（矿物加工工程专业论文）疏水团聚磁种法从赤泥中回收铁及机理研究.pdfVIP

硕士学位论文 摘要 摘要 赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。由于长期以来， 赤泥的综合利用一直未得到解决，不仅严重地污染了环境，也造成了 资源的浪费。平果铝业公司是我国大型氧化铝生产基地之一，它所产 生的赤泥中，铁的含量约为2 4 。铁主要以微细粒赤铁矿的形式存在， 必须采用特别的分选法才能将铁有效分选。 本论文在总结和分析大量国内外相关文献的基础上，对平果赤泥 选择性疏水絮凝磁种磁化回收铁的工艺展开了较系统的研究。通过选 择性疏水絮凝磁种磁化试验，考查了磁场强度、原矿调浆浓度、搅拌 时间、分散剂用量、絮凝剂用量、磁种添加量等条件对赤泥选铁的影 响。借助动电位测试、粒度分析仪、电子显微镜照片、红外光谱分析、 矿物颗粒间的相互作用能的计算，对选择性疏水絮凝磁种磁化选铁的 作用机理进行了研究。 应用多种工艺分选平果赤泥的试验结果表明，选择性疏水絮凝磁 种磁选法对有效提取其中的微细粒赤铁矿是最佳的。利用此种工艺在 综合优化实验条件下的磁选流程实验所得铁品位高达5 0 6 2 ，铁回 收率达4 5 9 7 ，这是目前平果赤泥用选矿方法回收铁所获得的最佳 指标。 动电位测试表明：加六偏磷酸钠处理后，赤铁矿和磁种的动电位 明显负移，而其它脉石矿物的动电位的变化甚微。说明六偏磷酸钠对 平果赤泥具有选择性分散作用。 粒度分析表明：与未经药剂处理的平果赤泥相比，经油酸煤油处 理后的平果赤泥的粗粒级范围更宽，平均粒径更大。说明油酸煤油对 平果赤泥的絮凝效果较明显。 由电子显微镜照片可知：经油酸煤油处理后，赤铁矿能很好的絮 凝成团。加入的磁种后，能选择性的在絮团表面粘附，从而增加了弱 磁性赤铁矿的磁性。 红外光谱测试表明：经油酸煤油混合药剂处理后的赤铁矿和平果 赤泥的红外光谱图，均新增了特征吸收峰，且有些峰还发生了少许位 移，说明油酸煤油与赤铁矿及平果赤泥既发生了化学吸附又有物理吸 附。 颗粒间相互作用能计算结果表明：加六偏磷酸钠可以使细粒赤铁 硕士学位论文摘要 矿与脉石矿物分散。经油酸煤油作用后，微细粒赤铁矿间相互吸引能 增大，是矿粒间发生疏水絮凝团聚的主要作用机制。 关键词平果赤泥，疏水絮凝，磁种，磁选 i i 硕士学位论文a b s t r a c t a bs t r a c t t h er e dm u di st h et a i l i n gp r o d u c e dd u r i n gt h ep r o c e s sw h e n s e p a r a t i n ga l u m i n af r o mb a u x i t e t h er e dm u d n o to n l ys e r i o u s l yp o l l u t e d t h ee n v i r o n m e n t , b u ta l s ol e dt oaw a s t eo fr e s o u r c e sb e c a u s et h e c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fr e dm u dh a sn o tb e e nr e s o l v e df o ral o n g t i m e p i n g g u oa l u m i n u mc o m p a n y i so n eo ft h el a r g e s tp r o d u c t i o nb a s e s o fa l u m i n ai no u rc o u n t r y t h er e dm u d p r o d u c e di ni tc o n t a i n sac e r t a i n a m o u n to fi r o n ，t h ec o n t e n to fi r o ni sa b o u t2 4 ，w h i c hw i l lb ean e w r e s o u r c eo fi r o n i r o nm a i n l yp r e s e n t si nt h ef o r mo ff i n eh e m a t i t ei nt h e r e dm u d s oi ti si m p o r t a n tt h a ts p e c i a lt e c h n o l o g i c a lm e t h o d sm u s tb e u s e di no r d e rt or e c o v e rh e m a t i t ee f f e c t i v e l yf r o mt h er e dm u d o nt h eb a s i so fs u m m a r ya n da n a l y s eo fm a n yi n t e r r e l a t e d d o c u m e n t sb o t ha th o m ea n da b r o a d ，s y s t e m a t i c a le