技術創新賦能鋁業減碳：赤泥回轉窯煉鐵是否能實現廢渣零堆積？

摘要：本文主要概括了以赤泥為原料，采用回轉窯裝置，通過煤基直接還原技術生產海綿鐵的技術研究。介紹了赤泥的原料特性、市場應用現狀和煤基回轉窯生產海綿鐵的工藝過程。對還原煉鐵的市場進行了簡要的分析，重點詳細地闡述了赤泥煤基直接還原煉鐵工藝技術研究現狀和回轉窯煤基直接還原技術。總結了以上技術在赤泥還原煉鐵領域的優勢和不足以及在選擇合適的工藝時需要考慮的因素。

關鍵詞：赤泥；冷壓球團；回轉窯；煤基直接還原；海綿鐵；固廢資源化；球團粘合劑

一、行業概述

1.1 赤泥原料特性和市場應用現狀

1.1.1赤泥的性質

赤泥為氧化鋁生產產生的強堿性工業固廢，總鐵（TFe）含量穩定在50%以上，含鐵資源價值突出，且年產生體量巨大，堆存場地日趨緊張，長期堆存環保風險突出。因鐵礦物嵌布粒度細，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，這樣既能規模化資源化處置固廢、規避環保隱患，又可高效回收高品位鐵資源，實現固廢循環再利用。

1.1.2 赤泥的市場應用現狀

目前赤泥綜合利用分為四大賽道：建材制備、井下礦山充填、多金屬提取、冶金原料回收。

傳統冶金處置方式僅通過磁選、重選簡單富集得到低純度鐵精粉，冷壓成球后送入電爐，僅作為煉鋼造渣、降溫輔料，產品附加值有限。

煤基回轉窯深度直接還原工藝可制備高金屬化率海綿鐵，可直接替代廢鋼用于煉鋼、鑄造，是當前赤泥冶金高值化利用的主流研究方向。

（圖片來源網絡）

1.2 國內煤基回轉窯的主要生產工藝

回轉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量的95%以上，其它煤基法均未形成大型生產性工廠或尚無長期生產經驗。多年來，國內對煤基回轉窯工藝做過大量研究開發，具有較好的技術基礎，因此回轉窯法是我國目前發展直接還原鐵的主導工藝。

目前國內已建成和正在建設的回轉窯工藝有三種：一步法、二步法和冷固結球團法。

1.所謂“一步法”是指把細磨鐵精礦造球，在鏈蓖機上經干燥、預熱（900℃），直接送入回轉窯進行固結和還原，所有工序在一條流水工藝線上連續完成。

2.“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，經高溫（1300℃）氧化焙燒，制成氧化球團；然后再將氧化球團送入回轉窯進行還原，制成成品；兩個工藝過程可分別在兩地獨立進行，故稱“二步法”。

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

二、赤泥回轉窯煤基還原煉鐵技術研究進展

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。

2.1 赤泥煤基直接還原試驗室試驗成果

范艷青等用煤基還原劑對澳大利亞赤泥在1000～1200℃直接還原焙燒，使赤泥中氧化鐵還原徹底，通過細磨磁選，鐵的品位達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90.64%。

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

李愛民等對山西某大型氧化鋁廠拜耳法低鐵赤泥熔融態煤基直接還原焙燒-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%，回收率達到93.44%。

高建陽等對印尼赤泥，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【8】）

這些研究成果為赤泥煤基直接還原工藝提供了一個很好的發展研究方向。

2.2 赤泥回轉窯煤基直接還原技術實踐

目前應用最廣的回轉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）。

1.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℃。原料在回轉窯中焙燒10～20h后自窯頭排出進入冷卻桶冷卻，進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電。

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

3.國內耦合還原技術：

4.張建華等利用赤泥、煤粉、鈦磁鐵礦造球，采用回轉窯還原焙燒工藝對球顆粒進行還原，尾礦經磁選獲得直接還原鐵，其中鐵的品位達92%以上，回收率大于85%。

5.王曉平等在分析比較了赤泥與低品位紅土鎳礦還原工藝的基礎上，提出了利用回轉窯對赤泥和低品位紅土鎳礦煤基共還原耦合工藝，在優化還原的條件下，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，實現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【8】）

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

三、赤泥冷壓球團回轉窯還原煉鐵成套工藝

本工藝先對赤泥做預處理，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，充分攪拌混勻，經高壓冷壓設備制成規整致密的冷壓球團。生球再通過低溫烘干脫去游離水分，提升球團冷熱態強度，避免回轉窯內粉化塌料。

（赤泥冷壓球團制備流程）

干燥合格的赤泥球團送入回轉窯，依托煤基高溫氣氛開展直接還原，窯內控制1050℃-1250℃還原溫度，煤粉熱解產生一氧化碳、氫氣，將球團內氧化鐵逐步還原為金屬鐵，即產出高品位海綿鐵，既可作為優質冶金原料回用于煉鋼、鑄造工序，同時實現大宗赤泥固廢資源化處置與鐵資源高效回收。

