用于处理赤泥的系统及处理赤泥的方法与流程

用于处理赤泥的系统及处理赤泥的方法


背景技术：

1.赤泥(rm)是源于制造铝的拜耳铝土矿工艺而由氧化铝行业产出的工业废料。氧化铝行业针对每一吨氧化铝产出约1.5到2吨rm。rm作为有毒副产物产生，在技术上被认为是无用的，并且存储在世界各地的沉淀池和有毒垃圾场中。世界各地储存有超过30亿吨有毒rm，并且这个数量每天增长。
2.rm由于烧碱成分而具有高碱度，这使之具有强腐蚀性，并且含有对环境有毒的重金属。一般，rm包括不同量的na2o、al2o3、fe2o3、sio2、tio2和其他材料。例如，位于法国的rm的化学分析显示，rm包括14％的al2o3、11.5％的tio2、50％的fe2o、6％的sio2、5.5％的cao以及3.5％的na2o。位于中国的rm的另一化学分析显示，rm包括约6.4-7.5％的sio2、9.8-15％的al2o3、23.4-40.2％的fe2o3、3.9-37％的caso4、4.3-9.2％的tio2、0.4-1.4％的tio2、0.4-1.4％的na2o、0.01-0.03％的mgo以及13.5-28％的烧失量(loi)(表示水分和挥发性材料)。以干基计，rm一般含有45-55％的氧化铁、10-25％的氧化铝和近似10％的氧化钛。如从化学分析中可以看出的，铝、铁和一定程度的钛金属以相对高的量存在于rm中。这样，rm中包括有价值的金属成分，包括铝、铁和钛。然而，由于rm的高碱度和毒性，这些金属的提取是困难的，并且需要添加其他有毒材料，以便对rm进行化学处理，用于去除这些金属中的一种以上。


技术实现要素：

3.本发明提供一种处理rm的方法，该方法不需要向rm添加化学品，以便从rm中提取和回收铝、铁和钛金属。通过使用物理提取，没有通过进一步添加化学品以使rm组分反应来对rm化学处理，本发明以高百分比实现这些金属的回收，例如，高于90％回收。本发明的方法不复杂，适用于处理大量的rm，以产出对环境安全的组分，因而使rm变成无危害的材料。
4.本发明指向一种用于处理赤泥的系统，该系统包含第一加热部段、第二加热部段、粉碎器以及一个或多个分离器，第一加热部段控制成将赤泥加热到第一温度，第二加热部段控制成将赤泥加热到低于第一温度的第二温度，粉碎器配置成将赤泥碾碎到预定粒径，一个或多个分离器用于从赤泥中至少物理地提取铁组分和铝组分。在某些实施例中，第一温度为至少1200℃，可以在1400和2000℃之间，第二温度在600和1500℃之间。在一些实施例中，该系统包括控制器，其编程为控制第一加热部段将赤泥加热到第一温度和/或第二加热部段将赤泥加热到第二温度。
5.在某些实施例中，第一加热部段包括螺旋输送器和一个或多个燃烧器，螺旋输送器配置成沿着第一加热部段输送赤泥，一个或多个燃烧器配置成在第一加热部段内产生火焰。第二加热部段可以包括沿着其内表面具有多个翅片的管式炉。在这种实施例中，管式炉包括入口部分和出口部分，入口部分在其内表面上具有呈第一布置的多个翅片，出口部分在其内表面上具有呈不同于第一布置的第二布置的多个翅片。例如，入口部分包括彼此没有重叠地布置的多个翅片，出口部分包括每个翅片与邻近的另一翅片重叠的多个翅片。
6.在某些实施例中，粉碎器包含球磨机，并且进一步包括冷却部段，用于冷却赤泥。
一个或多个分离器包括配置成从赤泥中提取铁和氧化铁的磁性分离器。在一些实施例中，磁性分离器进一步配置成在提取铁和氧化铁之后从赤泥中提取氧化钛。一个或多个分离器可以包括旋流分离器，用于使用重力分离从赤泥中至少分离铝。一个或多个分离器配置成从赤泥中分离铁组分和铝组分，而不向赤泥添加化学品。
7.在一些实施例中，该系统包括壳体，壳体至少部分地包围第一加热部段、第二加热部段、粉碎器以及一个或多个分离器中的至少一个分离器。壳体可以是旋转管式炉的形式，包括包围第一加热部段、第二加热部段、粉碎器和至少一个或多个分离器的多个区域。
8.本发明还指向一种用于处理赤泥的系统，该系统包含加热部段、粉碎器和一个或多个分离器，加热部段控制成将赤泥加热到至少1400℃，粉碎器配置成将赤泥碾碎到预定粒径，一个或多个分离器用于从赤泥中至少物理地提取铁组分和铝组分。在一些实施例中，加热部段包括控制成将赤泥加热到1400-2000℃的燃烧器。加热部段中的燃烧器可以是气化燃烧器、直燃燃烧器、高热释放燃烧器和/或旋流燃烧器。加热部段还包括螺旋输送器，用于沿着加热部段的至少一部分输送赤泥。一个或多个分离器包括磁性分离器和旋流分离器，磁性分离器用于从赤泥中至少提取铁和氧化铁，旋流分离器用于使用重力分离从赤泥中至少提取铝。在某些实施例中，一个或多个分离器配置成从赤泥中至少物理地分离铁和铝，而不向赤泥添加化学品。
