本發明涉及冶金爐料的技術領域，具體涉及一種利用中低品味拜耳法赤泥氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法。
背景技術：
脫磷劑，是指在鐵水預處理中用于預脫磷的各種添加劑的總稱。現有的轉爐煉鋼造渣時，使用的脫磷劑通常為氧化脫磷劑，是由作為氧源的易被還原的氧化劑和作為堿基的堿性氧化物以及助熔劑等物料組合形成，常見產品有蘇打系脫磷劑、石灰系脫磷劑等。脫磷劑中作為堿基的堿性氧化物是為了與酸性氧化物p2o5生成磷酸鹽，從而降低渣中p2o5的活度，即提高磷氧化生成的p2o5的穩定性。脫磷劑中常用的堿性氧化物通常為堿土金屬的氧化物，例如na2o、cao等。
拜耳法是一種工業上廣泛使用的從鋁土礦中生產氧化鋁的化工過程，赤泥為制鋁工業提取氧化鋁時排出的污染性廢渣，據統計，生產1噸鋁大約需要2噸的氧化鋁，而生產1噸的氧化鋁會產生1～1.8噸的赤泥，現階段，氧化鋁制造企業通常將赤泥作為廢棄物，堆放在露天的環境中，這些赤泥會產生大量的粉塵，造成空氣污染；同時，由于赤泥中含有游離堿和其它有害成分，會使得堆積地的土壤永久堿化，并污染堆積地地面下的水源，破壞生態平衡。
專利cn103352099a公開了利用拜耳法赤泥生產轉爐冷卻劑的方法，該方法經過磁選后，將主要成分含量較低的中低品位赤泥剔除，但是該中品味或低品位的赤泥中仍然還含有部分的fe2o3、sio2、al2o3、cao、na2o和tio2，若將該含鐵中品位或含鐵低品位的赤泥舍棄，不僅會造成浪費，而且赤泥污染問題還是沒有得到解決。因此，如何對赤泥高效地利用，尤其是對含鐵中低品位的拜耳法赤泥的高效利用是當前氧化鋁制造企業亟待解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的在于提供一種氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法，用于解決現有拜耳法生產氧化鋁的過程中，其產生的含鐵中品位或含鐵低品位的赤泥無法得到高效利用而造成浪費和環境污染的問題。
為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法，其特征在于，包括如下步驟：
s1制取磁選赤泥：
對原料赤泥進行磁選，得到磁選赤泥；
s2制取脫磷劑前體：
向磁選赤泥中加入鋁酸鈣和碳酸鈣，并混合形成脫磷劑前體，
其中，所述脫磷劑前體的成分包括：磁選赤泥的重量份數為1份，鋁酸鈣的重量份數為0～1份，碳酸鈣的重量份數為0～1份；
s3制取轉爐脫磷劑：
向脫磷劑前體中加入粘合劑，使得脫磷劑前體混合成型，并干燥至水分低于3％后，形成轉爐脫磷劑。
優選地，所述步驟s1中原料赤泥為拜耳法中低品味赤泥，所述原料赤泥的成分包括：cao的重量份數為1～5份，sio2的重量份數為5～15份，al2o3的重量份數為10～15份，r2o的重量份數為5～10份，fe2o3的重量份數為40～60份，tio2的重量份數為2～3份，
其中，所述r2o為堿性氧化物。
優選地，所述步驟s1中經磁選所得的磁選赤泥成分包括：cao的重量份數為3～15份，sio2的重量份數為5～15份，al2o3的重量份數為6～16份，r2o的重量份數為3～10份，fe2o3的重量份數為45～70份，tio2的重量份數為1～3份，
其中，所述r2o為堿性氧化物。
優選地，所述步驟s1中磁選操作采用的是強磁場磁選機，且所述強磁場磁選機的磁場強度為16000gs。
優選地，所述步驟s2中鋁酸鈣的成分包括：al2o3的重量份數為50～55份，cao的重量份數為45～50份；