建杰專注于回轉窯煤基直接還原煉鐵技術的研究，同時攜手山東魏橋集團開展合作，聯合攻關赤泥壓球成型后入回轉窯煉鐵的前沿新工藝，全力打通赤泥規模化無害化、資源化循環利用產業鏈，助力大宗固廢綠色循環利用產業升級。

建杰正在進行的赤泥冷壓球團進回轉窯還原煉鐵的項目是生產冶金行業固廢處理用的粘合劑。

產品介紹：

赤泥球團用粘合劑是以有機物為主料，加入增粘劑、增強劑、改性劑等原料，通過一系列工藝生產而成的復合粘合劑，含有高粘結力成分、室溫下快速固化成分，具有加量少、粘結力強、固化速度快、成型率高、冷強度好、節能環保等性能。

產品特點：

1.專業性強：專用于拜耳法生產氧化鋁產生的赤泥中。

2.專屬定制：此粘合劑可根據客戶特定需求定制專屬產品。

3.粘結力強：含有高粘結力成分，加量少，粘性高，球團成型率高，冷強度好，能滿足爐料要求。

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

參考文獻：

[1] 趙建虹,呂振華.國內煤基回轉窯直接還原工藝及裝置述評[J].山西冶金,2002,(2):1-4.DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2002.02.001.

[2] 范艷青,朱坤娥,蔣訓雄,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深度還原除鐵試驗研究[J].礦業研究與開發,2018,38(10):101.

[4] 高建陽.氧化鋁工業廢棄赤泥直接還原技術研究[J].礦產綜合利用,2011(2):37.

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

[6] 張建華.一種基于回轉窯直接還原焙燒-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.赤泥的綜合利用現狀分析[J].礦產綜合利用,2018,(5):6-12.

[8] 徐文珍,李燦華,查雨虹,等.赤泥煤基還原生產鐵粉技術研究進展[J].粉末冶金工業,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球團用什么粘合劑？

DRI直接還原鐵球團主流粘合劑（分高溫氧化焙燒球團、冷固壓球團兩大工藝）

一、高溫氧化球團（豎爐、回轉窯、鏈篦機-回轉窯DRI主流工藝）

1.鈉基膨潤土（傳統最常用無機粘合劑）

l添加量：2.0%～3.5%

l優勢：成本低、生球爆裂溫度高、焙燒后高溫強度優異，抗還原粉化，適配大規模氧化球團生產線

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

2.有機/生物質粘合劑（高純DRI選擇）

改性預糊化淀粉（淀粉基粘合劑）添加量僅0.8%～1.5%，高溫下完全燃燒無殘留，幾乎不增加脈石，DRI鐵品位高、雜質低；生球落下強度好，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、木質素磺酸鹽、腐植酸系粘合劑，添加量0.5%～1.2%，成球性能優異，雜質極低，常與少量膨潤土復配使用，兼顧強度與品位。

進口專用有機粘結劑（Peridur、Alcotac）：海外大型DRI工廠標配，穩定性強、抗爆裂，缺點單價偏高。

3.膨潤土+有機復合粘合劑（現階段工業化方案）

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，又提升生球熱穩定性、降低回轉窯/鏈篦機生球爆裂、減少DRI粉化率。

二、冷固球團（轉底爐、煤基DRI、鋼廠除塵灰/鐵精粉冷壓造球）

無需1200℃以上高溫焙燒，低溫烘干固結直接進還原爐，主流三類粘合劑：

1.淀粉基復合冷壓粘合劑（應用廣）

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

2.水玻璃（硅酸鈉）+水泥無機粘合劑

添加量4%～7%，冷強度極高、耐水防潮；缺點帶入硅鈣雜質，會小幅降低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、后期熱強度偏弱，一般做輔助復配使用。

三、DRI球團粘合劑選型核心原則

高純氣基豎爐DRI：優先淀粉/CMC有機粘合劑（低摻量），嚴控脈石，保障TFe品位、降低雜質；

煤基回轉窯/轉底爐DRI冷壓工藝：選淀粉基復合冷固粘合劑，解決轉運、上料粉化難題，穩定金屬化率；

傳統氧化球團老產線：膨潤土+有機復配，平衡生產成本、球團熱穩定性與鐵品位。

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、不降低金屬化率、干球強度≥800N/個。

Q&A問答二：球團礦粘合劑能不能替代膨潤土？

能，而且是趨勢。新型球團礦粘合劑添加量僅1%–2%，用于生產球團礦的磁鐵礦粉、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，能提升焙燒球團品位。膨潤土加量每降低1.0%，球團鐵品位提升0.6%，高爐增產1.8%，節焦1.2%。

建杰實業，面向全國鋼鐵冶金、煤焦化、制磷企業提供冷壓成型粘合劑定制服務。全國各省市的鋼鐵冶金、煤焦化、制磷企業，華北、華中、華東、西北、西南、東北等產業集中區域均為重點目標市場。

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