9.在一些实施例中，该系统进一步包含壳体，壳体至少部分地包围加热部段、粉碎器以及一个或多个分离器中的至少一个分离器。壳体可以是旋转管式炉的形式，包括包围加热部段、粉碎器和至少一个或多个分离器的多个区域。
10.本发明还指向一种处理赤泥的方法。在一些实施例中，该方法包含，在至少1400℃的温度下净化赤泥以从赤泥中去除烧碱，将赤泥碾碎到预定粒径，以及从赤泥中至少物理地提取铁组分和铝组分。在一些实施例中，该方法包含，加热赤泥以从赤泥中去除烧碱，将赤泥碾碎到预定粒径，以及从赤泥中至少物理地提取铁组分和铝组分，其中，所有的处理在不向赤泥添加化学品的情况下执行。
附图说明
11.图1示出根据本发明的用于处理rm的系统的示意性构造；
12.图2示出根据本发明的处理rm的过程；
13.图3a示出根据本发明的用于处理rm的系统的另一示意性构造；
14.图3b示出图3a的系统的多个壳体的示例性布置；
15.图4a和图4b示出图1和图3的系统中使用的燃烧器的照片；
16.图5a至图5d示出图1和图3的系统中使用的净化器的照片；
17.图5e示出与图1和图3的加热管一起使用的图5a至图5c的净化器的照片；
18.图6a至图6c示出图1和图3的系统中使用的加热管的照片；以及
19.图7示出图1和图3的系统中使用的示例性磁性分离器。
具体实施方式
20.在本发明中，rm的处理包括：将rm加热到非常高的温度(如，高于1200℃，在某些实施例中，高于1400℃)以便净化rm并且去除诸如烧碱的有毒组分的加热过程，将rm粉碎或球
磨成细粉(如，200目)的粉碎过程，以及从rm中提取金属(诸如铁、铝和钛)并且留下无危害的氧化硅聚集体的物理提取过程。加热过程净化rm，以便使先前有毒的rm变成对环境无害且安全。本发明的整个过程在不向rm添加任何化学品的情况下执行，这允许该过程在任何有热量的地方执行，并且避免向已经有毒的材料添加有毒化学品。另外，由于本发明的过程，因为没有向该过程添加化学品，所以无需额外的清洁处理或化学副产物的处置，以便产出无毒、对环境安全的材料。
21.图1示出根据该申请的第一实施例的用于处理rm的示例性系统的示意性构造，图2示出用于使用图1的系统或使用相似系统来处理rm的示例性方法的流程图。如图1所示，系统100包括一个或多个燃烧器102、净化器104、加热管106、粉碎器108、磁性分离器110和旋流分离器112，燃烧器102用于为加热过程提供热量和火焰，在净化器104中净化rm，在加热管106中使用热量进一步处理rm，粉碎器108用于粉碎rm，磁性分离器110用于从处理和粉碎的rm中分离磁性组分，旋流分离器112用于分离出rm中的剩余组分。燃烧器102可以包含使用生物质作为燃料的气化燃烧器、旋流燃烧器、直燃燃烧器、高热释放(htr)燃烧器、电弧炉、感应炉或者基于任何燃料运行并且能够产生至少1200℃(优选地，至少1400℃)的高热量的任何其他类型的燃烧器。在某些实施例中，燃烧器102在管以内包含管，其中，燃料(如，气体)通过内管进送并且被点燃，而外管供应空气，用于增加燃烧器102的燃烧能力。内管可以包括多个开口，用于接收由外管供应的空气。燃烧器102的尺寸可以变化，使得燃烧器可以具有小或大的孔尺寸，可以具有小或大的长度，以便提供将rm加热到高于1400℃的温度所需要的热量。
22.可以在图1的系统中使用的示例性燃烧器102在图4a和图4b中示出，其示出燃烧器/气化器。在图4a中，燃烧器102被关闭，而在图4b中，燃烧器正在运行并且正在产生rm将暴露于其的火焰。系统中使用的示例性燃烧器102可以是eco-star ii燃烧器，该燃烧器是封装的低nox多燃料燃烧器。能够加热到2000c的温度的任何其他燃烧器适合于本发明的系统。此外，燃烧器的尺寸可以依据待处理的rm的量和系统100的尺寸而变化。在某些实施例中，燃烧器102可以是由另一公司，如制造的现有燃烧器，可以定制以用在系统100中。例如，可以从燃烧器移除某些管道，包括出口管道，以使燃烧器更加紧凑并且适配系统的管道。此外，燃烧器102可以定制为需要110v的电源以用于运行，以便限制发电机的尺寸并且允许在世界任何地区中的全球运行。在某些图示实施例中，燃烧器102需要5-7kw发电机以用于运行。例如，上述eco-star ii燃烧器使用三相马达向其供应空气，在一些实施例中，该燃烧器可以修改成用不同、更具成本效益的设备来替换三相马达和对应供气设备，诸如吹叶机、吹叶马达和/或风扇。其他类型的燃烧器可以被相似地定制，以便在110v电源下运行并且更具成本和能源效益。
