一种处理高铁铝土矿的系统和方法技术领域
本发明涉及气基直接还原生产金属铁领域，尤其涉及一种处理高铁铝土矿的系统
和方法。
背景技术
铝土矿是目前生产氧化铝中最主要的原料，90％以上的氧化铝是用铝土矿作为原
料进行生产的。世界范围上来说铝土矿资源非常丰富，据美国矿务局统计，世界铝土矿储量
为268亿吨，铝土矿资源分布广泛但又相对集中，各大洲都有分布，但主要分布于几内亚、巴
西、印度、澳大利亚及中国。国外铝土矿多数为三水铝石型，铝硅比高的优质铝土矿。
我国是一个铝土矿资源相对贫瘠的国家，铝土矿人均储量仅相当于世界人均水平
的7.3％，而且我国铝土矿主要属于高硅、高铁、难溶型铝土矿，优质铝土矿储量较少，优质
铝土矿资源短缺是我国氧化铝工业面临的主要挑战之一，据国家发改委预测，到2020年我
国铝土矿供储量的保障程度只有27.1％。当前我国是世界金属铝产量和消费第一大国。近
几年来，我国氧化铝产能扩张迅猛，据统计2015年我国氧化铝产量高达2500万t，但绝大多
数的铝土矿资源依赖进口，随着铝土矿需求缺口越来越大，国内的铝土矿供应量越来越难
以保证；因此不得不重视低质的高铁铝土矿资源。高铁型铝土矿直接进行进入拜耳法工艺
时会产生大量的赤泥，导致单机产率降低、能耗过大、污染环境等弊端，如何在拜耳法工艺
前将高铁铝土矿中的铁含量降低成为利用高铁铝土矿亟待解决的问题。
发明内容
面临上述技术问题，本发明旨在提供一种采用流化床处理高铁铝土矿的系统和方
法使铝铁分离，通过该系统和方法得到的富铝渣可作为生产氧化铝的原料，金属铁粉可作
为炼钢原料，最终到达减少金属铁的有害成分，减小能耗和生产成本，简化工艺的目的。
为实现上述目的，本发明提出了一种处理高铁铝土矿的系统，所述系统包括预处
理单元、还原单元和细磨分离单元，其中，
所述预处理单元包括高铁铝土矿原矿入口、预热后的高铁铝土矿粉出口；
所述还原单元包括流化床，所述流化床包括预热后的高铁铝土矿粉入口、还原气
体入口、金属化的高铁铝土矿出口，所述预热后的高铁铝土矿粉入口和所述预热后的高铁
铝土矿粉出口相连；
所述细磨分离单元包括金属化的高铁铝土矿入口、金属铁粉出口以及富铝渣出
口，所述金属化的高铁铝土矿入口和所述金属化的高铁铝土矿出口相连。
具体地，所述预处理单元包括破碎干燥装置和预热装置顺序相连，其中，
所述破碎干燥装置用于所述高铁铝土矿原矿的破碎、干燥和再细磨得到高铁铝土
矿粉，所述破碎干燥装置设置有所述高铁铝土矿原矿入口；
所述预热装置设置有所述燃气入口和所述预热后的高铁铝土矿粉出口，燃气进入
所述预热装置用于所述高铁铝土矿粉的预热处理。
进一步地，所述破碎干燥装置包括破碎机、干燥设备和细磨设备顺序相连。
进一步地，所述细磨分离单元包括细磨装置和物理分离装置顺序相连。
进一步地，所述预热后的高铁铝土矿粉入口和所述预热后的高铁铝土矿粉出口通
过下料管连接。
进一步地，所述还原气体入口设置在所述流化床的下部。
本发明还提供一种处理高铁铝土矿的方法，包括步骤，
A预处理：在所述预处理单元，将高铁铝土矿原矿进行破碎、干燥、再细磨、预热，得
到预热后的高铁铝土矿粉；
B气基还原：在所述流化床，将所述预热后的高铁铝土矿粉进行气基还原得到金属
化的高铁铝土矿；
C细磨分离：在所述细磨分离单元，对所述金属化的高铁铝土矿进行细磨和物理分
离得到金属铁粉和富铝渣。
进一步地，在步骤A中，将所述高铁铝土矿原矿破碎到3mm以下。
优选地，在步骤A中，干燥后的水分控制在2％以下。
优选地，在步骤A中，通过再细磨将小于100目的粉料控制在占全部原料的90％以
上。
进一步地，在步骤A中，将高铁铝土矿粉预热至700～950℃。
进一步地，在步骤B中，将还原反应温度控制在700～1050℃，反应时间30～
100min。
优选地，将用于还原的还原气体的CO+H2体积比控制在≥70％。
进一步地，还原反应前，将还原气体预热至700～950℃。
进一步地，在步骤C中，将所述金属化的高铁铝土矿细磨至小于100目。
优选地，在步骤C中，所述物理分离的方法包括磁选、浮选、重选。
采用本发明所述的技术方案有如下优点：
(1)对原料的适应性强。高铁铝土矿是全铁品位超过20％、Al2O3含量超过40％的铝
土矿，相较于优质铝土矿，此类矿石在拜耳法生产氧化铝的过程中会极大地降低单机生产
