基于高溫焙燒條件下赤泥還原和磁選實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、赤泥是從鋁土礦中提取出來氧化鋁之后的剩余廢棄物。目前,全世界的氧化鋁工業(yè)每年產(chǎn)生的赤泥總量超過7000萬噸。赤泥具有顆粒小、堿性強(qiáng)的特點(diǎn),由于缺乏通用的、公認(rèn)的、成熟的赤泥綜合利用技術(shù),目前絕大部分赤泥只能以筑壩堆積的形式處理,這種處理方式極易造成赤泥泄漏或者潰壩等安全事故,也會帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。由于赤泥中含有氧化鐵、氧化硅、氧化鈣、氧化鋁等有用礦物,赤泥堆積不僅消耗了大量的土地和維護(hù)費(fèi)用,而且造成了資源的浪費(fèi)。
　　本研究旨在

2、提選赤泥中的鐵礦物。本文以山東茌平的拜耳法赤泥和焦作鋁業(yè)的燒結(jié)法赤泥為研究對象,分別分析了山東赤泥和焦作赤泥的基本性質(zhì),在此基礎(chǔ)上對赤泥樣品進(jìn)行了破碎和篩分處理,并選取了赤泥中120-140目,140-160目,160-200目的粒度級進(jìn)行了高溫焙燒直接還原實(shí)驗(yàn)和磁選實(shí)驗(yàn),并以此工藝提選赤泥中的鐵礦物。本文重點(diǎn)研究了兩種赤泥的高溫焙燒直接還原實(shí)驗(yàn),山東赤泥采用的是以CO和H2O混合氣體為還原劑的赤泥氣基高溫直接還原實(shí)驗(yàn),焦作赤泥采用的是

3、以煤中固定碳為還原劑的赤泥固基高溫直接還原實(shí)驗(yàn),并分別進(jìn)行了赤泥的磁選實(shí)驗(yàn)提純赤泥中的鐵礦物,通過還原和磁選實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了赤泥中鐵礦物與其他礦物的分離。對赤泥的高溫直接還原過程進(jìn)行了熱力學(xué)分析,指出了赤泥高溫直接還原的實(shí)質(zhì),并綜合運(yùn)用XRD分析、Raman分析、SEM和EDS分析等方法表征了赤泥還原和磁選過程中的產(chǎn)物性質(zhì),揭示了赤泥高溫直接還原的機(jī)理,為磁選提純赤泥中鐵礦物提供了理論指導(dǎo)。
　　(1)運(yùn)用了X熒光光譜法、化學(xué)滴定法、X

4、RD、Raman等方法分析了山東赤泥和焦作赤泥的化學(xué)組成、粒度分布、礦物組成等,指出了赤泥中鐵礦物的類型和存在狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明:山東赤泥中全鐵(TFe)含量高達(dá)23.57％,主要的鐵礦物是磁赤鐵礦(γ-Fe2O3)、赤鐵礦(α-Fe2O3)和褐鐵礦,是理想的還原原料。焦作赤泥中鐵元素含量僅為6.44%,鐵的氧化物為赤鐵礦(α-Fe2O3)、纖鐵礦(γ-FeO(OH))和少量的磁赤鐵礦(γ-Fe2O3),主要是以磁性比較弱的赤鐵礦和纖鐵礦的

5、形式存在。
　　(2)山東赤泥氣基高溫焙燒直接還原實(shí)驗(yàn)表明,溫度是影響赤泥直接還原的主要因素,隨著溫度的升高,還原產(chǎn)品的磁選效果明顯提高。分別在850℃、950℃和1050℃條件下對山東赤泥進(jìn)行高溫焙燒,通入的還原氣體的速率為0.7 m3/min,焙燒時間為90min。實(shí)驗(yàn)表明,1050℃的時候,120-140目粒度級的鐵的回收率達(dá)到99.23%,140-160目粒度級的鐵回收率達(dá)到97.05%,140-200目粒度級的鐵的回收率

6、達(dá)到99.53%。XRD技術(shù)和 Raman分析表明,高溫焙燒條件下,赤泥中的Fe2O3轉(zhuǎn)化成了 Fe3O4,并被磁選出來成為了鐵精礦。燒結(jié)溫度的提高,有利于獲得較高的鐵回收率和鐵礦質(zhì)量。
　　(3)焦作赤泥固基高溫焙燒直接還原實(shí)驗(yàn)表明,焙燒溫度、焙燒時間和摻炭量都是影響赤泥直接還原的重要因素。通過正交試驗(yàn)表明,焦作赤泥的最佳直接還原實(shí)驗(yàn)條件為:還原溫度為1050℃,還原時間為30min,摻炭量為9%
　　(4)赤泥的直接還原

7、行為研究表明,對于焦作赤泥的固基還原反應(yīng),其反應(yīng)需要的溫度比較高(T>771℃~873℃),其反應(yīng)實(shí)質(zhì)是赤泥中鐵的氧化物在高溫和還原劑的作用下被還原為金屬鐵Fe和磁鐵礦(Fe3O4)的過程。赤泥在高溫還原過程中,鐵的氧化物還原生成了鐵橄欖石(FeSiO4)和鐵尖晶石(FeAl2O4)等中間低熔點(diǎn)產(chǎn)物,這些低熔點(diǎn)物的存在阻礙了還原反應(yīng)的進(jìn)行,不利于Fe相的生成。對于氣基反應(yīng),其反應(yīng)所需要溫度較低(T<1000℃),固基還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是赤鐵