由红废变黑宝技术：赤泥中回收铁的方法（干法）

由红废变黑宝技术：赤泥中回收铁的方法（干法）

赤泥提铁在钢铁企业的应用研究。2024年，我国赤泥产生11500万吨，综合利用量仅为1380万吨，每年堆积的含铁量至少有4000万吨，如果历年沉淀的16亿吨赤泥能得到充分利用，将极大地降低我国铁矿石的对外依存度。

按照问题导向，具体研发的方向是，高铁赤泥直接还原成海绵铁，进入炼钢炉；赤泥预处理后，选出氧化铁粉，与铁矿石一起配料；作为炼钢溶剂（造渣剂/助溶剂），提高钢水纯净度；赤泥与钢铁尘泥共还原，有利于金属回收和回转窑设备稳定运行；红土镍矿生产不锈钢过程中，加入赤泥，有利于降低成本和渣的综合利用。

在国内，河北某钢铁企业创新全球第一条“钢铁+氧化铝”镶嵌流程：利用余热蒸汽替代氧化铝溶出所需的60%能耗，利用高炉煤气替代氧化铝焙烧所需的30%燃料，利用赤泥磁选氧化铁粉回收50%以上的铁资源，与传统的单纯氧化铝生产流程相比，经济效益和能耗降低均十分显著。

一.赤泥利用的突破路径

对赤泥中铁资源的综合利用通常分为干法和湿法，其中干法常用的方法有直接磁选法、磁化焙烧磁选法和深度还原焙烧磁选法。湿法以酸浸法从赤泥中提取铁属于湿法冶金，目前常用的酸主要包括草酸、硝酸、盐酸、磷酸、硫酸；其中，利用草酸提取赤泥中铁在目前酸浸法研究中所占比重最大。

 

 

 

    在铁元素的利用方面，应放弃产品附加值低、处理成本高的磁化焙烧-磁选（回转窑焙烧及悬浮磁化焙烧）生产磁铁矿工艺，推广产品附加值高、市场需求量大、生产成本低的深度还原焙烧-磁选生产炼钢用直接还原铁和硫酸法钛白用还原铁粉工艺，尤其是以回转窑无结圈工艺为基础的深度还原焙烧工艺。

在湿法利用方面，推广市场容量较大、附加值高的由含铁赤泥生产氧化铁（颜料用氧化铁、电池用氧化铁、铁氧体用氧化铁等）和电池用磷酸铁技术等。

 

 

 

 

 

1、目前主流的干法赤泥提铁的工艺方法

（1）、赤泥磁选获得铁矿粉

赤泥作为氧化铝生产过程中产生的大宗工业废渣，全球累计堆存量已超过40亿吨。其高碱性和细颗粒特性使综合利用成为世界性难题。一批重点项目建成投用，赤泥选铁“独占鳌头”；

华特集团展出的LHGC智能立环高梯度磁选机，采用弱磁与强磁组合工艺，可精准回收赤泥中以铁为主的有价金属矿物，铁矿物回收率达40%～50%，所获铁精矿TFe品位接近50%，为赤泥的高值化利用奠定了坚实基础。

 

 

（2）、深度还原磁选法（回转窑直接还原法）

根据干法工艺路线的特点，从技术成熟性，经济效益，市场需求角度考虑，笔者认为深度还原磁选法是比较有优势的赤泥资源化利用途径，为了给我国赤泥选铁行业的发展提供一些参考性依据，此就由赤泥分选直接还原铁技术经济进行简要分析。

2.工艺概要

    将脱碱后赤泥送配料工序，与还原剂、助剂混合并研磨混匀，然后送造球系统造球，将所得球团干燥后送还原焙烧窑，控制温度、时间等工艺条件使赤泥中的氧化铁依次转化为四氧化三铁、氧化亚铁，最终转化为金属铁，得烧成料。将烧成料水萃、研磨、磁选、分离、干燥得直接还原铁，即海绵铁。选余物主要成分为铝、铁、钛、硅、钙等，经进一步研磨细化后用作陶瓷或岩板生产原料；或采用湿法工艺浸出其中的铝、钛、钪等元素，分别生产氧化铁（颜料用、铁氧体用和电池用氧化铁）、铝化合物（阻燃用氢氧化铝、氧化铝、硫酸铝、冰晶石、干法氟化铝或PAC）、钛白粉和氧化钪等。还原焙烧过程所产生的窑气经除尘净化后达标排放。

3.主要生产设备及投资

   主要生产设备：

    由赤泥生产直接还原铁的生产设备主要有脱碱反应器、碱液浓缩器、碱液储罐、过滤机、混料机、球磨机、造球机、球团干燥机、还原焙烧窑、烧成料水萃系统、烧成料球磨机、湿法磁选机、直接还原铁过滤机、直接还原铁干燥机、选余物立式搅拌磨、选余物料浆过滤机、选余物滤饼干燥机等。 也可以不购建造球机和球团干燥机，直接将经球磨后的混合料送还原窑进行还原焙烧。

 

二、转底炉还原+磁选工艺

为了综合利用氧化铝冶炼产生的赤泥，探索在转底炉中直接还原赤泥、磨矿磁选获得高品位直接还原铁。通过实验室试验摸索了转底炉还原工艺参数，并在转底炉工业试验线进行了工业试验。实验室结果表明，赤泥还原后的直接还原铁(DRI)金属化率可达88.6%，磁选后的铁品位可达82.1%，磁选后的铁回收率可达88.9%。工业试验中，转底炉还原后，产品金属化率平均为69.2%，将还原后的 DRI磁选获得高品位的 DRI产品，磁选后 DRI的铁品位为72.8%，磁选后铁回收率达到了85.2%，初步打通了在转底炉中还原赤泥、磁选的工艺路径。