x p e r i m e n t sh a db e e n c a r r i e do u tt or e c o v e ri r o nf r o mp i n g g u or e dm u d t h ee x p e r i m e n t a l m e t h o di sc a l l e dt h em a g n e t i cs e p a r a t i o no fm a g n e t i cs e e d i n gw i t h s e l e c t i v eh y d r o p h o b i cf l o c c u l a t i o n t h r o u g hm a g n e t i cs e p a r a t i o ne x p e r i m e n t so fm a g n e t i cs e e d i n gw i t h s e l e c t i v eh y d r o p h o b i cf l o c c u l a t i o n ，t h e s ef a c t o r sh a db e e ne x a m i n e ds u c h a s m a g n e t i ci n t e n s i t y , s l u r r yc o n c e n t r a t i o n , s t i r r i n gt i m e ，d o s a g e so f d i s p e r s e ra n df l o c c u l a n te t c t os t u d yt h ei n f l u e n c eo nt h ei r o ns e p a r a t i o n e f f i c i e n c yo fp i n g g u o r e dm u d v a r i o u sm e a s u r e m e n tt e c h n i q u e sh a db e e nu s e d ，s u c h 弱z e t a p o t e n t i a lm e a s u r e m e n t , p a r t i c l es i z ea n a l y s i s ，e l e c t r o n i cm i c r o g r a p h y , i n f r a r e ds p e c t r o s c o p ya n dt h ec a l c u l a t i o no fi n t e r a c t i o ne n e r g ya m o n g m i n e r a l p a r t i c l e st os t u d y t h er e a c t i o nm e c h a n i s m so f p i n g g u or e dm u d r e s u l t so fv a r i o u ss e p a r a t i o nt e s t si n d i c a t et h a tm a g n e t i cs e p a r a t i o n o fm a g n e t i cs e e d i n gw i t hs e l e c t i v eh y d r o p h o b i cf l o c c u l a t i o ni st h em o s t e f f e c t i v em e t h o dt or e c o v e rf m eh e m a t i t ef r o mp i n g g u or e dm u d u n d e r c o l l i g a t i n go p t i m u me x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n sb yu s e dt h i sm e t h o dt h e i r o n sg r a d ei su pt o5 0 6 2 a n di t s r e c o v e r yr e a c h e s4 5 9 7 u pt o p r e s e n ti ti st h eb e s tr e s u l tb yu s i n gm i n e r a lp r o c e s s i n gm e t h o dt or e c o v e r i i i 硕士学位论文 a b s t r a c t i r o nf r o mp i n g g u or e dm u d t h er e s u l t so fz e t ap o t e n t i a lm e a s u r e m e n t ss h o w e dt h a tp o t e n t i a lo f h e m a t i t ea n dm a g n e t i cs e e d i n g so b v i o u s l ym o v e dt on e g a t i v ep o l ea f t e r t r e a t e dw i t hs