23.在某些实施例中，燃烧器102产生火焰，使得rm在被加热的同时暴露于火焰。在一些实施例中，多个更小或相同尺寸的燃烧器或火焰源可以沿着净化器104设置，可以用来加设于或代替主要的、较大尺寸的燃烧器。多个较小的燃烧器可以包括但不限于能够加热到2000℃的高温杂草燃烧器(weed burner)。在使用图5a至图5e中示出的净化器104的图示实施例中，如下面描述的，多个燃烧器提供热量并且将火焰引导到净化器104中，而不需要用于净化器104的更大尺寸的燃烧器。
24.用于燃烧器以产生火焰和热量并且将rm加热到1200℃或更高(优选地，上到1400
℃或更高)的燃料包括任何热源，诸如气体、沼气、合成气、生物质、电力、煤、煤粉、微波、处理过的污水颗粒(psp)、用过的油、等离子体、木材处理公司的废品(如，锯末或粉粒)、玉米皮、坚果壳、稻草、木材、农业废物或者这些燃料的组合。
25.净化器104包括螺旋输送器或相似输送器，用于将rm输送到净化器104，沿着净化器104从净化器输送到下一处理阶段，同时rm暴露于来自燃烧器102的高热量。优选地，在使用过滤和/或预热或者任何其他合适的方法将rm干燥到了水分含量少于30％之后，净化器104接收rm。一般，rm使用干式堆叠方式干燥地存储在池子中，因而，rm可以直接从池子供应到系统100的净化器104。在使用螺旋输送器输送rm的同时，将rm加热到非常高的温度并且暴露于由燃烧器102和/或补充燃烧器产生的火焰。本发明的净化器104的示例性构造在图5a至图5e中示出。图5a至图5b示出框架，框架保持由外罩覆盖的螺旋输送器(图5c至图5d中可见)并且包括三个较小的补充燃烧器104a。螺旋输送器由连接在外罩104c的一端104b处的马达(图5c中可见)驱动，外罩104c容纳螺旋输送器并且在rm被输送通过净化器时保持rm。在图5c中，设置在外罩104c中的螺旋输送器104d在没有框架的情况下被示出，外罩104c中的开口露出设置其中的螺旋输送器104d的一部分。图5d示出螺旋输送器104d的示意性绘制，其中外罩的一部分被移除从而露出螺旋输送器104d。图5e示出附接到料斗103的净化器104，料斗103将待处理的rm供应到净化器104，净化器104定位成邻近加热管106，加热管106从净化器104接收净化过的rm。当组装本发明的系统100时，净化器104或其与加热管106流体连接的端部可以被壳体(未示出)包围，从而容纳正在处理的rm。
26.尽管图5a至图5e中的净化器104的图示实施例使用螺旋输送器用于净化器，但是，在其他实施例中，代替螺旋输送器，可以通过重力进送rm通过净化器。在又一些实施例中，旋流可以通过由燃烧器产出的火焰在净化器以内形成，并且旋流可以与螺旋输送器一起使用，或者可以代替螺旋输送器使用。在一些实施例中，流体床系统可以使用于净化rm。另外，净化器的尺寸和规模可以依据现场需要和待处理的rm的量而变化。在一些实施例中，可以使用具有相同或不同构造的多个净化器104，并且这些净化器可以串联或并联地连接。
27.在净化器104中，将rm加热到至少1200℃，优选地，到1400℃。在某些实施例中，将rm加热到1400-2000摄氏度的范围以内的温度。优选地，rm暴露于该温度多达5分钟。将rm暴露于火焰并且将rm加热到1400℃或更高的温度将rm中的氧化硅组分转化成玻璃，并且从rm中消除烧碱。这样，从净化器输出的rm是无危害的，并且是ph中性或者约ph中性。此外，rm暴露于火焰和热量可以还原rm中的部分或全部的铁。
28.通过使用螺旋输送器或相似输送器在搅拌或搅动rm的同时沿着净化器输送rm，全部的rm颗粒均匀地暴露于来自火焰的热量，从而消除或大致消除rm中的烧碱，并且将rm中的氧化硅组分转化成玻璃。此外，将rm暴露于燃烧器102的火焰导致rm的颗粒或晶粒分离，并且确保每个rm颗粒或晶粒暴露于火焰，使得rm的每个颗粒或晶粒达到至少1200℃的所需温度，优选地，在1400-2000℃的范围中。而且，使用螺旋钻或相似输送器允许系统100连续使用以在持续的基础上处理rm，从而允许处理大量的rm。
29.在系统100的某些实施例中，与图4a至图4b中示出的燃烧器相似，燃烧器102包括在其操作期间火焰从中出来的管或输出端口。在这种实施例中，净化器104可以通过延伸燃烧器102的该火焰输出端口并且将螺旋输送器安装在延伸的输出端口内部而形成，延伸的输出端口用作螺旋输送器的外罩。在净化器104的该构造中，rm通过螺旋输送器引入延伸的