能力，增大能耗并会产生大量的赤泥，因此无法直接进入生产氧化铝的流程，需要进行选矿
除铁或其他方式除铁，将矿石中的Fe2O3降低到合理范围内才能进入生产氧化铝的流程。同
时高铁铝土矿中铝铁紧密嵌布，颗粒极细，致使单纯靠选矿的方法使高铁铝土矿铁铝分离
是困难的，同时经济上也是不合理的。高铁铝土矿中氧化铝含量很高，导致这种矿的熔点也
很高，难以通过高炉炼铁的方式进行冶炼。对于本发明来说，由于采用的气基还原的方法，
还原温度较低，不产生液相，避免了过多的能耗，产物为金属化矿粉，Fe2O3被还原成了金属
铁粉能够与Al2O3较为容易地分离，同时不限于高铁铝土矿的成分，因此采用气基还原的方
法处理高铁铝土矿，更具有优势，本发明适用于所有类型的高铁铝土矿。
(2)由于使用气基还原，反应温度低(700～1050℃)，远低于通常高炉法或电炉法
约1600℃的温度水平，因此本发明工艺技术能耗低，从而降低了生产成本。
(3)采用气态还原剂，避免使用煤或焦碳做还原剂，因此使金属铁中磷硫含量远低
于传统高炉炼铁流程。
(4)矿粉的还原度是可调节的，调节方法可以通过调节反应器内中还原气成分、反
应温度和反应时间来灵活调节。
(5)当用流化床法处理普通铁精矿时，由于铁精矿铁品位高，还原出金属铁后原料
容易发生团聚而出现失流现象，为了防止流化床失流需要加入如MgO或CaO等抗粘剂；但当
用流化床处理高铁铝土矿时，由于高铁铝土矿铁品位较低且熔点较一般铁矿粉高，因此还
原出铁后不易出现团聚现象。因此采用流化床法处理高铁铝土矿具有独特的优势。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明的处理高铁铝土矿的系统简图；
1-预处理单元，2-还原单元，3-细磨分离单元；
11-破碎干燥装置，12-预热装置；111-破碎机，112-干燥设备，113-细磨设备，燃气
入口121；还原气体入口21；31-细磨装置，32-物理分离装置。
图2为本发明的处理高铁铝土矿的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能
够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施
例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
本发明的目的是提供一种高铁铝土矿分离铝铁资源的工艺，利用流化床还原高铁
铝土矿粉，将得到的金属化的高铁铝土矿粉进行细磨后磁选分离出金属铁精粉和富铝渣。
为实现上述目的，本发明提出了一种处理高铁铝土矿的系统，如图1，所述系统包
括预处理单元1、还原单元2和细磨分离单元3，其中，
所述预处理单元1包括高铁铝土矿原矿入口、预热后的高铁铝土矿粉出口；
所述还原单元2包括流化床，所述流化床包括预热后的高铁铝土矿粉入口、还原气
体入口、金属化的高铁铝土矿出口，所述预热后的高铁铝土矿粉入口和所述预热后的高铁
铝土矿粉出口相连；
所述细磨分离单元3包括细磨装置31和物理分离装置32，所述细磨分离单元3包括
金属化的高铁铝土矿入口、金属铁粉出口以及富铝渣出口，所述金属化的高铁铝土矿入口
和所述金属化的高铁铝土矿出口相连。
具体地，所述预处理单元1包括破碎干燥装置11和预热装置12顺序相连，其中，
所述破碎干燥装置11设置有所述高铁铝土矿原矿入口，该破碎干燥装置包括破碎
机111、干燥设备112和细磨设备113，高铁铝土矿在破碎机破碎，破碎好的高铁铝土矿进入
干燥设备进行干燥，干燥后的高铁铝土矿进入细磨设备进行细磨至一定粒度得到高铁铝土
矿粉；
所述预热装置12为焙烧炉，其设置有燃气入口121和所述预热后的高铁铝土矿粉
出口，燃料气进入所述预热装置用于所述高铁铝土矿粉的预热处理。
进一步地，预热后的高铁铝土矿粉入口和所述预热后的高铁铝土矿粉出口通过下
料管连接，预热后的高铁铝土矿粉经下料管输送到还原流化床内。
进一步地，所述还原气体入口21设置在所述流化床的下部，用于输入事先预热过
的还原气，还原气喷入流化床中，高铁铝土矿矿粉与还原气逆流从而形成流化，使高铁铝土
矿中的铁氧化物得到还原。
本发明还提供一种处理高铁铝土矿的方法，如图2，该方法包括步骤，
A原料预处理：在所述预处理单元，将高铁铝土矿原矿进行破碎、干燥、再细磨、预
热，得到预热后的高铁铝土矿粉；