三、COSRED熔融还原新工艺流程简述

含铁原料和粘结剂混匀、压球、烘干，得到一定粒度和强度的生球团。生球团与还原剂（目前主要使用兰炭）、脱硫剂（石灰石）配料混合，进入科思瑞迪自主研发的COSRED还原竖炉，根据原料条件的不同，在适当的还原温度和还原时间下，含铁原料实现了脱氧（还原）、脱碱（钾钠铅锌等被还原后蒸发脱除）、脱硫，最终得到金属化率90～98%的直接还原铁，与残余还原剂、脱硫剂一同排出竖炉（热排或冷排）。冷排直接还原铁球团和残余还原剂、脱硫剂、造渣剂、补充的燃料一起先进入预热罐预热，随后装入熔分炉进行少量的深还原、渣铁熔化分离，并产生大量的煤气，铁水的温度和成分与高炉铁水相同。

五、华北理工，希亚娜 HIsmelt 熔融还原工艺处理赤泥的可行性分析与探讨

以PB 粉为基础，将磁化焙烧后的高铁赤泥按照一定的比例配加进去，并结合山东墨龙HIsmelt的生产实践经验，在当HIsmelt 工艺中添加不同比例高铁赤泥的同时，对应的燃料消耗与熔剂消耗，随着高铁赤泥的添加比例增加，冶炼吨铁的燃料消耗增加，熔剂消耗增加，渣量明显增多，结合图2 和图3 的研究结果，综合冶炼过程消耗及炉渣黏度的变化规律，高铁赤泥作为低价料在HIsmelt 工艺上应用，理论上是可行的，但添加比例不得超过30%。研究结果表明，在HIsmelt 正常冶炼PB 矿粉工艺条件下配加30%（质量分数）以下的赤泥对炉渣黏度和物相组成的影响不大

四、中环辰华 翟栋 CO沸腾还原赤泥提铁的试验研究

 

赤泥是氧化铝冶炼过程中产生的固体废渣，由于含有难以脱除的化学碱、氟、铝及其他多种杂质，对其进行综合利用非常困难，导致大量堆存给生杰环境带来巨大压力。赤泥中含有铁、铝、钛、镁等元素，其中加多的是三氧化二铁，因此具有一定的提炼价值。本实验以拜耳法产生的赤泥为原料，通过一氧化碳沸腾还原将三氧化二铁为四氧化三铁，进行磁选，研究了还原过程中一氧化碳浓度、还原温度、还原时间等因素对还原铁粉回收率和品位的影响。结果表明，在一氧化碳浓度50%，温度650℃，还原时间大于180s条件下，可得到品位为56.39%的磁铁粉，回收率为94.86%。

六、马克斯普朗克 绿色氢等离子体还原

马克斯普朗克铁研究中心的科学家们开发了一种工艺，可利用绿色氢等离子体还原将铝土矿精炼成氧化铝时产生的有毒赤泥废物转化为有价值且可持续的炼铁原料。关于他们工作的开放获取论文发表在《自然》杂志上。

七、中国科学技术大学，氢等离子体还原提铁

中国科学技术大学教授高敏锐团队与合肥国轩新材料科技有限公司高级工程师常元钦合作，研发了一种“绿氢冶铁”新技术，即利用等离子体增强化学气相还原工艺，以氢气作为还原剂，实现了从赤泥中高效提取铁。相关研究成果近日发表于《美国化学会志》。

赤泥是拜耳法生产氧化铝时衍生的强碱性工业废料，目前全球堆存量已超40亿吨，大部分被长期堆存于废料池或干燥堆场，回收利用率仅3%。赤泥中氧化铁含量较高，是铁矿石的潜在替代品。研究团队使用等离子增强型化学气相淀积设备产生高能氢等离子体，并将其用作赤泥的还原剂。该技术大幅降低了反应温度，将传统工艺所需的1200摄氏度以上高温降至900摄氏度。同时，绿铁的提取效率大幅提升，在900摄氏度条件下，仅需数分钟即可生成单质金属铁。通过该工艺提取的铁品质优异，铁品位高达71%，绿铁回收率达到88.1%，远超传统的湿法冶金、超导磁选及还原焙烧-磁选等工艺，满足钢铁生产对高品质铁原料的需求，具备极高的工业应用价值。

相比传统赤泥提铁方式，该工艺产生的赤泥残渣pH值接近中性，且元素浸出量极少，无需额外进行昂贵、复杂的中和处理。该工艺处理1吨赤泥的成本仅为137美元，远低于传统的酸浸法、超导磁选法等工艺成本。未来，若采用可再生绿电驱动，还可进一步降低能耗成本。

八、通过在碱性溶液中对赤泥进行电化学再开采实现低碳炼铁技术

· 城市/州： 华盛顿州里奇兰

· 联邦资助：$1,000,000

· 项目牵头：太平洋西北国家实验室

· 合作伙伴：Polykala Technologies LLC，马克-冯博士

西北太平洋国家实验室及其合作伙伴旨在开发一种电化学工艺路线，以便从赤泥这种处理成本高昂的废料中生产出金属质地的低排放铁。赤泥含有大量氧化铁，是氧化铝生产的副产品。事实证明，通过传统方法从赤泥中回收铁具有挑战性，往往需要将材料储存起来。