输出端口，接近火焰的一端附近，或是在远离火焰的一端处。在任一情况下，延伸的输出端口内的火焰和进来的空气将产生旋流，从而导致供应的rm中的颗粒或晶粒的运动或搅动。这样，rm颗粒或晶粒在它们撞击火焰时分离，并且每个单独的颗粒或晶粒达到至少1200℃的所需温度，优选地，1400-2000℃。
30.在rm在净化器104中进行加热处理之后，将rm输送到加热管106中，以在较低温度下进行第二加热过程。该第二加热过程是煅烧过程。在某些实施例中，rm通过螺旋输送器从净化器104供应到加热管106，在加热管106中rm冷却并且保持在600和1400℃之间的温度。在一些实施例中，加热管106中的温度在800和1500℃之间。该图示实施例中的加热管106包含旋转管式炉或相似的炉。替代地，可以使用水泥煅烧管式炉或任何其他炉作为系统100中的加热管106。在第二加热过程期间，进一步处理rm，从而完成氧化硅到玻璃的转化，如果必要的话，还原rm中的铁和氧化铁，以获得金属铁(fe)和一系列氧化铁。具体地，净化器104和加热管106中的两步加热过程将rm中的铁化合物还原成氧化铁(包括赤铁矿(fe2c3)和磁铁矿(fescri))以及还原成金属铁(fe)。依据正在处理的rm的铁和氧化铁含量，所得的处理过的rm包括金属铁(fe)和不同量的赤铁矿(fe2c3)、针铁矿(feo)和磁铁矿(fescri)。
31.为了确保在第二加热过程期间rm的完全处理以及rm中铁的大量还原，本发明的加热管106包含旋转管式炉或旋转加热炉，在某些实施例中，包括多个翅片或挡板，用于确保rm的彻底处理。示例性加热管106在图6a至图6c中示出。图6a示出加热管106的一部分的照片，图6b至图6c示出加热管的相对开口，图示了设置在管内的翅片结构。如图6b至图6c所示，加热管106包括外表面和内表面，以及沿着管的内表面设置的多个挡板或翅片107。在加热管的图示实施例中，图6b示出加热管106的入口开口，图6c示出加热管106的出口开口。在其他实施例中，这些开口可以颠倒，或者入口和出口开口可以具有相同或大致相同的构造，具有大致相同的翅片及其布置。
32.在一些实施例中，加热管106包括通向加热管的入口的第一部段106a和通向加热管的出口的第二部段106b。第一部段106a和第二部段106b中具有不同的翅片107和不同的翅片布置。如图6b所示，第一部段具有多个肋状翅片107a，多个肋状翅片107a以倾斜螺纹状图案布置在加热管106的内表面上。在朝向加热管106的出口的方向上，紧接着肋状翅片107a，多个v形翅片107b围绕加热管106的内表面设置。v形翅片107b的每一个在一端处附接到加热管106的内表面，而翅片107b的另一端未附接。v形翅片107b在第一部段中围绕内表面的圆周彼此大致均匀地间隔开，这些翅片107b彼此不重叠。翅片107b之间的间距可以变化，并不限于图6b中示出的间距。另外，翅片107b的间距可以沿着第一部段106a的长度变化，从而沿着第一部段106a的长度，在朝向第二部段106b的方向上增加或减小相邻翅片107b之间的间距。此外，v形翅片107b可以沿着第一部段106a的长度以多排设置，其中，相邻排中的翅片107b可以对齐，或者可以相对于彼此偏移。
33.图6c示出加热管106的第二部段106b中的翅片107c的构造和布置。如图所示，在本图示实施例中，部段106b中的每个翅片107c具有v形形状，其中两个板部分相对于彼此成角度。然而，相比于第一部段106a中的v形翅片107b，第二部段106b中的v形翅片107c相对于管106的内表面以不同角度放置。在一些实施例中，每个翅片107c中，一个板部分可以长于另一个板部分，而在其他实施例中，板部分可以具有大致相同的长度。翅片107c围绕管的内表面布置，使得每个翅片的一个板部分附接到管106的内表面或者与管106的内表面联接，而
另一个板部分未附接并且与相邻翅片的附接的板部分略微重叠。虽然本实施例中的相邻翅片彼此略微重叠，但是，在其他实施例中，翅片可以间隔得更远，使得它们彼此不重叠，或者可以间隔得更近，以提供更大的重叠。另外，如可以在图6b中看到的，翅片107c沿着管106的长度以多排布置，其中相邻排以预定距离偏移，例如，翅片宽度的1/3或1/2。
34.翅片的构造及其在管106内的布置促进在管106旋转的同时rm在管内的所需混合和搅动。结果，rm的全部颗粒或晶粒皆暴露于热量并且在管106内被加热处理。通过沿着管的长度改变翅片的布置和构造，rm在管内的搅动和混合被控制，从而相比于管的其他区域，在某些区域内，例如，在第一部段的v形翅片107b的区域内，提供更多的搅动和混合。