所述步驟s2中碳酸鈣的質量分數為95～100％。
優選地，所述步驟s3中的粘合劑為質量分數是4～6％的硅溶膠。
具體地，所述步驟s3中加入粘合劑的脫磷劑前體在混料機中混合10～20min后送入壓球機成型，之后在干燥窯中進行干燥處理。
具體地，所述干燥窯中的干燥溫度為260～320℃。
具體地，所述步驟s3中制取所得的轉爐脫磷劑成分包括：al2o3的重量份數為10～25份，fe2o3的重量份數為35～45份，sio2的重量份數為1～5份，cao的重量份數為25～40份，h2o的重量份數為0～3份，tio2的重量份數為1～2，r2o的重量份數為2～4，其中，所述r2o為堿性氧化物。
相比于現有技術，本發明所述的氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法具有以下優勢：本發明通過對中低品味赤泥進行回收，并按照上述方法制備轉爐脫磷劑，經核算和試驗，成本為150～200元/噸，而一般企業生產的轉爐脫磷劑成本在600～800元/噸，因此，采用本發明所述的氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法極大地節省了轉爐脫磷劑的制備成本。同時，本發明所述的氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法也解決了中低品味赤泥占地和污染的問題。且本發明所述的氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法步驟簡單，所采用的設備成本也較低。
將本發明所制取的轉爐脫磷劑用于萍鄉鋼鐵有限責任公司的轉爐煉鋼中，每一噸鋼中加入5～7kg的脫磷劑，對使用效果進行檢測，結果表明本發明所制得的轉爐脫磷劑應用在轉爐煉鋼的過程中，能取得吹煉平衡，減輕噴濺，避免爐渣返干的效果，脫磷效率能達到90％左右，脫磷效果顯著。
具體實施方式
本發明提供了許多可應用的創造性概念，該創造性概念可大量的體現于具體的上下文中。在下述本發明的實施方式中描述的具體的實施例僅作為本發明的具體實施方式的示例性說明，而不構成對本發明范圍的限制。
下面結合具體的實施方式對本發明作進一步的描述。
本實施例提供一種氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法，具體包括如下步驟：
s1制取磁選赤泥：
對原料赤泥進行磁選，得到磁選赤泥。
赤泥亦稱紅泥，是從鋁土礦中提煉氧化鋁后排出的工業固體廢物，一般含氧化鐵量大、外觀與赤色泥土相似，一般拜耳法赤泥的成分包括：sio2的重量份數為3～20，cao的重量份數為2～8，al2o3的重量份數為10～20，fe2o3的重量份數為30～60，mgo或na2o或k2o的重量份數為2～10，tio2的重量份數為微量～10。拜耳法赤泥經由第一次磁選能提取出含鐵高品位的赤泥，該含鐵高品位的赤泥可用于制取冷卻劑，留下含鐵中低品位的赤泥，含鐵中低品位的赤泥中鐵含量相較于含鐵高品位赤泥中的鐵含量有明顯的降低。本實施例中所采用的原料赤泥即為經一次磁選后舍棄的拜耳法含鐵中低品位赤泥，其成分包括：cao的重量份數為0～5份，sio2的重量份數為5～15份，al2o3的重量份數為10～15份，r2o的重量份數為5～10份，fe2o3的重量份數為45～50份，tio2的重量份數為2～3份，其中，所述r2o為堿性氧化物，一般為na2o或k2o。
