赤泥在钢铁工业中的应用

1、摘要赤泥是氧化铝生产过程中排放的固体废渣，生产一吨原铝约需1.9吨氧化铝粉，每生产一吨氧化铝粉约产出1.5-2.0t赤泥。由于大量的赤泥未得到充分的利用，堆放处理，长期占用大量土地，造成土地碱化，地下水受到污染。随着赤泥产出量日益增加和人们环境保护意识的不断提高，多渠道地利用和改善赤泥，减少赤泥对人类生产、生活的影响，是当前工业废弃物利用研究的一个热点。本文主要介绍了中铝广西平果拜耳赤泥的化学、矿物组成；通过分析煤粉用量、焙烧还原时间、还原焙烧温度、焙烧还原后样品的磨矿细度、磁选场强对赤泥焙烧还原磁选产品的精矿品位和铁回收率的影响，确定了焙烧还原-磁选选铁工艺的最佳参数。关键词：赤泥、焙烧还原

2、、磁选ABSTRACTRed mud is an solid residue discharged form the production process alumina.Pr- oducing a ton of aluminium need about 1.9 tons per ton,alumina production of alumina about output 1.5-2.0 t red mud.Because a lot of red mud not be fully utilized, pile up proo- essing,long-term occupied land,

3、a land alkalify, groundwater caused by pollution.Along with the red mud hen n increase and the people environmental protection consciousness unceasing enhancement,multi-channel use and improve the red mud,reduce red mud on the influence of human life and production, is the current industrial wastes

4、a hot spot of research.This article mainly introduced the al Guang Xi Ping Guo bayer red mud chemical, mineral composition;Analyzed the pulverized coal consumption reduction time,baking temperature,baking,reduction roasting grinding of samples reduced fineness,magnetic separation of red mud reductio

5、n roasting field magnetic iron ore concentrate of products the influence of taste and recovery; Study the reduction roasting the best choose iron craft parameter and Guang Xi Ping Guo bayer red mud reduction roasting choose iron to iron ore grade (TFe % = 58) above,iron recovery than 85% of feasibil

6、ity.KEY WORDS:Red Mud,Roasting reduction,magnetic beneficiation目录1 文献综述41.1赤泥的产生41.1.1拜耳法赤泥的产生41.1.2拜耳法赤泥的基本性质61.2赤泥的综合回收61.2.1铁的回收61.2.2钪的回收71.2.3钛的回收71.2.4碱的回收81.3赤泥的综合利用81.3.1建筑材料81.3.2环境修复91.3.3硅钙复合肥91.3.4塑料填料91.3本试验的目的、意义和内容92 试验原料、主要设备及试验方法102.2.试验主体设备122.3试验原理122.4试验方法133 赤泥还原焙烧-磁选试验143.1煤粉用量

7、试验143.1.1试验条件143.1.2试验结果与分析143.2还原焙烧时间试验153.2.1试验条件153.2.2试验结果与分析153.3还原焙烧温度试验163.3.1试验条件163.3.2试验结果与分析163.4磨矿时间试验163.4.1试验条件163.4.2试验结果与分析173.5磁选场强试验183.5.1试验条件183.5.2试验结果与分析184 赤泥焙烧还原后的X射线衍射仪分析和能谱分析194.1X射线衍射仪分析结果194.2微观形貌及能谱分析结果205 结论21参考文献22致谢231 文献综述1.1赤泥的产生氧化铝生产方法大致可分为四类1，即碱法、酸法、酸碱联合法和热法。目前用于生

8、产的几乎均属于碱法。碱法生产氧化铝又可分为拜耳法、烧结法和拜耳-烧结联合法等多种流程。碱法生产氧化铝2，就是用碱(Na2C03或NaOH)处理铝土矿，使矿石中的氧化铝与碱反应制成铝酸钠溶液，矿石中的铁、钛等杂质和绝大部分的二氧化硅则成为不溶性的化合物进入固体残渣(赤泥)中，与赤泥分离后的铝酸钠溶液，经净化处理后，可以分解、析出氢氧化铝，将氢氧化铝与碱液分离并经过洗涤和焙烧后，即获得产品氧化铝。分离后的赤泥经过多次反向洗涤后作为固体废物送往堆场。根据氧化铝生产工艺的不同，赤泥可分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥两种。1.1.1拜耳法赤泥的产生拜耳法生产氧化铝的基本原理基于拜耳的两项专利发明:1、铝酸钠溶