35.在操作期间，加热管106旋转并且供应热量，从而将温度维持成高于600℃，或者在预定温度范围以内，例如，600-1400℃或800-1500℃或600-1500℃。加热管106内的温度可以手动或使用热电偶自动控制，以感测加热管106内的温度。当rm颗粒撞击翅片107a和加热管106的内侧壁时，供应到加热管106的rm从1200℃或更高的温度冷却到600-1500
°
。另外，进气连同输入的rm和加热管106的旋转一起在加热管106内生成旋流或气体运动，使得rm颗粒或晶粒暴露于热量并且rm中的全部或大致全部的铁被还原。尽管图中未示出，但是，在某些实施例中，燃烧器(诸如图4a至图4b中示出的燃烧器)可以与加热管106一起使用，以便生成旋流并且促进颗粒在管106内的运动。
36.在图6a至图6c中示出的加热管106的图示示例中，加热管106的长度为90英尺，直径为8-10英尺，并且包括具有多个翅片的两个部段，多个翅片具有不同布置。在其他实施例中，翅片可以具有相同的形状并且可以以相同的方式布置在整个加热管中，或者翅片可以具有相同的形状并且在两个以上部段之间不同地布置。可以在加热管中设置带有相同或不同布置的翅片或者没有任何翅片的附加部段。在其他实施例中，依据系统的布置和需要、周围环境和现场的需要，加热管的长度可以变化成更短或更长。加热管的直径也可以不同，特别地，依据正在处理的rm的量。在某些实施例中，加热管106的长度为40-50英尺，加热管106的直径为8-10英尺。此外，图6a至图6c中示出的翅片可以在一些加热管中或者在加热管的一些部分中被省略，并且在一些实施例中，可以使用其他混合或搅拌技术。在一些实施例中，可以使用多个加热管并且可以并联或串联地布置，加热管可以具有相同或不同的构造。例如，具有大致相同构造的多个加热管106可以并联地布置并且可以使用相同的马达或使用分离的马达来旋转，以便为处理rm有成本效益地提供更高的能力。而且，尽管图1和图6a至图6c示出加热管106水平布置，但是，在其他实施例中，加热管106可以竖直布置，只要加热管可以将rm加热到需要的温度即可。
37.尽管图1中未示出，但是，净化器104和/或加热管106中的温度可以由控制器控制，控制器编程为接收关于净化器104和/或加热管106中感测到的温度的信息，并且基于接收到的信息，调节一个或多个燃烧器102和/或加热管106，以供应更多或更少的热量。控制器可以包括用于执行上面的控制功能的一个或多个处理器或电路。
38.净化器104和加热管106中的加热处理以后，处理过的rm包括磁性氧化铁(fe2o3、feo和fesoq)，一些磁性铁(fe)以及带有痕量的其他氧化物的非磁性铝、钛和硅氧化物的混合物。处理过的rm使用x射线衍射分析，以确定其组分。表1和表2示出对处理过的rm样品rm1和rm2的该分析的结果。
39.表1-样品rm1
40.化合物名称化学式晶系s-q霞石(钠交换)na6.65al6.24si9.76o32六方34.5％磁铁矿，合成fe3o4立方15.6％铁尖晶石，合成feal2o4立方12.8％针铁矿，合成feo(oh)正交9.1％矾土|氧化铝al2o3 8.0％方铁矿，合成feo立方7.9％氧化铝al2o3单斜6.4％石英sio2六方5.7％
41.表2-样品rm2
42.化合物名称化学式晶系s-q钙霞石，合成na8(al6si6o24)(oh)2.04(h2o)2.66六方24.4％赤铁矿fe2o3菱方右轴20.7％斜铁辉石，合成fesio3单斜14.6％锐钛矿，合成tio2四方12.9％石英sio2六方11.8％软水铝石，合成alo(oh)正交8.4％三水铝石al(oh)3单斜7.1％
43.尽管图1示出其中燃烧器102和净化器104用于第一加热阶段并且加热管106用于第二加热阶段的系统，但是，在其他实施例中，可以在执行使用燃烧器102和净化器104的第一加热阶段以前执行使用加热管106的第二加热阶段。在另外的其他实施例中，第二加热阶段可以包括多个煅烧阶段，其使用与上述加热管相似的分离加热管执行，或者使用配置成包括多个阶段处理的同一加热管执行。在进一步的实施例中，可以组合两个加热阶段，使得执行单个加热阶段。在这种实施例中，rm加热到至少1200℃，优选地，到1400-2000℃，并且在被输送通过旋转的加热管106的同时暴露于燃烧器102的一种以上火焰，从而促进rm的彻底处理，以去除有毒组分(诸如烧碱)，将氧化硅组分转化成玻璃，并且将铁组分还原成金属铁(fe)和一系列氧化铁。在这种实施例中，可以省略螺旋输送器，或者可以在加热管106内使用螺旋输送器，以将rm输送到加热管106和/或将rm输送通过加热管106的至少一部分。