由于本實施例中的原料赤泥為中低品味的赤泥，需對本實施例中的中低品味赤泥進行再一次磁選，故采用的裝置為強磁場磁選機。本實施例所使用的磁選機中的磁源為稀土永磁體，其具有磁場高、梯度大、運行穩定、節能高效的優點。具體地，本實施例中的磁選機采用的是型號為pyg-15或pyg-25的磁選機，其磁場強度為16000gs，梯度達1070e/cm，適合于5～500目顆粒。其中，pyg-15型號的磁選機輸送帶寬度為1500mm，生產干礦能力為15t/h，pyg-25型號的磁選機輸送帶寬度為2500mm，生產干礦能力為25t/h。
磁選指的是根據礦物磁性不同，從礦物中分離有用礦物的選別方法。經由強磁場磁選機對原料赤泥的篩選，能提高所篩選出的赤泥中fe2o3的含量，降低所篩選的赤泥中cao、sio2、al2o3、r2o和tio2的含量，得到本實施例中的磁選赤泥，所得到的磁選赤泥成分包括：cao的重量份數為0～5份，sio2的重量份數為5～15份，al2o3的重量份數為6～16份，r2o的重量份數為3～10份，fe2o3的重量份數為45～65份，tio2的重量份數為1～3份，其中，所述r2o為堿性氧化物，一般為na2o或k2o。
s2制取脫磷劑前體：
向磁選赤泥中加入鋁酸鈣和碳酸鈣，混合形成脫磷劑前體。
其中，所述脫磷劑前體的成分包括：磁選赤泥的重量份數為1份，鋁酸鈣的重量份數為0～1份，碳酸鈣的重量份數為0～1份。
鋁酸鈣是一系列由氧化鈣和氧化鋁在高溫下燒結而成的無機化合物，本實施例中所選用的鋁酸鈣成分包括：al2o3的重量份數為40～55份，cao的重量份數為40～50份。
本實施例中所選用的碳酸鈣的質量分數為95～100％。
氧化鐵在脫磷劑中作為氧化劑而存在，氧化鈣在脫磷劑中作為固定劑而存在，碳酸鈣為脫磷劑的基體，由于本實施例中所得到磁選赤泥中氧化鈣會出現含量不足的情況，不滿足脫磷劑的要求，因此，需向所得到的磁選赤泥中適當加入鋁酸鈣和碳酸鈣，高溫使用中氧化鐵會與氧化鈣反應生鐵酸鈣，使得脫磷反應更趨于穩定。
2[p]+5(feo)+4(cao)(s)═4cao·p2o5(s)+5[fe]
隨著脫磷劑中氧化鈣含量的增大，氧化鐵或氧化鈣的活度也增大，則磷的分配比提高，整個反應不斷向右進行，脫磷效果更好。另外，在氧化鋁、r2o以及其他組分的協同作用下，使得脫磷后的成渣速度更快。
s3制取轉爐脫磷劑：
向脫磷劑前體中加入粘合劑，使得脫磷劑前體混合成型，并干燥至水分低于3％后，形成轉爐脫磷劑。
具體過程為：首先，將脫磷劑前體置于混料機中，然后向混料機中加入少量的粘合劑，在混料機中混合10～20min，脫磷劑前體和粘合劑混合均勻，然后將混料機中的混合物料輸送到壓球機中實現壓制成型，壓球機主要用于壓制難以成型的粉狀物料，成型后的物料最后由壓球機送往干燥窯中進行干燥，優選地，根據本實施例中脫磷劑前體的成分，干燥窯中的干燥溫度設定為260～320℃，在此溫度下進行干燥，既不影響脫磷劑前體中各組分，也能提高物料的干燥效率。經干燥后使得物料中的水分低于3％，所得到的產品即為轉爐脫磷劑。
具體地，為了不向轉爐脫磷劑中引進其他雜質，本實施例中的粘合劑采用的是質量分數為4～6％的硅溶膠，硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。一般硅溶膠中的sio2會含有大量的水及羥基，在干燥過程中，當硅溶膠蒸發時，膠體粒子會牢固地附著在物體表面，粒子之間形成硅氧結合，從而使得最終形成的轉爐脫磷劑緊固在一起。
通過上述步驟所制得的轉爐脫磷劑的成分為：al2o3的重量份數為10～25份，fe2o3的重量份數為35～45份，sio2的重量份數為1～5份，cao的重量份數為25～40份，h2o的重量份數為0～3份，tio2的重量份數為1～2，r2o的重量份數為2～4，其中，所述r2o為堿性氧化物。