9、液在低温下添加Al(OH)3作晶种，不断地搅拌，溶液中的A1203就以Al(OH)33H2O析出，同时获得Na2OA12O3摩尔比高的母液。2、所得分解母液经过浓缩在高温条件下溶出铝土矿，使A1203溶解得铝酸钠溶液。交替上述两个过程，即构成拜耳法循环，每循环一次就得到一批产品。拜耳法的实质就是下一反应在不同条件下的交替进行：Al(OH)3nH2O+2NaOH+aq=2NaAl(OH)4+aq （4-1）铝土矿高温溶出后得到矿浆，经稀释分离后得到铝酸钠溶液和赤泥，铝酸钠溶液进入下一道工序进行分解，赤泥则经过洗涤后排往堆场堆存。拜耳法流程简单，操作方便，产品质量好，能耗低，成本低，远比其它方法优

10、越。拜耳法生产氧化铝的工艺流程如图1-1所示。铝土矿石灰乳氢氧化铝氧化铝热水溶出矿浆氢氧化铝浆液粘液破碎湿磨溶出沉淀分离洗涤过滤晶种分离赤泥洗涤煅烧分离蒸发石灰赤泥浆粗液晶种氢氧化铝蒸发母液沉降分离稀释矿浆稀释洗液母液洗涤堆场赤泥Na2CO3H2O结晶苛化溶解补充苛性碱图1-1 拜耳法生产氧化铝基本流程31.1.2拜耳法赤泥的基本性质 赤泥的成分、性质、物相因铝土矿产地和氧化铝生产方法的不同而有所差异。一般情况下拜耳法赤泥中氧化铁、氧化铝、碱金属含量较高，其主要成分是：Na2OA12O32SiO2nH2O，3CaOA12O34SiO2，CaOA12O32SiO2nH2O。拜耳赤泥主要物相组成见

11、表1-1。赤泥的pH值很高，其中：浸出液的pH值为12.113.0，氟化物含量为11.5mg/L26.7mg/L；赤泥的pH值为10.2911.83，氟化物含量4.89mg/L8.6mg/L。按GB5058085有色金属工业固体废物污染控制标准，因赤泥的pH值小于12.5，氟化物含量小于50mg/L，故赤泥属于一般固体废渣。但赤泥附液pH值大于12.5，氟化物含量大于50mg/L，污水综合排放划分为超标废水。因此，赤泥属于有害废渣（强碱性土）。赤泥的化学特性主要包括阳离子交换量和比表面积两项指标。赤泥阳离子交换量总体上偏高，数值变幅大，最大交换量为578.lme/kg，最小为207.9me/k

12、g，多数为250me/kg300me/kg；其值高于膨胀土和高岭土，低于伊利土和蒙特土，说明赤泥的交换量不稳定。赤泥比表面积（比表面积大小反映粘土矿物的分散程度和矿物晶格构造）偏高，最大值为186.9m2/g，最小值为64.09m2/g，大小相差悬殊，且变化幅度大，说明赤泥的矿物分散度和晶格构造差异性显著3。表1-1 国内氧化铝厂拜耳法赤泥的物相组成拜耳法物相一水硬铝石水化石榴石钙霞石钙钛矿伊利石含量（%）2.0046.1012.3013.602.001.2赤泥的综合回收1.2.1铁的回收 美国矿物局4研究了将赤泥、石灰石、碳酸钠与煤混合，磨碎后在8001000条件下进行还原性烧结，烧结块粉碎

13、后用水溶出，铝有89%被溶出，过滤后滤液返回拜耳法系统回收铝，溶渣用高强度磁选机分选，磁性部分在1480进行还原熔炼产出生铁，非磁性部分用硫酸溶解其中的钛，过滤后钛的硫酸盐经水解、燃烧制得TiO2。该工艺经小型试验、半工业试验，可制得含Fe为90%94%、C为1%4.5%的生铁，按磁性部分铁含量计算，铁回收率达到95%，所生成的TiO2纯度为80%89%，钛在非磁性部分中的回收率为73%79%，该工艺存在的主要问题是能耗大，铁的磁选效率低。Xiang Qin Fang，Schlesinger Mark E.等5也报道了一种从赤泥中低温还原-磁选分离铁工艺，研究认为：在还原过程中，用煤、炭、锯木

14、屑、干蔗渣作固相还原介质，还原温度可降低到350，还原后的赤泥经磁选同样较好地回收了铁。匈牙利托拉斯工程和发展中心5及土耳其的E.Ercagt等7进行过电弧熔炼赤泥和炉渣湿法冶炼试验研究。其工艺过程包括赤泥焙烧预处理、电弧炉熔炼得炼钢生铁和炉渣，其中匈牙利产出的生铁平均成分为 (W%)：Si 0.30.6；Ti 0.20.7；Mn 0.35.0；V 0.30.4；C 4.25.0；P0.3；S0.01。产出的生铁是一种介于铸造生铁和制钢生铁之间的特种生铁，可用于生产合金钢和冷硬铸件。以上两种工艺主要缺点是未对其它有价金属进行综合回收。前南斯拉夫8对赤泥中各元素综合回收方面进行了系统研究，所提出