44.另外，在一些实施例中，燃烧器102和净化器104和/或加热管106可以布置在下面更加详细描述的粉碎器108之后。然而，在图1的图示实施例中，粉碎器108布置在加热管106之后，使得粉碎器108接收处理过的、无危害的rm。粉碎器108可以包括使用钢或任何其他合适的球的球磨机，或者适合于碾磨或碾碎干粉的任何其他类型的粉碎设备。在本实施例中，处理过的rm可以在供应到粉碎器108之前使用热交换器、大气或任何其他合适的冷却手段来冷却，诸如在水或其他冷却液中冷激(quenching)。在某些实施例中，热量可以在冷却过程期间从处理过的rm回收，并且内部用于加热供应到系统的rm或者外部用于其他目的，例如，加热水。
45.由粉碎器108接收时，冷却的处理过的rm被碾磨成200目粒径或更小。碾磨处理过的rm将铁和氧化铁的颗粒与在加热过程期间未还原的其他金属氧化物分离。这样，碾磨的处理过的rm粉末可以在干燥状态下物理分离成其组分。示例性粉碎器108在图7中示出，为
球磨粉碎器。
46.处理过的rm在粉碎器108中碾磨之后，rm接收在磁性分离器110中，用于磁性分离在处理期间产出的铁和氧化铁。具体地，现有的磁性分离机械可以用以从处理过的rm中提取磁性材料，包括铁和氧化铁。在一些实施例中，依据设定在磁性分离器110中的磁场的强度，除了铁和氧化铁之外，还可以磁性提取氧化钛。这种氧化钛的磁性提取可以在磁性分离铁和氧化铁之后执行，作为分离的磁性分离阶段。在某些实施例中，可以使用用于分离铁和氧化铁及/或用于分离氧化钛的多个磁性分离器110，这些分离器可以并联或串联地连接。铁和氧化铁的磁性分离提取存在于处理过的rm中的多于90％的铁/氧化铁，特别地，大约96％到100％的铁/氧化铁含量。此外，磁性分离可以得到含有浓缩氧化铁的优质产物，该产物容易且经济地直接用于电弧炉中的钢铁生产以及其他用途。
47.从处理过的rm粉末中磁性提取磁性组分(铁、氧化铁以及一些实施例中的氧化钛)之后，将剩余的rm提供到旋流分离器112，用于基于其重量分离rm中剩余的非磁性组分，包括铝和氧化钛。旋流分离器112使用重力分离，以便从主要包括氧化硅组分的最终残余物中分离出氧化铝和氧化钛。在一些实施例中，旋流分离器112是水力旋流器，而在其他实施例中，旋流分离器是另一类型的涡流或重力分离器，包括但不限于常规夹具、挤压水闸、螺旋器、离心夹具、振动台、漂浮装置等。在某些实施例中，多个旋流分离器或重力分离器可以并联或串联地使用，以便增加能力和/或完成分离。
48.使用旋流分离器112的重力分离造成氧化铝和氧化钛与经过磁性分离的rm分离，留下包括氧化硅组分和其他微量元素的氧化硅残余物。该氧化硅残留物可以用在建筑和砖块、混凝土或水泥制造中。
49.如上面论述的，图1的系统100能够处理rm，以使之对环境无危害并且高效地再利用有价值的rm组分而不向rm添加化学品。使用图1的系统或任何其他合适的系统处理rm的方法在图2中示出。
50.如图2所示，该过程包括将rm加热到1200℃或更高(优选地，到1400℃或更高)的净化步骤s201，以便净化rm，从而去除有毒组分(诸如烧碱)以及将氧化硅转化成玻璃。净化步骤s201可以使用图1中的系统的燃烧器102和净化器104来执行。
51.步骤s201中的净化过程之后，然后rm在煅烧步骤s202中被进一步加热处理，其中将rm加热到600℃以上，优选地，到600-1500℃或600-1400℃或800-1500℃温度范围。在煅烧步骤s202期间，rm的铁组分被还原，从而产出金属铁(fe)和各种氧化铁，如上面论述的。煅烧步骤s202可以在图1的系统的加热管106中执行。
52.在步骤s202中煅烧rm后，在碾磨步骤s203中，将处理过的rm粉碎或碾磨成大约200目的细粉，优选地，200目或更小。碾磨步骤s203可以使用图1的系统的粉碎器108来执行。
53.尽管图2示出，首先执行净化步骤s201，然后是煅烧步骤s202，然后是碾磨步骤s203，但是，在其他实施例中，煅烧步骤s202可以在净化步骤s201之前执行，在另外的其他实施例中，碾磨步骤s203可以在净化步骤s201和煅烧步骤s202中的一个或多个之前执行。步骤s201-s203的顺序可以依据处理的需求、使用的设备和rm的条件而变化。依据正在执行的步骤s201-s203的顺序，图1中系统组件的布置可以相似地改变。执行步骤s201-s203之后，所得的处理过的rm包括无毒、对环境无危害的细粉，包括铁、氧化铁、氧化铝、氧化钛、石英和/或氧化硅化合物，如上面参照图1论述的。