脫磷劑是在鐵水預處理中用于預脫磷的各種添加劑的總稱。脫磷劑以各種方式加入鐵水中或鐵水表面，使得脫磷劑與鐵水中的磷反應生成磷的化合物，從而使磷固定在渣中或進入氣相以達到鐵水預脫磷的目的。本實施例中的脫磷劑在使用的過程中，脫磷反應在金屬內部進行，氧化鐵首先溶入金屬，將磷氧化為五氧化二磷，有些甚至在金屬中生成fe3p2o8，然后這些原子分子轉入爐渣并與爐渣中的氧化鈣反應，將氧化鐵置換出來生成磷酸鈣固定在爐渣中，從而達到脫磷效果。具體反應式如下：2[p]+5(feo)+4(cao)(s)═4cao·p2o5(s)+5[fe]。
本實施例通過對中低品味赤泥進行回收，并按照上述方法制備轉爐脫磷劑，經核算和試驗，成本為150～200元/噸，而一般企業生產的轉爐脫磷劑成本在600～800元/噸，因此，采用本實施例所述的氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法極大地節省了轉爐脫磷劑的制備成本。同時，本實施例所述的氧化鋁尾礦(赤泥)生產轉爐脫磷劑的方法也解決了中低品味赤泥占地和污染的問題。
將本實施例所制取的轉爐脫磷劑用于萍鄉鋼鐵有限責任公司的轉爐煉鋼中，每一噸鋼中加入5～7kg的脫磷劑，對使用效果進行檢測，結果表明本實施例所制得的轉爐脫磷劑能使得轉爐煉鋼時吹煉平衡，減輕噴濺，避免爐渣返干，脫磷效率能達到85～95％，脫磷效果非常好。
下面列舉了本發明的五個具體實施例。
實施例一
s1制取磁選赤泥：
對原料赤泥進行磁選，得到磁選赤泥。
本實施例中所選用的原料赤泥的成分包括：sio2的重量份數為15.0份，al2o3的重量份數為15.0份，na2o的重量份數為8.0份，fe2o3的重量份數為50.0份，tio2的重量份數為3.0份。
經由pyg-15磁選機磁選所得到的磁選赤泥成分包括：cao的重量份數為3.0份，sio2的重量份數為15.0份，al2o3的重量份數為15.0份，r2o的重量份數為5.0份，fe2o3的重量份數為65.0份，tio2的重量份數為2.0份。
s2制取脫磷劑前體：
向上述磁選赤泥中加入鋁酸鈣，混合形成脫磷劑前體，其中，磁選赤泥、碳酸鈣和鋁酸鈣之間的質量比為1：0.5：0.3。
本實施例中所采用的鋁酸鈣成分包括：al2o3的重量份數為50份，cao的重量份數為40份。
本實施例中所采用的碳酸鈣的質量分數為100％。
s3制取轉爐脫磷劑：
將步驟s2所制得的脫磷劑前體置于混料機中，然后向混料機中加入少量質量分數為4％的硅溶膠，在混料機中混合10min，然后將混料機中的物料輸送到壓球機中壓制成型，成型后的物料繼續輸送到干燥窯中實現干燥，干燥窯中的干燥溫度為300℃，干燥至物料中的水分為2.6％時，將物料從干燥窯中輸出，得轉爐脫磷劑。
本實施例所制取的轉爐脫磷劑，成分包括：al2o3的重量份數為16.78份，fe2o3的重量份數為36.1份，sio2的重量份數為8.33份，h2o的重量份數為2.0份，cao的重量份數為29.44份，tio2的重量份數為1.1份，na2o的重量份數為2.78份。
將本實施例所制取的轉爐脫磷劑用于萍鄉鋼鐵有限責任公司的轉爐煉鋼中，每一噸鋼中加入6kg的脫磷劑，脫磷效率為89.3％。
實施例二
s1制取磁選赤泥：
對原料赤泥進行磁選，得到磁選赤泥。
本實施例中所選用的原料赤泥的成分包括：cao的重量份數為5.0份，sio2的重量份數為5.0份，al2o3的重量份數為10.0份，na2o的重量份數為10.0份，fe2o3的重量份數為45.0份，tio2的重量份數為2.0份。