B气基还原：在所述流化床，将所述预热后的高铁铝土矿粉进行气基还原得到金属
化的高铁铝土矿；
C细磨分离：在所述细磨分离单元，对所述金属化的高铁铝土矿进行细磨和物理分
离得到金属铁粉和富铝渣。
现有技术中高铁铝土矿作为一种铝铁复合矿尚不能直接应用，需要进行除铁处理
才能应用于氧化铝工业。而本发明采用流化床还原——物理分离的方法能直接对其进行处
理，使高铁铝土矿中的铝铁得以分离。与此同时，流化床中使用高铁铝土矿为原料，也免去
了添加如MgO或CaO等抗粘剂的操作。工艺流程的产物为金属铁粉和富铝渣，金属铁粉可用
于炼钢生产，富铝渣可用于氧化铝生产，整个工艺流程不会产生其他固体废弃物。
进一步地，在步骤A中，用破碎机将所述高铁铝土矿原矿破碎到3mm以下。
优选地，在步骤A中，用干燥设备将干燥后的水分控制在2％以下。
优选地，在步骤A中，用细磨设备进行再磨制，将小于150目的粉料控制在占全部原
料的90％以上。
进一步地，将干燥并细磨后的高铁铝土矿粉在焙烧炉内进行预热，预热炉可采用
燃气加热，预热至700～950℃，预热后的高铁铝土矿粉经下料管即输送到还原流化床内。
进一步地，在步骤B中，将还原反应温度控制在700～1050℃，反应时间30～
100min。在还原流化床内使用含CO+H2≥70％体积比的还原气对高铁铝土矿焙烧球团进行
还原，得到高铁铝土矿金属化矿粉，还原过程中不必加入抗粘结剂。其中，流化床还原气事
先经预热，预热后温度达到700～950℃，然后由下部喷入流化床中，高铁铝土矿矿粉与还原
气逆流从而形成流化，使高铁铝土矿中的铁氧化物得到还原。
进一步地，在步骤C中，将还原后得到的所述金属化的高铁铝土矿细磨至小于100
目。然后进行物理分离，得到含金属铁粉和富铝渣，金属铁粉可用于直接炼钢，也可压成金
属铁粉压块进行储藏，脱铁后的富铝渣可进入拜耳法流程制氧化铝。物理分离的方法可以
为磁选，浮选，重选等矿渣分离方法。
下面，按照本发明的工艺流程，选择四种不同成分的高铁铝土矿，生产出富铝渣和
金属铁粉，具体实施例如下：
实施例1
本实施例采用的高铁铝土矿成分见表1.1。
1.1高铁铝土矿1的主要化学成分(wt％)
成分
TFe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
Na2O+K2O
P2O5
含量/wt100％
25.84
36.26
10.96
7.46
4.94
0.16
2.52
0.167
将高铁铝土矿干燥破碎并细磨后，细磨粒度小于100目的占全部原料的95％，预热
炉内预热到850℃，在还原流化床内使用恩德炉煤气(62％H2、8.6％CO、2％CO2、27.4％N2)对
高铁铝土矿进行还原，还原温度在约850℃，反应时间为100min。将还原后的高铁铝土矿粉
细磨到小于200目，然后进行磁选分离，得到的金属铁粉成分见表1.2和富铝渣的成分见表
1.3。
表1.2金属铁粉1的主要成分(wt％)
成分
Fe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
含量/wt100％
93.51
3.54
1.12
0.81
0.43
0.02
表1.3富铝渣1的主要成分(wt％)
实施例2
本实施例采用的高铁铝土矿成分见表2.1。
表2.1高铁铝土矿2的主要化学成分(wt％)
成分
TFe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
Na2O+K2O
P2O5
含量/wt100％
22.64
41.28
9.93
8.26
4.32
1.2
1.45
0.11
将高铁铝土矿干燥破碎并细磨后，细磨粒度小于100目的占全部原料的95％，预热
炉内预热到800℃，在还原流化床内使用焦炉煤气(45.8％CO+48.2％H2+2.3％CO2+3.7％N2)
对高铁铝土矿进行还原，还原温度在约900℃，反应时间为60min。将还原后的高铁铝土矿粉
细磨到小于200目，然后进行磁选分离，得到的金属铁粉成分见表2.2和富铝渣的成分见表
2.3。
表2.2金属铁粉2的主要成分(wt％)
成分
Fe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
含量/wt100％
90.31