54.在磁性分离步骤s204中，该处理过的rm进行铁和氧化铁的磁性分离，从而输出铁和氧化铁材料。在磁性分离步骤s204中回收的铁和氧化铁可以压缩成砖块或团块，然后可以直接使用于电弧炉中的钢铁生产。磁性分离步骤可以使用图1的系统中的磁性分离器110来执行。
55.尽管图2中未示出，但是，在某些实施例中，磁性分离步骤s204可以进一步包括使用高强度磁场的第二磁性分离过程，从而从处理过的rm中去除氧化钛。该第二磁性分离步骤可以在从处理过的rm中磁性提取铁和氧化铁之后执行，或者在下面描述的步骤s205中从rm中去除铝之后执行。第二磁性分离步骤可以使用带有更高强度设置的、用于分离铁和氧化铁的同一磁性分离器来执行，或者可以在分离的磁性分离器中执行。
56.分离铁和氧化铁的磁性分离步骤s204之后，在步骤s205中，剩余的rm使用重力分离进行物理分离，以分离铝、氧化硅和钛。如上面论述的，铝、钛和其他金属组分可以使用旋流分离器或其他类型的重力分离器而基于重量被分离出。图1的旋流分离器112可以用于执行步骤s205。物理分离步骤可以分离出氧化铝颗粒以及分离的氧化钛颗粒。替代地，物理分离步骤s205可以分离出氧化铝和氧化钛颗粒，留下带有微量组分的氧化硅聚集体，此后分离过的铝和氧化钛经受高强度磁性分离，以提取氧化钛。
57.通过物理分离步骤s205或通过物理分离步骤s205和高强度磁性分离的组合产出的氧化硅聚集体可以再用于其他用途，诸如建筑用途。在一些实施例中，氧化硅聚集体可以进一步处理，从而回收其中含有的微量元素，诸如钒锰和铬。
58.图2的方法可以使用图1中示出的系统或使用图3a至图3b中示出的修改过的系统300来执行。图3a至图3b的系统300包括与图1的系统相似或大致相同的组件。具体地，图3a中示出的图示性系统300包括一个或多个燃烧器302，将热量和/或火焰提供到净化器304、加热管306、粉碎器308、磁性分离器310和旋流分离器312中。如图1的系统中，图示净化器304包括螺旋输送器和一个或多个燃烧器302，螺旋输送器用于沿着净化器304输送rm，一个或多个燃烧器302提供热量并且可以将火焰喷射到净化器中，从而将rm加热到至少1200℃，优选地，到至少1400℃，或者在1400-2000℃的温度范围内。然后净化过的rm输送到加热管306，加热管306可以包含旋转式管式炉等等并且包括多个翅片307，如上面参照图1、图6a至图6c描述的，并且加热管306旋转，同时将rm加热到或者将rm维持在600-1500℃，如上面描述的，或者在600-1400℃或800-1500℃的范围内。如图1的实施例中，净化器304和加热管306中的温度可以使用热电偶或其他合适的温度传感器来感测，并且可以手动或自动控制。尽管图3a中未示出，但是，净化器304和/或加热管306中的温度可以由控制器控制，控制器编程为接收关于净化器304和/或加热管306中感测到的温度的信息，并且基于接收到的信息，调节一个或多个燃烧器302和/或加热管306，以供应更多或更少的热量。控制器可以包括用于执行上面的控制的一个或多个处理器或电路。
59.如图3a所示，离开加热管306的处理过的rm被冷却，这可以使用热交换器或相似装置在加热管306之后的冷却部段中完成，此后，输送到粉碎器308，粉碎器308将rm碾碎、粉碎或碾磨成粒径在大约200目或更小的细粉。然后，细小的rm粉末输送到磁性分离器310，以从rm中磁性提取铁和氧化铁，然后，输送到旋流分离器312，以使用重力分离从氧化硅聚集体中物理分离铝和钛。如上面参照图1和图2论述的，氧化钛可以在铝化合物与rm物理分离之后或者之前使用高强度磁性分离来分离。还如上面论述的，氧化硅聚集体可以进一步处理
和/或用于其他目的，诸如建筑和水泥或混凝土生产。
60.如图3a所示，系统300组件的至少一些被壳体301包围或部分包围，壳体可以是管或旋转管或旋转管式炉的形式。在某些实施例中，燃烧器302、净化器304、加热管306、粉碎器、磁性分离器310和/或旋流分离器312具有与图1的系统100的对应组件大致相同的构造，这些组件定位在或部分在壳体301内。