經由pyg-15磁選機磁選所得到的磁選赤泥成分包括：cao的重量份數為8份，sio2的重量份數為12份，al2o3的重量份數為17.0份，na2o的重量份數為6.0份，fe2o3的重量份數為55.0份，tio2的重量份數為2.0份。
s2制取脫磷劑前體：
向上述磁選赤泥中加入鋁酸鈣，混合形成脫磷劑前體，其中磁選赤泥、碳酸鈣和鋁酸鈣之間的質量比為1：0.6：0.2。
本實施例中所采用的鋁酸鈣成分包括：al2o3的重量份數為50，cao的重量份數為40。
本實施例中所采用的碳酸鈣的質量分數為95％。
s3制取轉爐脫磷劑：
將步驟s2所制得的脫磷劑前體置于混料機中，然后向混料機中加入少量質量分數為6％的硅溶膠，在混料機中混合13min，然后將混料機中的物料輸送到壓球機中壓制成型，成型后的物料繼續輸送到干燥窯中實現干燥，干燥窯中的干燥溫度為310℃，干燥至物料中的水分為2.3％時，將物料從干燥窯中輸出，得轉爐脫磷劑。
本實施例所制取的轉爐脫磷劑，成分包括：al2o3的重量份數為15份，fe2o3的重量份數為30.55份，sio2的重量份數為6.67，h2o的重量份數為2.30份，cao的重量份數為28.89，tio2的重量份數為1.1份，na2o的重量份數為3.7份。
將本實施例所制取的轉爐脫磷劑用于萍鄉鋼鐵有限責任公司的轉爐煉鋼中，每一噸鋼中加入7kg的脫磷劑，脫磷效率為94.2％。
實施例三
s1制取磁選赤泥：
對原料赤泥進行磁選，得到磁選赤泥。
本實施例中所選用的原料赤泥的成分包括：cao的重量份數為3.2份，sio2的重量份數為5.0份，al2o3的重量份數為10.0份，na2o的重量份數為10.0份，fe2o3的重量份數為50.0份，tio2的重量份數為2.5份。
經由pyg-15磁選機磁選所得到的磁選赤泥成分包括：cao的重量份數為13.0份，sio2的重量份數為5.0份，al2o3的重量份數為12.0份，na2o的重量份數為3.7份，fe2o3的重量份數為62.0份，tio2的重量份數為1.3份。
s2制取脫磷劑前體：
向上述磁選赤泥中加入鋁酸鈣，混合形成脫磷劑前體，其中，磁選赤泥、碳酸鈣和鋁酸鈣之間的質量比為1：0.8：0.1。
本實施例中所采用的碳酸鈣的質量分數為98％。
s3制取轉爐脫磷劑：
將步驟s2所制得的脫磷劑前體置于混料機中，然后向混料機中加入少量質量分數為5％的硅溶膠，在混料機中混合20min，然后將混料機中的物料輸送到壓球機中壓制成型，成型后的物料繼續輸送到干燥窯中實現干燥，干燥窯中的干燥溫度為260℃，干燥至物料中的水分為2.5％時，將物料從干燥窯中輸出，得轉爐脫磷劑。
本實施例所制取的轉爐脫磷劑，成分包括：al2o3的重量份數為8.95份，fe2o3的重量份數為32.60份，sio2的重量份數為2.63份，h2o的重量份數為2.5份，cao的重量份數為34.20份，tio2的重量份數為0.68份，na2o的重量份數為1.95份。
將本實施例所制取的轉爐脫磷劑用于萍鄉鋼鐵有限責任公司的轉爐煉鋼中，每一噸鋼中加入5kg的脫磷劑，脫磷效率為85.6％。
實施例四
s1制取磁選赤泥：
對原料赤泥進行磁選，得到磁選赤泥。
本實施例中所選用的原料赤泥的成分包括：cao的重量份數為5.0份，sio2的重量份數為10.0份，al2o3的重量份數為12.3份，k2o的重量份數為10.0份，fe2o3的重量份數為47.2份，tio2的重量份數為2.9份。