o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t ea n do t h e rg a n g u em i n e r a l s s u r f a c ep o t e n t i a ld i dn o tc h a n g em o r e i tw a si n d i c a t e dt h a ts o d i u m h e x a m e t a p h o s p h a t ec o u l ds e l e c t i v e l yd i s p e r s ep i n g g u or e d m u d t h er e s u l t so fp a r t i c l es i z ea n a l y s i si n d i c a t e dt h a tc o a r s eg r a i ns i z e r a n g eo fp m g g u or e dm u d t r e a t e dw i t ht h em i x t u r eo fo l e i ca c i da n d k e r o s e n ew a sb r o a d e rt h a nu n t r e a t e do n e ，a n dt h ef o r m e ra v e r a g ep a r t i c l e s i z ei sm u c hb i g g e rt h a nt h el a t t e r i tw a si l l u m i n a t e dt h a ta f t e rt r e a t e d w i t ht h em i x t u r eo fo l e i ca c i da n dk e r o s e n e ，f i n ep a r t i c l e so fp i n g g u or e d m u dc o u l db ef l o c c u l a t e dt o g e t h e re f f e c t i v e l y t h ee l e c t r o n o g r a p h ss h o w e dt h a ta f t e rt r e a t e dw i t ht h em i x t u r eo f k e r o s e n ea n do l e i ca c i d ，h e m a t i t ec o u l db ef l o c c u l a t e dw i t he a c ho t h e r v e r y w e l l a f t e r a d d i n gm a g n e t i cs e e d i n g ，i t c o u l db ef o u n di n e l e c t r o n o g r a p h st h a tm a g n e t i cs e e d i n gc o u l da d h e r et ot h e h e m a t i t e f l o c c u l e s s e l e c t i v e l y t or e s u l ti nt h ei n c r e a s eo fh e m a t i t e m a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t y t h er e s u l t so fi n f r a r e ds p e c t r o s c o p ys h o w e dt h a tc o m p a r e dw i t h u n t r e a t e dm i n e r a la n dr e a g e n t s ，i t a p p e a r e dm a n yn e wc h a r a c t e r i s t i c a b s o r p t i o np e a k si ni n f r a r e ds p e c t r o g r a mo fh e m a t i t ea n dp i n g g u or e d m u dt r e a t e dw i t ht h em i x t u r eo fo l e i ca c i da n dk e r o s e n e s o m ep e a k sa l s o m o v e dab i t i tw a si n d i c a t e dt h a tb o t hp h y s i c a la d s o r p t i o na n dc h e m i c a l a d s o r p t i o nh a dt a k e np l a c ei nt h es u r f a c e so fh e m a t i t ea n dp i n g g u or e d m u dr e a c t e dw i t ht h em i x t u r e t