15、的综合回收工艺流程包括赤泥造块：干燥后的赤泥经烧结、压团后，在混料机内与焦炭和石灰石混合或者原料直接混合后再造块；还原熔炼：在电弧炉或高频炉中进行，为降低反应熔点，在还原过程中加入白云石或石灰石以获得适当粘度的炉渣，赤泥中的A12O3、TiO2、ZrO2、ThO2进入炉渣。Ni、Mo、Nb、V和Cr则大部分被还原进入生铁，少量的TiO2也被还原。所得炉渣成分大致为(%)：FeO 1.573.47、TiO2 8.0710.30、A12O3 1.234.7、SiO2 8.516.77、CaO 31.2740.10、MgO 7.9411.19，生铁杂质含量则与匈牙利方法相当。 黄柱成等9从热力学和动

16、力学角度对广西三水铝土矿拜尔法赤泥还原焙烧机理进行了分析和探讨。研究表明，在11501250左右进行还原焙烧，完成晶体结构重整，可使细粒分布的铁铝分离。但是，该工艺较复杂且能耗大。1.2.2钪的回收 钪是一种典型的稀散金属元素，目前自然界中发现的独立钪矿物资源很少，而我国铝土矿中氧化钪含量约为40200 g/t主要富集于赤泥中10。回收处理铝土矿等的尾矿或废渣中的伴生钪成为工业上获得钪的主要途径。赤泥中的钪不是离子吸附型，也不存在于新形成的铝硅酸盐矿物相中，主要以类质同象形式存在于铝土矿及其副矿物，如金红石、钛铁矿、锐钛矿、锆英石和独居石等矿物的晶格中11。目前，从赤泥中回收钪的主要方法有12

17、：还原熔炼法处理赤泥、硫酸化焙烧处理赤泥、废酸洗液浸出处理赤泥、用碳酸钠溶液浸取、直接用浓度50%的硫酸浸出、用浓盐酸浸取。1.2.3钛的回收TiO2是涂料、造纸、皮革、纺织、制药工业中非常重要且不可替代的原料。目前,从赤泥中提取稀土元素的主要工艺13是采用酸浸-提取工艺,酸浸包括盐酸浸出、硫酸浸出和硝酸浸出等。姜平国14等通过研究表明：一次盐酸浸出，终点pH值为3时，脱钙率达到80%；二次硫酸浸出时，在硫酸浓度6mol/L、浸出温度8095、浸出时间3h、搅拌速度100r/min的条件下，钛的浸出率在80%以上。Mishra.B，Staley.A.等15、16对赤泥还原炼铁一炉渣浸出工艺作了

18、进一步研究，赤泥中的铁采用碳热还原，铁的金属化率超过94%，进一步熔化可制得生铁，TiO2在熔化炉渣中得到有效富集，经酸浸出后可从溶液中回收，已计划工业规模生产回收TiO2。该工艺存在着能耗高、步骤较复杂等问题。印度Bharat铝业公司的Maitral17利用本公司的拜耳法赤泥，进行成分分析，其赤泥中含有15%18%的TiO2。采取如下措施对TiO2进行了回收试验。其一定量的赤泥于两倍的自来水混合搅拌，借助絮凝剂进行沉降。之后将洗涤过的赤泥与HCl缓慢反应，直至泥浆中和，在9095时调整pH值为4。再用絮凝剂沉降，干燥沉降的赤泥，继续在加热的条件下用浓HCl处理，经反应泥浆变为灰色，洗涤使泥浆

19、与溶液分离，此时泥浆内为以SiO2和TiO2为主，热的浓硫酸使得二氧化钛转化为它的硫酸盐，之后将所得含有硫酸钛的硫酸溶液进行水解，得到白色的TiO22H2O沉淀。使用此法可以容易的回收TiO2，并且回收过程中所用的酸可以全部再循环，其后得到的废渣亦可用于海绵铁的生产。1.2.4碱的回收 赤泥含碱量较大、易对环境造成污染，目前赤泥的脱碱方法主要有18：石灰水热法、常压石灰脱碱法、石灰纯碱烧结法、盐浸出法、酸浸出法、工业“三废”中和法、细菌浸出法、膜脱钠技术。1.3赤泥的综合利用1.3.1建筑材料赤泥中所含的二氧化硅，氧化钙，氧化铝和氧化铁，均是硅酸盐水泥生料的主要化学成分。从物相上来看，赤泥含有

20、大量的-硅酸二钙，它是水泥的主要物相之一，在生产水泥熟料时能起晶种的作用，有利于水泥的煅烧。但是赤泥由于本身所具有的特点，极大的限制了赤泥在水泥生产的中的应用。一是赤泥碱含量偏高，难以生产低碱水泥；二是受氧化铝生产的影响，赤泥成分易产生波动，从而影响水泥生产19。这两方面存在的问题急需解决。赤泥的化学成分与物理性质与粘土极为相似，可以利用赤泥替代部分粘土作为烧结砖的材料20。李大伟等21对高含量赤泥烧结砖做了研究：试验采用可塑成型，将赤泥和粘土按照一定配料比（赤泥 80 %，粘土 20 %）在 1020 下过行烧结，得到产品，生产工艺的流程为：选料破碎过筛配料混料陈腐成型干燥烧成。得到的砖的抗