經由pyg-15磁選機磁選所得到的磁選赤泥成分包括：cao的重量份數為8.2份，sio2的重量份數為8.3份，al2o3的重量份數為12.8份，r2o的重量份數為7.3份，fe2o3的重量份數為60.4份，tio2的重量份數為3.0份。
s2制取脫磷劑前體：
向上述磁選赤泥中加入鐵酸鈣，混合形成脫磷劑前體，其中磁選赤泥、碳酸鈣和鋁酸鈣之間的質量比為1：1：0.4。
本實施例中所采用的鋁酸鈣成分包括：al2o3的重量份數為50份，cao的重量份數為40份。
本實施例中所采用的碳酸鈣的質量分數為100％。
s3制取轉爐脫磷劑：
將步驟s2所制得的脫磷劑前體置于混料機中，然后向混料機中加入少量質量分數為6％的硅溶膠，在混料機中混合15min，然后將混料機中的物料輸送到壓球機中壓制成型，成型后的物料繼續輸送到干燥窯中實現干燥，干燥窯中的干燥溫度為310℃，干燥至物料中的水分為2.2％時，將物料從干燥窯中輸出，得轉爐脫磷劑。
本實施例所制取的轉爐脫磷劑，成分包括：al2o3的重量份數為13.7份，fe2o3的重量份數為25.17份，sio2的重量份數為3.46份，h2o的重量份數為2.2份，cao的重量份數為35.1份，tio2的重量份數為2.0份，k2o的重量份數為3.04份。
將本實施例所制取的轉爐脫磷劑用于萍鄉鋼鐵有限責任公司的轉爐煉鋼中，每一噸鋼中加入7kg的脫磷劑，脫磷效率為90.1％。
實施例五
s1制取磁選赤泥：
對原料赤泥進行磁選，得到磁選赤泥。
本實施例中所選用的原料赤泥的成分包括：cao的重量份數為8.3份，sio2的重量份數為11.3份，al2o3的重量份數為14.9份，k2o的重量份數為6.5份，fe2o3的重量份數為56.5份，tio2的重量份數為2.0份。
經由pyg-25磁選機磁選所得到的磁選赤泥成分包括：cao的重量份數為9.0份，sio2的重量份數為9.5份，al2o3的重量份數為16.0份，k2o的重量份數為3.0份，fe2o3的重量份數為61.2份，tio2的重量份數為1.0份。
s2制取脫磷劑前體：
向上述磁選赤泥中加入鋁酸鈣，混合形成脫磷劑前體，其中磁選赤泥、碳酸鈣和鋁酸鈣之間的質量比為1：0.8：0.2。
本實施例中所采用的鋁酸鈣成分包括：al2o3的重量份數為50份，cao的重量份數為40份。
本實施例中所采用的碳酸鈣的質量分數為100％。
s3制取轉爐脫磷劑：
將步驟s2所制得的脫磷劑前體置于混料機中，然后向混料機中加入少量質量分數為4％的硅溶膠，在混料機中混合10min，然后將混料機中的物料輸送到壓球機中壓制成型，成型后的物料繼續輸送到干燥窯中實現干燥，干燥窯中的干燥溫度為300℃，干燥至物料中的水分為2.6％時，將物料從干燥窯中輸出，得轉爐脫磷劑。
本實施例所制取的轉爐脫磷劑，成分包括：al2o3的重量份數為13份，fe2o3的重量份數為30.6份，sio2的重量份數為4.75份，h2o的重量份數為2.6份，cao的重量份數為32.5，tio2的重量份數為1.5份，k2o的重量份數為1.5份。
將本實施例所制取的轉爐脫磷劑用于萍鄉鋼鐵有限責任公司的轉爐煉鋼中，每一噸鋼中加入7kg的脫磷劑，脫磷效率為92.3％。
應該注意的是，上述實施例對本發明進行說明而不是對本發明進行限制，并且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的范圍的情況下可設計出替換實施例。在權利要求中，不應將位于括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞“包含”不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。