h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so fi n t e r a c t i o n e n e r g ya m o n gp a r t i c l e s i n d i c a t e dt h a tf i n eh e m a t i t ea n dg a n g u em i n e r a l sc o u l db ed i s p e r s e dw h e n a d d i n gs o d i u mh e x a m e t a p h o s p h a t et ot h ep u l p a f t e rt r e a t e dw i t ht h e m i x t u r eo fo l e i ca c i da n dk e r o s e n e ，t h ei n c r e a s i n go fh y d r o p h o b i c i n t e r a c t i o na t t r a c t i v ee n e r g yw a st h em a i nr e a c t i o nm e c h a n i s mw h e n h y d r o p h o b i cf l o c c u l a t i o no c c u r r e da m o n g m i n e r a lp a r t i c l e s k e yw o r d sp i n g g u or e dm u d ，h y d r o p h o b i cf l o c c u l a t i o n ，m a g n e t i c s e e d i n g ，m a g n e t i cs e p a r a t i o n i v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特另, 1 ) j t l 以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 作者签名： 日期：坦乒年月z 日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名：驰导师签名必日期：里半年月土 硕士学位论文第一章文献综述 1 1 概论 1 1 1 赤泥的定义 第一章文献综述弟一早义陬琢尬 赤泥是氧化铝生产过程中铝土矿经强碱浸出时矿石中不溶解的铁、钛等杂质 和绝大部分的硅所形成的残渣【l 】。由于它像红色的泥土，故称赤泥1 2 。因为生产 氧化铝的矿石成分和方法不同，赤泥的化学和矿物成分也因之不同【3 ，4 j 。赤泥的 数量很大，几乎与生产的氧化铝量相等。绝大多数氧化铝厂是将赤泥堆积起来或 放入江、河、湖、海，不仅严重地污染了环境，也造成了资源的浪费。长期以来， 国内外在赤泥的综合利用方面进行了大量的试验研究工作。然而赤泥的综合利用 一直未得到解决，至今还是一个悬而未决的问题，巨量的赤泥未能得到有效充分 的利用带来了相当复杂的的社会和经济问题1 5 j 。 1 1 2 赤泥堆存的现状 赤泥是铝土矿提炼氧化铝过程中产生的废弃物。随着铝工业的发展，目前全 世界每年产生的赤泥约6 0 0 0 万吨；我国每年产生的赤泥为3 0 0 万吨以上，2 0 0 0 年 我国赤泥排放量估计为4 0 0 万吨。其中大量赤泥未得到充分利用，长期占用大量 土地，造成土地碱化，污染地下水 6 1 ，危害人们健康。 由于赤泥的成分和性质有较大的差异，赤泥的利用方法也不相同。国外主要 是拜耳法赤泥，由于铁含量高，就以其作为炼铁原料。德国试验用赤泥作为筑路 材料，用赤泥和软泥混合填充低凹地，变贫脊的土地为良田1 1 。俄罗斯用拜耳法 赤泥生产粘土砖等，有些技术已得到了工业应用1 7 j 。 近年来，随着对环境保护工作的加强，赤泥的排放情况有了较大的改善。除 英国、法国和日本继续采用排海法排入深海外，多数国家采用露天存放，并在向 干法堆存过渡。澳大利亚戈弗氧化铝厂还在6 0 公顷的赤泥堆存场上种植了草木， 并形成了灌木林 s l 。有些继续采用湿法堆存的生产厂，在堆场下部构筑了防渗层， 如俄罗斯尼古拉耶夫氧化铝厂在赤泥堆场底层设置沥青结构，堆坝外侧采用塑料 或橡胶密封，以达到防止赤泥废碱液渗透的作用。德国铝业联合公司将过滤、洗 涤后的赤泥添加石灰或其他胶结剂构筑防渗层1 7 】，防渗效果非常好。 我国山东、河南、贵州、山西等氧化铝厂，采用平地高台、河谷拦坝、凹地 充填等方法堆存赤泥，但多未采取有效的防渗措施【7 8 】。如我国某厂采用平地高 台法，赤泥堆场已堆存赤泥1 8 0 0 余万吨，坝高5 0 米。由于未采取任何防渗措施， 硕士学位论文第一章文献综述 赤泥废液污染地下水源2 0 0 7 0 0 米，使该地区地下水永久性碱化【1 。 1 1 3 赤泥的危害 赤泥每年的排放量都很大 9 , 1 0 , 1 1 】，p h 值很高，为l o 3 1 1 3 ，氟化物含量4 9 8 6 m g l 一。按g b 5 0 5 8 8 5 有色金属工业固体废物污染控制标准，因赤泥的p h 值小于 1 2 5 ，氟化物含量小于5 0 0m g l ，故赤泥属于一般固体废渣。