21、压强度达到 20 MPa，吸水率低于 18 %，均符合国家标准（MU10，GB5101-2003）。刘春等22对烧结法生产混凝土做了研究探讨：赤泥中含有的无定型铝硅酸盐物质，在水泥水化过程中放出的氢氧化钙的作用下产生火山灰产生胶凝性，同时赤泥含有较高的钙质成分（有效钙质含量达 26 %），所以赤泥可以作为一种具有胶凝性的钙质材料取代部分水泥，基于赤泥的这种矿物特性，选择了水泥-赤泥为胶结物来制取混凝土。他们的试验证明：将赤泥在 700 下锻烧，可以激发赤泥的活性，然后用用赤泥代替15 %左右的水泥生产混凝土。获得的混凝土抗折强度和抗压强度均达到设计要求。 此外，赤泥还可以用来生产建筑用烧结砖、

22、免烧砖、建筑陶瓷砖、微晶玻璃。国内外对此的研究，都取得了很大进展。1.3.2环境修复 赤泥在废水、废气和土壤等环境修复领域的应用是近年来国际上关于赤泥应用研究的热点问题。李怡帆23等通过土壤培养试验发现，添加赤泥到重金属污染的土壤，可以有效降低土壤中的交换态Pb和Zn以及生物有效性Pb和Zn的含量。南相莉24等研究表明，从二氧化硫吸收率和赤泥脱碱率两方面考虑，拜耳赤泥吸收低浓度SO2的适宜条件为:液固质量比5：1，搅拌转速150 r/min，反应温度25；此时，SO2吸收率为93.14%，尾气中SO2的浓度达到国家排放标准，二氧化硫吸收率随时间的增长而降低；赤泥的脱碱率为70.45%，此时脱碱

23、赤泥的碱度达到水泥的碱度要求，可作为原料生产水泥。1.3.3硅钙复合肥赤泥中除含有较高的Si、Ca、K、P等成分外，还含有数十种农作物必需的微量元素。赤泥脱水后,在120300烘干活化、并磨细至粒径为90150m，即可配制硅钙农用肥。它可使植物形成硅化细胞，增强作物生理效能和抗逆性能，有效提高作物产量、改善粮食品质，同时降低土壤酸性、作为基肥改良土壤25。山东铝厂生产的硅钙肥在济宁等地的缺硅土壤中的试验表明，该肥对水稻、玉米、地瓜、花生等农作物均有增产效果，一般为8%10%。但目前对这一技术很少使用，其原因是长期使用，容易引起渗漏，造成地下水污染26。1.3.4塑料填料赤泥作塑料填料的研究已进

24、行多年，近年来随着塑料加工及表面处理剂的不断改进，赤泥在塑料行业的应用取得了新的进展。赤泥对PVC(聚氯乙烯)具有显著的热稳定作用，它与PVC常用稳定剂并用时具有协调效应，使填充后的PVC的制品具有优良的抗老化性能，可延长制品的寿命，比普通的PVC制品寿命长2倍3倍。普通PVC在露天使用8年后，强度完全失去，而赤泥聚氯乙烯塑料仍然保持着良好的力学性能，未见任何老化现象。且赤泥聚氯乙烯复合塑料具有阻燃性，可用于生产建筑型材27。1.3本试验的目的、意义和内容赤泥是氧化铝生产中产生的废渣，不仅占用大量的土地建堆场，还须消耗大量人力和物力对堆场管理和维护，以防止赤泥附碱渗透造成对水体的污染2830。

25、由此可见，如何综合开发利用氧化铝赤泥，实现无废料生产，减少土地占用，达到治理环境，增加经济效益，是氧化铝工业界致力研究和希望突破的一个重大课题。我国铁矿资源保有资源总量为458.94亿吨，其中保有储量125.54亿吨，基础储量223.75亿吨，资源量235.19亿吨31。以目前开发速度静态估算，目前的保有储量约可供开采30年，即在2030年左右，我国铁矿资源开发将面临危机，铁矿石供给保证度将大幅下降，铁矿石将大量依赖从国外进口32。从赤泥中回收铁对环境，对资源的回收利用都是十分有利的。目前国内外对赤泥中铁的回收工艺都较复杂，且能耗较大。本试验针对平果铝厂的赤泥铁含量较高的特点，采用煤粉作为还原

