，則導致反應不徹底，無法獲得優質產品；而還原劑和硅石加入量過高，會增加礦熱爐的處理負荷，不利于反應進行，同時造成資源的浪費。由此，選擇本申請范圍的還原劑和硅石的加入量，可以保證反應有效進行，并且可以獲得優質的硅鐵。

根據本實用新型的又一個實施例，冶煉處理的條件并不受特別限制，本領域技術人員可以根據實際需要進行選擇，根據本實用新型的一個具體實施例，冶煉處理可以在溫度為1700～2000攝氏度下進行0.5～2小時。由此，在提高硅鐵產率的同時保證所得硅鐵產品具有較高的質量。

采用本實用新型實施例的利用赤泥制備硅鐵的系統實施利用赤泥制備硅鐵的方法通過采用堿液對赤泥進行溶出處理，使得赤泥中的氧化鋁等可溶于堿液的組分進入到堿液中，從而經后續分離可以得到含鐵和硅的脫鋁赤泥，即使得赤泥中的鐵氧化物和二氧化硅上升為主要原料，從而可以利用脫鋁赤泥替代鋼屑以及部分硅石冶煉制硅鐵產品，進而顯著降低硅鐵的生產成本，同時可以解決現有技術中赤泥大量堆積或傾入深海導致的占地、資源浪費以及環境污染問題。由此，采用本申請的方法不僅實現了赤泥的資源化利用，而且可以顯著降低硅鐵產品的生產成本。

下面參考具體實施例，對本實用新型進行描述，需要說明的是，這些實施例僅僅是描述性的，而不以任何方式限制本實用新型。

實施例1

拜耳法赤泥干基成分為全鐵質量分數為30％，Al₂O₃質量分數為15％，SiO₂質量分數為25％，CaO質量分數為5％，首先將赤泥和NaOH溶液(NaOH溶液堿度為6mol/L)倒入反應釜中混合均勻(赤泥和NaOH溶液按照赤泥干基和NaOH溶液固液比為1g:6mL進行混合)，在攪拌下將體系快速升溫到230℃，在此溫度下進行溶出，待溶出反應進行2h后，通冷卻水，使體系快速降溫至100℃后開釜取料，得到固液混合物，然后對所得固液混合物進行固液分離，從而得到高堿度溶液和脫鋁赤泥，然后將脫鋁赤泥進行多次洗滌后進行烘干，以脫鋁赤泥(含鐵40％，二氧化硅30％)、硅石(二氧化硅含量為97％)、蘭炭(固定碳83％，灰分9％)為主要原料，按照重量配比脫鋁赤泥：硅石：蘭炭＝100:98:60進行配料混料，混合料加入礦熱爐進行冶煉，冶煉溫度1700℃，冶煉時間1h，得到硅鐵產品Si 74.5％，Al 0.72％，Ca 0.86％，Mn 0.21％，P 0.026％，S 0.014％，C 0.07％，符合硅鐵牌號FeSi75Al11.0-A的標準。

實施例2

燒結法赤泥干基成分為全鐵質量分數為25％，Al₂O₃質量分數為17％，SiO₂質量分數為26％，CaO質量分數為15％，首先將赤泥和NaOH溶液(NaOH溶液堿度為6mol/L)倒入反應釜中混合均勻(赤泥和NaOH溶液按照赤泥干基和NaOH溶液固液比為1g:7mL進行混合)，在攪拌下將體系快速升溫到250℃，在此溫度下進行溶出，待溶出反應進行2.5h后，通冷卻水，使體系快速降溫至100℃后開釜取料，得到固液混合物，然后對所得固液混合物進行固液分離，從而得到高堿度溶液和脫鋁赤泥，然后將脫鋁赤泥進行多次洗滌后進行烘干，以脫鋁赤泥(含鐵35％，二氧化硅32％)、硅石(二氧化硅含量為97％)、蘭炭(固定碳85％，灰分10％)為主要原料，按照重量配比脫鋁赤泥：硅石：蘭炭＝100:110:65進行配料混料，混合料加入礦熱爐進行冶煉，冶煉溫度1800℃，冶煉時間1.5h，得到硅鐵產品Si 73.6％，Al0.63％，Ca 0.91％，Mn 0.27％，P 0.028％，S 0.016％，C 0.08％，符合硅鐵牌號FeSi75Al11.0-B的標準。

實施例3

聯合法赤泥干基成分為全鐵質量分數為27％，Al₂O₃質量分數為20％，SiO₂質量分數為28％，CaO質量分數為10％，首先將赤泥和NaOH溶液(NaOH溶液堿度為6mol/L)倒入反應釜中混合均勻(赤泥和NaOH溶液按照赤泥干基和NaOH溶液固液比為1g:8mL進行混合)，在攪拌下將體系快速升溫到280℃，在此溫度下進行溶出，待溶出反應進行3h后，通冷卻水，使體系快速降溫至100℃后開釜取料，得到固液混合物，然后對所得固液混合物進行固液分離，從而得到高堿度溶液和脫鋁赤泥，然后將脫鋁赤泥進行多次洗滌后進行烘干，以脫鋁赤泥(含鐵42％，二氧化硅35％)、硅石(二氧化硅含量為97％)、焦炭(固定碳77％，灰分9％)為主要原料，按照重量配比脫鋁赤泥：硅石：焦炭＝100:110:70進行配料混料，混合料加入礦熱爐進行冶煉，冶煉溫度1750℃，冶煉時間2h，得到硅鐵產品Si 72.7％，Al 0.53％，Ca 0.88％，Mn 0.23％，P 0.027％，S 0.015％，C 0.06％，符合硅鐵牌號FeSi75Al11.0-B的標準。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結合和組合。

盡管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。