5.06
2.64
1.14
0.67
0.03
表2.3富铝渣2的主要成分(wt％)
成分
Fe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
含量/wt100％
7.68
52.46
11.84
10.26
7.59
2.06
实施例3
本实施例采用的高铁铝土矿成分见表3.1。
表3.1高铁铝土矿3的主要化学成分(wt％)
成分
TFe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
Na2O+K2O
P2O5
含量/wt100％
23.47
39.26
11.63
6.68
5.14
0.18
1.35
0.18
将高铁铝土矿干燥破碎并细磨后，细磨粒度小于100目的占全部原料的95％，预热
炉内预热到750℃，在还原流化床内使用恩德炉煤气(35.1％CO+41.4％H2+2.3％CO2+21.2％
N2)对高铁铝土矿进行还原，还原温度在约1050℃，反应时间为30min。将还原后的高铁铝土
矿粉细磨到小于100目，然后进行磁选分离，得到的金属铁粉成分见表3.2和富
铝渣的成分见表3.3。
表3.2金属铁粉3的主要成分(wt％)
成分
Fe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
含量/wt100％
88.79
5.07
2.14
1.23
0.78
0.04
表3.3富铝渣3的主要成分(wt％)
成分
Fe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
含量/wt100％
9.46
51.54
13.06
11.20
7.06
1.81
实施例4
本实施例采用的高铁铝土矿成分见表4.1。
表4.1高铁铝土矿4的主要化学成分(wt％)
成分
TFe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
Na2O+K2O
P2O5
含量/wt100％
22.33
41.77
8.26
8.15
4.01
1.27
1.48
0.12
将高铁铝土矿干燥破碎并细磨后，细磨粒度小于100目的占全部原料的95％，预热
炉内预热到950℃，在还原流化床内使用焦炉煤气(40.8％CO+47.1％H2+2.9％CO2+9.2％N2)
对高铁铝土矿进行还原，还原温度在约700℃，反应时间为90min。将还原后的高铁铝土矿粉
细磨到小于200目，然后进行磁选分离，得到的金属铁粉成分见表4.2和富铝渣的成分见表
4.3。
表4.2金属铁粉4的主要成分(wt％)
成分
Fe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
含量/wt100％
88.31
6.01
2.45
1.13
0.61
0.03
表4.3富铝渣4的主要成分(wt％)
成分
Fe
Al2O3
SiO2
TiO2
CaO
MgO
含量/wt100％
7.52
52.01
11.66
10.17
7.5
2.12
上述实施例中提供的技术方案对原料的适应性强，针对全铁品位超过20％、Al2O3
含量超过40％的高铁铝土矿，采用气基还原的方法，不仅避免使用煤或焦炭做还原剂，减少
金属铁的有害成分，而且还原温度远低于通常高炉法或电炉法约1600℃的温度水平，不产
生液相，因此避免了过多的能耗，另外还免去了添加如MgO或CaO等抗粘剂的操作。得到的反
应产物为金属化矿粉，Fe2O3被还原成了金属铁粉能够与Al2O3较为容易地分离，整个工艺流
程不会产生其他固体废弃物。最终得到的金属铁粉品味高，达到88％以上，可用于炼钢生
产；富铝渣中Al2O3达到51％以上，可用于氧化铝生产。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并
非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做
出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引
申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。