26、剂在较低的温度下将赤泥中的氧化铁还原成四氧化三铁，然后通过磁选以达到回收铁的目的。本方法有工艺较简单，能耗低等优点，其主要步骤是通过调节配煤比、焙烧时间、焙烧温度、磨矿时间、磁选强度，系统研究各因素对精矿品位和精矿产率的影响，以确定通过还原焙烧-磁选从广西平果拜耳赤泥中回收铁的最佳方案。试验内容： （1）煤粉配比对精矿回收率和精矿品位的影响规律； （2）焙烧时间对精矿回收率和精矿品位的影响规律； （3）焙烧温度对精矿回收率和精矿品位的影响规律； （4）磨矿时间对精矿回收率和精矿品位的影响规律； （5）磁选强度对精矿回收率和精矿品位的影响规律。2 试验原料、主要设备及试验方法 2.1试验原料 本

27、试验的主要原料是赤泥和煤粉。 赤泥来自中铝广西分公司拜耳法所产生的赤泥。平果赤泥在堆场干燥后结成块状，将进一步干燥其打散后，用筛分法测得其粒度组成如表2-1。表2-1 平果赤泥的粒度组成粒度40m4063m6376m7688m88m含量（wt%）41.2510.7211.7128.647.68对各个粒级的赤泥用X射线荧光法分析其化学组成，从表2-2中数据可看出，不同粒度的赤泥，其中Fe2O3含量变化幅度不是很大，说明Fe2O3在赤泥中分布基本均匀。 表2-2 各个粒级赤泥的化学组成含量(%)粒度Fe2O3Al2O3SiO2CaONa2OMgOTiO2合计40m34.4516.3511.2017

28、.127.820.357.5894.874063m36.9918.1510.8615.467.730.366.5194.876376m36.4517.2611.0715.927.780.356.8195.647688m37.8417.5711.1015.627.980.366.6697.1388m40.1919.309.8514.667.370.385.7997.54表2-3 平果赤泥总化学组成Fe2O3Al2O3SiO2CaONa2OMgOTiO2合计含量36.37 17.23 11.02 16.18 7.82 0.36 6.97 95.94 对不同粒级的赤泥用X射线衍射法分析其物相组成。X

29、射线衍射物相分析结果表明赤泥中矿物相组成为：赤铁矿（-Fe2O3）、方解石（CaCO3）、一水硬铝石(Al2O3H2O）、加藤石(Ca3Al2 (SiO4)(OH)8）、三水铝石(Al(OH)3）、碳钙钠石（Na2Ca(CO3)2）、水绿矾（FeSO47H2O）和榍石（CaTiSiO5）。其中赤铁矿含量较高。图2-1 粒度小于40m的赤泥X射线衍射物相图表2-4 各个粒级的赤泥矿物组成含量(%)粒度赤铁矿方解石一水硬铝石加藤石三水铝石碳钙钠石水绿矾榍石40m46.0415.559.2725.41-3.72-4063m36.2314.3816.1517.98-14.96-6376m43.3214

30、.6412.2119.32-10.517688m50.4715.9222.6610.96-88m44.2517.2810.1021.506.88- 本试验使用煤粉做为还原剂，其中固定碳含量为62.8%。2.2.试验主体设备试验所用的主要仪器和设备如表。表2-5 主要仪器和设备表名称型号磁选管XCGS-73多用真空过滤机XTLZ电热鼓风干燥箱101-3锥形球磨机150100马弗炉2.3试验原理 从广西平果拜耳赤泥总化学组成中可以看出，铁在赤泥中主要以Fe2O3的形式存在，通过焙烧还原试验将Fe2O3还原成具有磁性的Fe3O4。在这个工程中主要发生的化学方形方程式为： 2C+O2=2CO （4-1

31、） 3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2 （4-2） 3Fe2O3+C=2Fe3O4+CO （4-3） C+O2=CO2 （4-4） Fe2O3+3C=2Fe+3CO （4-5） 在马弗炉中赤泥中的Fe2O3主要与CO反应生成Fe3O4，所以当温度过高时C会与O2反应生成CO2而影响Fe2O3的还原，而当温度过低时由无法生成CO。只有当温度适当的时候才能尽可能的挺高Fe2O3的还原率。赤泥物相中可以看出，赤泥是由一系列含结晶水的含铁、铝、硅的化合物组成。赤泥还原反应过程中，各化合物会脱水发生相变反应，在还原进行中会继续发生固相反应和还原反应。 赤泥的主要组分为针铁矿、赤铁矿、三水铝石、一水

32、硬铝石、高岭石、胶质SiO2、石英等。在还原的初期，即将进行这些含水化合物的脱水反应33、34：（1）针铁矿：针铁矿就是含水氧化铁。含水氧化铁中的水分子，随拜尔法溶出条件不同而不同。在300350温度范围内，含水氧化铁脱水按下式进行：Fe2O3H2O=Fe2O3+H2O （4-6）（2）三水铝石：温度在225左右，三水铝石脱水，按下列反应进行。A12O33H2O=2AlO(OH)+2H2O （4-7）（3）一水硬铝石：温度在500560时，一水硬铝石脱水为下列反应。2AlO(OH)=A12O3+H2O （4-8）（4）高岭石：温度在550时，高岭石脱水成为偏高岭石，化学反应式如下：A12O32