但赤泥附液p h 值 大于1 2 5 ，氟化物含量小于5 0 0m g l 1 8 , 9 , 1 2 】。污水综合排放划分为超标废水。因 此，赤泥( 含附液) 属于有害废渣( 强碱性土) 7 1 。随着铝工业的发展，n 2 0 0 6 年底，我国氧化铝产量约为1 0 0 0 万吨，赤泥排放量接近2 0 0 0 万吨。 由于巨量的赤泥没有得到有效利用造成不少社会生态环境问题和经济效益 问题： ( 1 ) 存放废弃赤泥需占用大量土地和耕地【1 3 ，14 ，1 5 1 ，按8 0 年代末数据，世界 人均耕地5 5 亩，而我国人均耕地为1 4 亩，相当于美国的l 8 、前苏联的1 7 、加拿 大的1 1 7 、印度的2 5 。我国铝厂以山东铝厂为例，赤泥堆场占用农m 8 5 0 亩【1 4 】。 ( 2 ) 赤泥堆场溃坝泄漏事故时有发生，造成巨大经济损失【1 4 】。例如贵州铝 厂和郑卅铝厂的赤泥堆场1 9 8 6 年和1 9 8 8 年均曾发生过赤泥渍坝事故，贵州铝厂直 接经济损失近1 0 0 万元：郑州铝厂经济损失在2 0 0 0 万元以上。山东铝厂赤泥坝也 曾出现大裂纹【1 4 1 。 ( 3 ) 赤泥携带的含碱污染物渗漏到附近河流、湖泊和农田，造成地下水体 和地表水的严重污染，危害渔业和工农业生产。晒干后的赤泥尘土飞扬，破坏生 态环境，使大气严重污染【1 4 1 。 ( 4 ) 含碱污液含有大量碱，由于渗透和流失，使大量碱没有回收而损失， 因而使碱耗增加，生产成本上升【l 训。 随着赤泥产出量的日益增加，在土地资源日趋紧张、环境保护日趋重要的当 今社会，人们的环境保护意识也在不断提高，最大限度地限制赤泥的危害，多渠 道地利用和改善赤泥，已迫在眉睫【l2 1 。 1 1 4 赤泥的综合利用 赤泥是氧化铝产生过程的副产品，每产出i t 氧化铝，产出1 0 1 6 t 的赤泥【1 6 】。 据估计，每年全世界铝工业产出的赤泥约6 0 0 0 万吨【1 7 】，我国以年处理6 0 0 万吨铝 土矿计，每年产生3 8 0 - 4 0 0 万吨赤泥。目前，世界各国大多数氧化铝厂都是将赤 泥堆积或倾入深海。赤泥的存放不仅占用大量的土地和耕地、耗费较多的堆场建 设和维护费用，而且存在赤泥中的碱向地下渗透，使碱得不到回收，增加成本， 并造成地下水污染【6 】。因此，在土地资源日趋紧张，环境保护和可持续发展日趋 2 硕士学位论文 第一章文献综述 重视的今天，赤泥的综合利用是一个十分重要和迫切需要解决的问题。 赤泥依氧化铝生产方法的不同，可分为烧结法、拜尔法和联合法赤泥三种。 我国主要是以一水硬铝石型铝土矿生产氧化铝的烧结法、联合法赤泥，其主要成 分为硅酸二钙及其水合物；国外则以拜尔法为主，拜尔法赤泥的主要成分为赤铁 矿、铝硅酸钠水合物和钙霞石等【i7 1 。由于矿石的成分和生产氧化铝所使用的方 法不同，赤泥的化学和矿物组成差别很大，赤泥利用的途径也因之而异。文献中 【6 7 ，8 , 1 7 , 1 8 报道了大量赤泥综合利用的方案，除少数己用于生产外，大多数仍处于 试验阶段。 目前国内外提出的综合利用赤泥的途径，归纳起来有以下两个方面：一是提 取赤泥中的有用组分，回收有价金属。二是将赤泥作为一般矿物原料，整体加以 利用【明。具体应用如下： l 、回收有价金属 赤泥中含有大量的有价金属和非金属元素如铁、铝、硅、钙以及贵重的钛、 钒、钪、稀土元素、钽等，是一种宝贵的二次资源 2 , 7 a 8 】。因此对赤泥中有价金 属的回收具有重要的意义。 2 、利用赤泥生产水泥 矿物组成上，烧结法赤泥由2 c a o s i 0 2 、f e 2 0 3 x h 2 0 、3 c a o a 1 2 0 3 x s i 0 2 - y h 2 0 、 n a 2 0 a 1 2 0 3 2 s i 0 2 、n a 2 0 a 1 2 0 3 1 7 5 s i 0 2 2 h 2 0 等组成【2 ，1 9 1 ，与硅酸盐水泥类似，为 此，赤泥可作为生产水泥的原料，并且已经取得了一定成效【l 卅。国内外实践表 明，用赤泥可生产出多种型号的水泥【8 1 1 捌。任冬梅【7 】等综合评述了利用赤泥生 产水泥的研究进展。 3 、赤泥作塑料填料 赤泥作塑料填料的研究已进行多年，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p v c ( 聚氯乙烯) 具有 显著的热稳定作用，它与p v c 常用稳定剂并用时具有协调效应，使填充后的p v c 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p v c 制品寿命长2 3 倍【7 1 7 1 。普通p v c 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 【7 ，1 7 1 ，可用于生产建筑型材。 4 、赤泥用作硅肥 近年来，国内一些研究单位对硅肥进行了深人研究，研制出了独特的硅肥添 加剂，河南省已批准成立了省硅肥工程中一l , t 7 1 。河南省科学院近年开展的大面积 试用硅肥表明，硅肥可以改善植物的细胞组织，改善作物果实的品质，在缺硅的 土壤中可增产8 - 1 5 。