61.在其他实施例中，壳体301形成多个部段，多个部段的每一个对应于图3中示出的组件302-312的一些或全部，使得相应组件302-312的每个操作皆并入壳体301内。例如，在一些实施例中，壳体301包含具有多个部段的旋转管，多个部件具有：第一部段，对应于净化部段304并且包括一个或多个燃烧器302，可以被包围、部分包围在壳体301中或者定位在壳体301外部；煅烧部段306，其包括多个翅片307，并且在一些情况下包括一个或多个加热源(例如，另外的燃烧器)；粉碎部段308，其包括粉碎或碾碎设备，诸如多个钢制碾磨球；磁性分离部段310，其包括一个或多个磁体，用于产生磁场，从而从处理过的rm粉末中分离铁和氧化铁；重力物理分离部段312，其使用重力分离剩余组分。在一些实施例中，壳体301进一步包括在净化部段304之后和/或在煅烧部段306之后的一个或多个冷却部段。替代地，在处理过的rm被粉碎或碾磨的同时，粉碎部段306可以用作冷却部段。这种冷却部段可以包括一个或多个热交换器或其他冷却设备。在图1和图3的系统的一些实施例中，壳体301中的加热管106/306或煅烧部段306可以包括多个管或多个煅烧阶段。
62.在图3的系统的一些图示实施例中，壳体301包含旋转管，并且包括旋流燃烧器302或任何其他合适的燃烧器，以向前两个部段(即，净化部段304和煅烧部段306)提供热量和/或火焰，从而从rm中去除有毒材料，诸如烧碱，并且还原rm中的铁和氧化铁化合物。旋流燃烧器302可以设置在旋转管壳体301的进口处，如图3中示出的，或者，可以沿着第一部段和/或第二部段的长度包括一个或多个燃烧器，加设于旋流燃烧器302或者代替旋流燃烧器。rm可以使用螺旋输送器或任何其他合适的输送器来供应到旋转管壳体的第一部段。这些实施例中的旋转管壳体301还包括在第一部段和第二部段之后的第三部段，即，冷却和粉碎部段308，用于冷却处理过的rm，并且使用金属碾磨球或其他合适的粉碎设备，将rm粉碎成具有大约200目或更小的粒径的细粉。在第三部段之后，第四部段(即，磁性分离器310)从rm粉末中提取磁性组分，包括铁和氧化铁。第五部段(即，旋流分离器312)还可以设置在旋转管壳体301中，用于从剩余的氧化硅聚集体中分离rm中的其他组分，诸如铝和/或钛组分。在一些实施例中，旋流分离器312可以设置在旋转管壳体301的外部，并且将在rm在第四部段中经受磁性分离之后接收rm。尽管在上述实施例中，rm在提取过程之前首先使用热量处理，此后粉碎或碾磨，但是，在其他实施例中，rm可以在加热过程之前或者在两个加热过程之间被粉碎或碾磨。另外，尽管图3a的实施例中的净化器/净化部段304前置于加热管/煅烧部段306，但是，在其他实施例中，净化器/净化部段304和加热管/煅烧部段306的顺序可以颠倒。另外，在其他实施例中，净化器/净化部分304可以与加热管/煅烧部段306组合在一起，从而仅包括一个加热部段。
63.在某些实施例中，使用具有上述架构的多个旋转管壳体301，如图3b所示。多个旋转管壳体301可以使用一个或多个马达驱动，并且在一些实施例中，仅使用一个马达，以便驱动全部的壳体301的旋转。通过使用多个旋转管壳体301，更多量的rm可以以较低的成本同步地处理。
64.使用旋转管壳体301允许在同一管内执行rm处理的多个步骤。如上面描述的，管壳体包括加热区域、冷却粉碎区域和分离区域，加热区域接收rm并且在产生旋流的同时加热rm，以便处理rm，以去除有毒组分并且还原铁和氧化铁，冷却粉碎区域冷却处理过的rm并且使用球磨或任何其他合适的粉碎、碾碎或碾磨技术粉碎rm，分离区域使用磁性分离从处理过的rm中分离铁和氧化铁，并且可以包括另外的物理分离，用于使用重力分离从氧化硅聚集体中分离铝和/或钛组分。
65.处理rm的系统及方法的上述实施例能够在连续的基础上处理大量的rm，从而将来自存储池的有毒且有危害的rm转化成无危害且有用的组分。上述实施例使用热量以用于处理rm以及物理分离，包括磁性和重力分离，用于分离rm的不同组分，而不添加任何化学品或添加剂。因此，不必进一步清洁rm或其组分，提取的组分可以用于不同目的。例如，从处理过的rm中磁性提取的铁和氧化铁组分特别适合于用在电弧炉制备钢时以及潜在性地用在制作钢板的过程中。另外，通过重力分离回收的氧化铝可以返回到拜耳工艺或者用于其他目的。另外，剩余的氧化硅聚集体对环境无危害，可以用于建筑以及用于混凝土和水泥生产。
66.在所有情况下，要了解，上述布置只是图示代表本发明应用的许多可能的具体实施例。将理解，上面公开的以及其他特征和功能的几个或其替代物可以合意地组合成许多其他不同的系统或应用。本领域技术人员随后可以在其中做出各种目前未预见或未预料到的替代、修改、变型或改进，这也意在被后面的权利要求书涵盖。