33、SiO22H2O=A12O32SiO2+2H2O （4-9）温度在850时，化学反应式如下：A12O3 2SiO2=xSiO2+A12O3(2x)SiO2 （4-10）还原产物可以看成是由Fe2O3、A12O3和SiO2等单体氧化物组成的体系，还原过程中包括铁氧化物的还原相变和各氧化物之间的固相反应。2.4试验方法采用焙烧还原法处理赤泥，将赤泥中的氧化铁还原成四氧化三铁，然后经行磁选，将磁选后的精矿经行检测计算，测出其品位，计算出其回收率。经过分析对比，确定最佳工艺流程。对按最佳焙烧还原方案经行试验的精矿经行围观结构分析，试验流程如图2-2所示。精矿尾矿赤泥煤粉水冷焙烧过滤烘干称量磨矿水称量磁

34、选过滤烘干检测称量称量过滤烘干过滤烘干图2-2试验流程图3 赤泥还原焙烧-磁选试验3.1煤粉用量试验3.1.1试验条件 焙烧温度为800，焙烧时间为30分钟，水冷，磨矿时间为20分钟，磁选磁场强度为2000 Oe，煤粉用量为理论用量的：2倍、4倍、6倍、8倍。3.1.2试验结果与分析将磁选后的精矿和尾矿分别过滤、烘干、称重，得到的结果如表3-1和图3-1。表3-1 采用不同煤粉用量时精矿品位和回收率编号煤粉用量精矿品(%)回收率(%)A1254.1533.62A2452.0048.30A3653.7038.75A4852.6547.26图3-1 采用不同煤粉用量时精矿品位和回收率（图例在图的下

35、面，所有的图画成折线图，就是线是直的，不是曲线图）图3-1可以看出，当煤粉用量从2倍增加至8倍的过程中，赤泥焙烧还原磁选产品的精矿品位变化不是很明显，铁的回收率是先上升后下降再上升，磁选精矿品位保持在52.00%54.15%之间。铁的回收率在4倍煤粉量时达到最高24.43%，在2倍煤粉量时达到为最低16.33%。由此可见随着煤粉用量的增加，Fe2O3先被还原为Fe3O4，在煤粉量为6倍时，又进一步被还原为FeO，FeO没有磁性，所以回收率降低，随着煤粉量增加到8倍时，FeO又进一步被还原为Fe，Fe有磁性，回收率又上升，后面的时间增加也会导致这个过程的发生，温度的升高也是这个过程的发生，使回收

36、率出现波动；煤粉用量对精矿的品位影响不明显，赤泥中赤铁矿向磁铁矿的转变已完全，不能通过增加煤粉用量来提高精矿品位。综合考虑赤泥还原矿的磁选分离结果，本试验中的煤粉用量因定为4倍。3.2还原焙烧时间试验3.2.1试验条件 焙烧温度为800，焙烧时间为30分钟、60分钟、90分钟，水冷，磨矿时间为20分钟，磁选磁场强度为2000 Oe，煤粉用量为理论用量的4倍。3.2.2试验结果与分析将磁选后的精矿和尾矿分别过滤、烘干、称重，得到的结果如表3-2和图3-2。表3-2 采用不同焙烧时间时精矿品位和回收率编号焙烧时间(min)精矿品位(%)回收率(%)B13055.0036.79B26051.3025

37、.36B39053.2037.86图3-2 采用不同焙烧时间时精矿品位和回收率图3-2可以看出在控制有足够还原性气氛的条件下，还原焙烧时间对赤泥还原磁选结果有明显的影响：还原温度一定时，随着还原时间的延长，铁的回收率先降低然后升高，30分钟时为36.79%，60分钟时为25.36%，90分钟时为37.86%；精矿品位保持在51.3055.00%。由此可见，随着还原时间的延长，赤泥被还原后可能又被氧化，然后再还原，以此循环。综合考虑赤泥还原矿的磁选分离结果，本试验中的焙烧时间选为30分钟。3.3还原焙烧温度试验3.3.1试验条件 焙烧温度为750、800、850，焙烧时间为30分钟，水冷，磨矿时

38、间为20分钟，磁选磁场强度为2000 Oe，煤粉用量为理论用量的4倍。3.3.2试验结果与分析将磁选后的精矿和尾矿分别过滤、烘干、称重，得到的结果如表3-3和图3-3。表3-3 采用不同焙烧温度时精矿品位和回收率编号焙烧温度（）精矿品位(%)回收率(%)C175054.6033.61C280051.9042.25C385051.1038.33图3-3 采用不同焙烧温度时精矿品位和回收率 图3-3可以看出，当还原温度从750增加到850这个过程中赤泥还原磁选产品的精矿品位品位变化不明显，但是其回收率在800时取得最高值51.90%。由此可见，温度过高或过低都不利于氧化铁的还原回收，750时Fe2