硅肥是继氮、磷、钾肥之后的第4 大元素肥料，它对多种 3 硕士学位论文第一章文献综述 农作物具有较好的营养作用，大力发展硅肥，是赤泥综合利用的又一可行途径 1 7 , 2 1 o 5 、赤泥用作充填料 山东铝业公司与长沙矿山研究院合作，在湖田北焦宋矿区采用泵送赤泥胶结 充填采矿法获得成功【7 】。通过铝土矿地下开采实践证明，胶结充填技术可靠，经 济合理，可提高矿石回收率2 3 。采矿坑木消耗减少，从而降低开采成本，控制 采场地压，保护地表建筑、村庄、铁路等，为顶板和底板不稳固的缓薄矿层的开 采找到了一条比较成功的新路【7 1 。 6 、利用赤泥生产砖 开发吃渣量大、用途广泛、可梯形开发利用的“赤泥免烧砖 2 , 7 , 1 7 1 从根本 上解决我国氧化铝工业赤泥的堆存问题和对环境的影响利用赤泥为主要原料可 以生产多种砖。利用赤泥生产免蒸烧砖、粉煤灰砖、黑色颗粒料装饰砖和陶瓷釉 面砖。以烧结法赤泥制备釉面砖为例，其主要工艺过程为： 原料一预加工一配料一料浆制备( 加稀释剂) 喷雾干燥一压型一干燥一施釉一煅 烧一成 8 , 2 l 2 2 1 该法生产的陶瓷釉面砖，以赤泥为主要原料，取代了传统的陶瓷原料，不但 可以降低原材料费用，而且具有极大的环保意义。 赤泥在建材工业中还可以生产玻璃、塑料填料等。但是在赤泥的应用中，必 须注意赤泥本身含有碱液，有的赤泥中还含有放射性元素，这些都直接危害人体 健康。 7 、制作保温材料 赤泥废物生产微孔硅酸钙绝热制品是一种新型环保节能材料。它具有容重 轻，导热系数低，抗压和抗折强度高，使用温度高，施工方便，损耗率低，可重 复再利用等优良性能，又具有可锯、可刨、可钉等易加工优点，已广泛应用于工 业设备和管道的保温【2 ，2 1 1 。 8 、赤泥在废水净化中的作用 由于工业排污量的急剧上升，水体中污染物严重超标，已成为当前严峻的环 境污染问题。赤泥颗粒对水体中的c u 2 + 、p b 2 + 、z n 2 + 、n i 2 + 、c r 6 + 、c d 2 + 等重金 属离子及放射性元素c s l 3 7 、s r 9 0 等具有较好的吸附作用【2 , 7 , 8 , 9 , 1 9 , 2 3 。 国内外对赤泥的综合利用进行了广泛的研究，提出了很多的治理办法，但由 于种种原因，赤泥的利用除烧制水泥外，尚停留在试验研究阶段，未形成工业规 模【7 】。赤泥的综合利用研究，已引起许多国家重视，而开发附加价值高的产品， 以产生更好的经济效益，推动赤泥综合利用的发展，是广大科技工作者继续努力 的方向。 4 硕士学位论文 第一章文献综述 1 2 国内外赤泥选铁研究现状 赤泥除主要成份铁、铝、钙、硅、钠外，还含有多种稀有元素。因而，把赤 泥看作第二资源，研究从其中综台回收各有价成分，是一项具有战略意义和现实 意义的工作，尤其在金属矿产资源日益减少和趋向枯竭的情况下，这项工作就显 得更为重要。 赤泥的处理与综合利用一直是困扰世界各国氧化铝生产厂的难题之一，目前 对赤泥的综合利用，主要包括两个方面的工作：一是提取赤泥中的有用组分，回 收有价金属：二是将赤泥作为大宗材料的原料，整体加以综合利用。回收赤泥中 的铁是赤泥综合利用的重要一环。各国氧化铝厂及科研人员都在争相研究这一难 题。下面将介绍一些国内外从赤泥回收铁的研究现状。 1 2 1 国外赤泥选铁的研究现状 美国矿务局【3 6 1 蚴】曾研究了将赤泥、煤、石灰石及碳酸钠混合、磨碎，然后 在8 0 0 - - 1 0 0 0 c 温度下进行还原烧结。烧结块经破碎后用水溶出、过滤。滤渣用高 强度磁选机分选，磁选精矿在1 4 8 0 条件下进行熔炼产生生铁。利用此工艺经小 型试验、半工业试验，可制得含铁9 3 * , 0 , - 9 4 、碳4 0 * 0 , - 4 5 的生铁，按磁选精矿 铁含量计算，铁回收率达到了9 5 。该工艺的主要问题是耗能大，铁的磁选效率 低。 另有文献【1 0 , 2 5 捌介绍了从赤泥中低温还原一磁选回收铁的工艺，试验表明： 用煤、碳、锯木屑、干蔗渣作固相还原介质，还原温度可降低到3 5 0 ，还原后 磁选也较好地回收了铁。m i s h r a ，b s t a l e y ，a 等1 2 6 j 在前人研究的基础上利用焦 炭作还原剂对赤泥进行了还原炼铁研究，结果表明：采用碳热还原，铁的金属化 率超过了9 4 ，进一步熔化可炼得生铁。同时，二氧化钛在熔化炉渣中得到有效 富集，经酸浸出后可从溶液中回收1 2 引。 早期德国的格布尔基里尼公司曾进行了两段熔炼法处理赤泥生产炼钢生铁 的半工业化试验【绉】。第一段将赤泥与煤粉( 或泥煤) 、碎石灰石混合，送入长1 0 0 m 的回转窑中在1 0 0 0 ( 2 温度下进行还原烧结，使8 0 以上的氧化铁被还原成金属 铁：第二段采用特殊结构的用油作加热介质的竖式熔炼炉进行熔炼，进一步还原 使还原效率达到9 5 以上。熔融体中的铁和渣自行分离，残渣连续流出，在水中 粒化。液态铁从炉中放出，经适当处理后，铸成生铁锭【1 1 。 日本曾将含铁3 3 的赤泥与石灰石粉、焦粉烧结成块，然后在高炉中熔炼。 由于赤泥中含铁量较高，在高炉中直接还原赤泥炼铁是可行的【l , 3 1 。