39、O3还没完全还原成Fe3O4，850时部分Fe3O4又被还原成FeO，FeO无磁性，导致回收率下降；而温度对于回收的精矿品位影响不是很明显。综合考虑赤泥还原矿的磁选分离结果，本试验中的焙烧温度选为800。3.4磨矿时间试验3.4.1试验条件 焙烧温度为800，焙烧时间为30分钟，水冷，磨矿时间为0分钟、2分钟、5分钟、10分钟、20分钟、30分钟、40分钟，磁选磁场强度为2000 Oe，煤粉用量为理论用量的4倍。3.4.2试验结果与分析将磁选后的精矿和尾矿分别过滤、烘干、称重，得到的结果如表3-5和图3-5。表3-4 不同磨矿时间-325目含量编号磨矿时间（min）-325目含量（%）D104

40、9.61D2267.95D3575.73D41085.55D52092.09D63093.46D74094.42图3-4 不同磨矿时间-325目含量 表3-5 采用不同磨矿时间时精矿品位和回收率编号磨矿时间（min）精矿品位（%）回收率（%）E1038.8071.19E2246.4558.38E3549.4053.45E41054.1043.18E52052.9043.74E63053.7038.87L74052.6531.78图3-5 采用不同磨矿时间时精矿品位和回收率图3-4和图3-5可以看出，当磨矿时间从0分钟增加到40分钟的过程中，-325含量逐渐升高，由0分钟的49.61%增加到20

41、分钟的92.09%，20分钟以后-325含量保持在93.46%94.42%。相应的，其精矿品位在磨矿时间从0分钟增加到20分钟的过程中，精矿率逐渐升高，由0分钟的38.80%增加到20分钟的52.90%，20分钟以后其精矿率变化就不明显了。但是随着磨矿时间的增加赤泥还原磁选产品的铁回收率却是由79.19%逐渐下降至31.78。由此可见，当增加磨矿时间到一定的程度，其对原料细度的影响会变得不是很明显；原料越细越有利于提高赤泥还原磁选产品的精矿品位，因为随着磨矿时间的增加原料中有磁性的颗粒与没有磁性的颗粒能够更好的分开，磁选后的精矿里面所含的杂质就越少；原料越细对赤泥还原磁选产品的铁回收率的影响越

42、不利，因为磁铁矿粒度的减小，使得磁铁矿的比磁化率减小，而矫顽力随之增加，这种关系在粒度小于40m时表现的很明显5，粒度小于20m时表现的更明显，比磁化率的降低和矫顽力的增加使得粒度较小的磁铁矿难以被磁选出来，从而使得磁选过程的铁回收率有所下降35。综合考虑赤泥还原矿的磁选分离结果，本试验中的磨矿时间选为5分钟。3.5磁选场强试验3.5.1试验条件 焙烧温度为800，焙烧时间为30分钟，水冷，磨矿时间为20分钟，磁选磁场强度为1000Oe、2000 Oe、3000Oe，煤粉用量为理论用量的4倍。3.5.2试验结果与分析将磁选后的精矿和尾矿分别过滤、烘干、称重，得到的结果如表3-6和图3-6。表3

43、-6 采用不同磁选场强时精矿品位和回收率编号磁选场强（Oe）精矿品位（%）回收率（%）F1100056.3034.61F2200054.5154.51F3300053.6055.84图3-6 采用不同磁选场强时精矿品位和回收率图3-6可以看出，在磨矿细度一定的条件下，随着磁选场强的增加，精矿品位下降，同时铁的回收率逐步上升，特别是在磁选强度由1000Oe上升至2000Oe时，但是当磁选强度上升至2000Oe以后铁的回收率变化就不明显了。综合考虑赤泥还原矿的磁选分离结果，本试验中的磁选强度取为2000Oe。4 赤泥焙烧还原后的X射线衍射仪分析和能谱分析 为了解焙烧还原后赤泥中铁氧化物还原产物的物

44、相变化，揭示铁氧化物还原反应结果，采用XRD和电子显微镜测定赤泥与4倍煤粉用量混合经过800焙烧还原30分钟后的物相组成。4.1X射线衍射仪分析结果对焙烧温度为800，焙烧时间为30min，煤粉用量为4倍，焙烧后的赤泥用X射线衍射仪测其物相组成，结果如图8所示，表明赤泥中的物相主要为水钙沸石和磁铁矿，说明在此时的试验条件下，赤铁矿已经完全发生了转变，这也验证了对于煤粉用量试验、焙烧时间试验、焙烧温度试验结果的解释是合理的。图4-1 赤泥磁化焙烧后X射线衍射图谱4.2微观形貌及能谱分析结果对焙烧温度为800，焙烧时间为30min，煤粉用量为4倍，焙烧后的赤泥，在扫描电子显微镜下观察其形貌，并用能

45、谱仪分析不同颗粒的化学组成，结果如图9所示。从图a、图b可以看出，组成赤泥的颗粒，是由粒径为0.2-0.5m的颗粒团聚成粒径为1-10m形成的，并不存在粒度大于78m的颗粒，这和赤泥烧后的水筛磨矿细度差别较大，可能是由于赤泥粒度太细，团聚力较大，在水筛时没有外力作用使其完全分散，出现了较大的团聚颗粒。磨矿细度的结果实际上变成了对赤泥颗粒团聚程度的一种反映。磨矿的过程就是一个消除这种团聚的过程，在磁选过程中是必不可少的，而且由于团聚程度的不同，也会对磁选结果产生不同的影响。在图c中，亮度较高的点在图中分布是均匀的，说明铁元素在赤泥中的分布是均匀的，这和表2反映的结果是一致的。在图d中，左下角粒径

46、较大的深色颗粒是石墨，其上粘附有赤泥颗粒，石墨颗粒是在水冷过程中从石墨坩埚上脱落的。对三个不同亮度的区域采用能谱分析仪分析其化学组成，结果显示亮度最高的A区域铁含量为64.59%，B区域铁含量为17.83%，C区域主要含碳，含量为80.40%。从图d中还可以看出，亮度较高赤泥颗粒的含量较少，大部分赤泥颗粒的亮度要和B区域的亮度相同，但这种颗粒的铁含量不高，这也就从另一个方面解释了回收率和精矿品位都只有百分之五十几的原因：铁含量少的颗粒可能由于磁性物质太少，难以被磁选进入精矿，导致了这部分铁无法被回收，同时，被回收进入精矿的颗粒由于含有大量的非铁矿物，导致了精矿的品位不足。abcdCAB图 4-

47、2 焙烧后赤泥的SEM图像（图像a、b为二次电子像，图像c、d为背散射电子像）5 结论（1）广西平果拜耳赤泥的主要化学组成为：Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO、Na2O、MgO和TiO2，矿物相组成为：赤铁矿（-Fe2O3）、方解石（CaCO3）、一水硬铝石(Al2O3H2O）、加藤石(Ca3Al2 (SiO4)(OH)8）、三水铝石(Al(OH)3）、碳钙钠石（Na2Ca(CO3)2）、水绿矾（FeSO47H2O）和榍石（CaTiSiO5）。其中赤铁矿含量较高。（2）在温度800，还原时间30min的条件下通过添加煤粉焙烧可以完全实现平果铝赤泥中赤铁矿向磁铁矿的转变。（3）焙烧还原磁

48、选工艺最佳参数为：焙烧温度800，焙烧时间30min，磨矿时间5min，煤粉用量4倍，磁选磁场强度2000Oe。最佳工艺条件下获得精矿品位为55.01%，回收率 55.01%，效果较为理想。（4）赤泥粒度极细以及铁在赤泥中的均匀分布，传统的磨矿方法并没有使赤泥中的铁矿和脉石实现单体分离，使得采用焙烧还原磁选工艺难以得到品位更高的铁精矿，回收率也较难提高，应该通过更高解离度的磨矿来达到提高回收率的效果。 参考文献1艾孟井.结合实际贯彻科学发展观-我国氧化铝生产工艺选择J.世界有色金属,2005(2):8132徐进修.我国氧化铝生产工艺及其发展方向J.广西冶金,1992(1):353蔡凌波.赤泥直

49、接还原反应行为及其还原D:硕士学位论文.长沙:中南大学,20094Nilza Justiz Smith,Vernon E.Buchanan,Gossett Oliver.The potential application of red mud in the production of castingsJ.Materials Science and Engineering A,2006,4(20):2502535Xiang Qin Fang,Liang Xiaohong,Schlesinger Mark E,et al.Low temperature redu-ction of ferric i

50、ron in red.Light Metals:Proeeedings of Sessions,TMS Allnual Meeti-ng Feb11Nov15,2000:1571626Luige Piga,Fauato Pochetti,Luisa Stoppa.Recovering Metals form Red Mud Generate during Alumina ProductionJ.JOM,1993(45):54597E.Ercagt,R.Apak R.Furnace smelting and extractive metallurgy of red mud:recovery of TiO2、Al2O3 and pig ironJ.Chemical Technology Biotechnology,1997(70):2412468徐进修,罗修连.赤泥的综合利用和有价金属的回收工艺综述J,广西冶金,1994(4):19299黄柱成,孙宗毅,左文亮.含铁赤泥还原分选机理探讨J.中南矿冶学院学报,23(2):15616210