此外，日本 还提出利用还原烧结处理赤泥，将氧化铁转化为磁铁矿，其余部分用于回收氧化 硕士学位论文第一章文献综述 铝。首先将赤泥烘干至含水率3 0 后放在干燥器中进行自然蒸发，然后放在流化 床中进行烧结【l 】。在流化床中利用还原气体还原赤泥，使氧化铁变成磁化铁；磁 性物质经磁选分离后，再浓缩制成高纯冶金团块【1 1 。研究发现，如果对试验条件 严格控制，焙烧赤泥的还原反应可一直进行到使赤泥中的赤铁矿完全转化为海绵 铁，而后进行磁选分离；获得海绵铁制团后，可以直接用于电炉炼钢，这比使用 磁铁矿更为简便经济。 苏联1 3 j 2 7 1 夫洛达尔厂将烧结赤泥与磁铁精矿按5 ：9 5 1 5 ：8 5 的比例配矿，再 添加一定量的石灰石混合成球、烘干，加入一定量焦炭在达蒙型高温炉内的石墨 坩埚中进行冶炼，所用赤泥含赤铁矿2 2 8 左右，熔融得到的生铁含铁9 0 9 3 。冶金学家b a y t k o b 认为高炉精矿配入少量的高铁赤泥虽然增加了物流 量和出渣量，也增加了焦炭消耗，降低了熔炼效率。但是由于赤泥的配入使烧结 矿粉料减少，使烧结生产能力提高【l l 。虽然如此，由于铁精矿中配入赤泥量太少， 即使技术经济合理，赤泥处理量也是非常有限的。 前苏联还研究了将铝土矿进行磁化焙烧的试验【1 ，3 】。在铝土矿中配2 哆扣3 的 煤，在6 5 0 - 7 0 0 的弱还原气氛中焙烧，拜尔法溶出后利用磁选机分离出铁矿物， 磁性尾矿再返回用烧结法处理，半工业试验取得了良好效果。a a 米沙耶夫等人 采用天然气作还原剂对基洛瓦巴德氧化铝厂的赤泥进行了间接还原熔炼研究，赤 泥含铁4 2 0 4 。结果表明g 可利用天然气代替煤来还原赤泥中的氧化铁，而后在 8 0 0 8 5 0 下制得金属铁。此外还进行了采用水蒸汽作还原剂的试验。研究表明： 改用水蒸汽作还原剂，可提高氧化铁的还原率，进而改善了还原物料的磁性过程， 提高了金属铁的提纯率。 乌拉尔铝厂和前苏联科学院乌拉尔分院合作研究了用高炉或电炉熔炼赤泥 的大型试验l l 】。试验所用的是乌拉尔铝厂存堆多年的赤泥，含铁达3 1 0 。经过 制粒、脱硫、脱去附着水和结合水后，再加入5 0 0 - 6 的焦炭作还原剂在电炉中 熔炼制得炼钢生铁。 阿拉巴耶夫冶金联合企业和斯维尔德洛夫冶金研究所采用串联的2 台回转窑 对从乌拉尔氧化铝厂赤泥中回收铁进行了半工业试验。第1 台回转窑的作用是烘 干和还原，还原剂主要是焦煤和无烟煤。第2 台回转窑用于熔炼赤泥生产生铁和 自碎渣。试验的主要特点是不需要制粒直接与石灰石和焦炭进行熔炼。 匈牙利采用改良的串联法【1 , 3 , 6 , 1 0 , 2 5 ，2 7 ，2 8 1 将阿尔马什菲济特氧化铝厂的拜尔法 赤泥( f e 2 0 34 0 7 6 ) ，配加无烟煤作还原剂在捷克的耶依保维查厂的回转窑中 还原焙烧，再磁选分离，得到的铁精矿含铁7 7 ，铁回收率达8 1 5 8 3 0 ，这 种铁精矿可以直接用于电炉炼钢。匈牙利铝托拉斯工程和发展中心及土耳其的 e e r c a g t 等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 6 硕士学位论文第一章文献综述 焙烧预处理、电弧熔炼制得炼钢生铁及其炉渣，其中匈牙利产出的生铁成分为 ( ) ：s i0 3 - 4 ) 6 ，t i0 2 - - 0 7 ，m n0 3 - 4 3 5 ，vo 3 加4 ，c4 2 5 0 ，p 0 3 ，s 0 0 1 ， 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。 另外，印度报道了用酸处理赤泥回收铝、铁和钛的工艺【1 ，6 州。前南斯拉夫 对赤泥综合回收也进行了系统研究，所提出的回收工艺流程包括赤泥造块、还原 熔炼、炉渣浸出和萃取分离【1 3 6 1 啦5 ，3 1 1 。 1 2 2 我国赤泥选铁的研究现状 我国是世界上生产氧化铝的大国，2 0 0 7 年底氧化铝产量将达到1 0 0 0 万t ，大 量的赤泥需要利用和回收以防止资源浪费和环境污染。我国铝工业较世界上先进 国家的发展比较落后，但在赤泥处理和利用方面也做了大量的工作【l 】。 中南大学研究了贵港高铁三水型铝土矿拜尔法溶出所得的残渣，提出了一条 合理利用高铁赤泥的新途径u 引。即由高铁赤泥直接生产制备海绵铁，其方法是 配入a 型催化剂，赤泥煤基直接还原制备海绵铁，实验取得了初步成果，海绵铁 品位9 1 7 9 ，金属化率9 1 1 5 。由于所用赤泥原料含铁近4 0 ，其综合经济效益 较好。 东北大学研究的处理贵港铝土矿的“先铁后铝 方案 2 7 1 ，以铝土矿( 含f e 2 0 3 4 0 左右) 为原料，配加石灰石先烧结成高碱度烧结矿再进行高炉冶炼，产出生 铁和铝酸钙炉渣，实现铁铝分离l l 】。在冶炼过程中生铁与渣分离性能良好，铁回 收率较高。山东铝厂研究了采用非冶金方法回收赤泥中的铁，提出平果铝土矿两 段溶出工艺【l z 刀。先将矿石粗磨，在2 4 5 一段溶出，将赤泥分级，粗赤泥中富 集了较多的铁和一水硬铝石，将粗赤泥再稍磨，于1 6 0 _ - 段溶出，可以得到含 f e 2 0 3 近6 4 的赤泥，铁的回收率达5 0 o 。该方案的优点是回收赤泥中的铁 矿物时，还能给拜尔法溶出流程带来一些效果，但是两段熔出使流程加长，回收 的铁矿物品位不高，只能掺在铁精矿中用作炼铁烧结矿原料，同时弃赤泥中含 f e 2 0 3 仍然很高( 2 6 ) ，不利于进一步烧结处理，这些缺点在工业生产中应用 时仍是非常重要的因素。 李佩鸿【3 2 l 研究了将拜尔法赤泥直接还原焙烧后磁选【1 , 1 0 ，可以有效回收其中 的铁。他采用煤作还原剂，配煤比为1 7 ，混合均匀制成直径为5 1 2 m m 的团粒， 干燥后置瓷坩埚于箱式电阻炉中进行还原熔烧。温度上升至1 0 0 0 开始计时，2 小时后停电，焙烧产物在隔绝氧气的条件下冷却至室温。焙烧矿细磨后于磁选机 中磁选，得到海绵铁。试验表明，用直接还原磁选的方法处理平果拜尔法赤泥 制取海绵铁，产品含t f e 8 4 1 7 ，a 1 2 0 3 2 5 3 ，s i 0 2 1 4 4 ，n a 2 0 0 5 0 ，c a 0 1 3 4 ， 7 硕士学位论文第一章文献综述 金属化率9 1 4 9 ，铁的回收率达8 6 9 6 ，在技术上是可行的，产品海绵铁可以 代替废钢作为电炉炼钢的原料i lo 】。 罗道成等1 3 3 】利用氧化铝厂赤泥，配入a 型催化剂，采用煤基直接还原焙烧 渣铁，磁选分离冷固成型新工艺流程，生产出优质的直接还原铁团矿【2 9 】。 赣州有色冶金研究所和平果铝业公司按照国家“九五”重点科技攻关“赤泥 综合利用技术研究 专题在平果铝业公司生产技术处的组织领导下，进行了半工 业试验研究【1 ，6 1 0 列。选用2 台s l o n 型脉动高梯度磁选机作为选别设备，采用一粗 一精全磁选流程工艺。一粗一精开路流程试验指标，赤泥中t f e l8 8 8 ，获铁精 矿中t f e 5 4 1 6 ，铁回收率3 0 3 ：一粗一精闭路( 精选尾矿返回) 流程试验指 标，赤泥中t f e l 7 1 9 ，获得铁精矿中t f e 5 4 o , - , 5 8 ，铁回收率1 6 , - , 3 6 ，闭 路流程7 2 h 连续运转试验平均指标：赤泥中t f e l 8 9 9 ，铁精矿中t f e 5 4 6 5 ，回 收率3 5 2 8 t l , 3 。 1 3 平果赤泥选铁的研究现状与综合利用的前景分析 1 3 1 平果赤泥选铁的研究现状 平果赤泥中主要元素是铁、硅、铝、钙，此外还含有较为贵重的钒、钛和稀 有元素钪、稀土、钽、铌等金属，是一种宝贵的、丰富的二次资源。其中铁的含 量( 约为2 4 ) 的较高1 3 引，是精铁矿的新资源。 很多文献报道了平果赤泥综合利用，以廖春发等人 6 1 搜集的资料较全。何小 虎等人1 1 3 j 就平果赤泥的综合利用提出了好的建议。根据国外研究处理赤泥的经 验，一开始就从分离铁入手，现就平果赤泥进行过试验研究并予以公开报道的主 要有直接还原炼铁，直接选出铁精矿的提取等工作，以下将做简要介绍。 平果铝业公司以拜耳法赤泥为原料，以煤为还原剂，进行直接以还原焙烧 后磁选的实验研究【1 4 】。其工艺流程是将赤泥和煤混合、制团、干燥、然后进行 还原焙烧，最后磁选制取海绵铁。铁以海绵铁的形态产出，铁的回收率为8 7 ， 海绵铁含铁为8 4 ，金属化率为9 1 5 的技术指标【l4 1 。按此工艺流程和技术，年 处理3 5 万吨的平果铝厂拜耳法赤泥，每年可产海绵铁8 3 4 万吨。有关部门正在建 设抓紧对“平果铝土矿拜耳法赤泥综合利用回收有价金属 进行扩大实验【3 】。磁 选尾矿进行进一步处理后可以回收钛锆及其他稀有金属1 3 5 , 7 1 。 郑州轻研院和赣州冶金研究所合作，对平果铝土矿赤泥综合利用进行试验 研究p 27 。，工艺流程是先将平果铝土矿矿石在5 0 0 7 0 0 低温下进行简单焙烧， 拜耳法溶出后的赤泥用脉动高梯度磁选设备进行湿式强磁选，初步试验结果为： 铁精矿品位为5 4 5 6 ，铁回收率达3 0 ，磁选所得的铁精矿直接可以作为炼铁 8 硕士学位论文 第一章文献综述 原料，其它有价金属由于在尾矿中的富集，有利于用进一步物理或化学方法回收 0 4 0 上节曾提到梅贤功等人 3 6 1 及赣州有色冶金研究f 3 4 1 进行了赤泥提铁的研究。 梅贤功提出的配入a 型催化剂的赤泥煤基直接还原焙烧磁选分离冷固成型的工 艺阴。此种工艺是由高铁赤泥直接生产制备海绵铁，所用原料为广西贵港高铁 三水型铝土矿拜耳法赤泥。小试得到的铁精矿品位为9 1 7 9 ，铁回收率9 4 1 2 ， 金属化率9 1 1 5 ，这种产品可代替废钢作为炼钢的原料1 3 】。赣州有色冶金研究所 提铁的主要工艺路线为高梯度磁选机磁选产出铁精矿。闭路流程7 2 小时连续运转 平均指标为：赤泥中w ( t f e ) = 1 8 9 9 ，铁精矿中w ( t f e ) = 5 4 6 5 ，铁的回收 率3 5 2 8 。 综上所述，平果赤泥这一宝贵资源的综合利用工作开展不多，主要局限在铁 的利用提取f 3 5 1 。而这些研究都未能从根本上解决铁的分离问题。平果铝土矿高 铝高铁，还含有丰富的铌、钽、硒等有价元素，因此综合利用平果赤泥应当首先 回收其中的铁矿物，再回收其他有价元素。相对于国内外其他高铁铝土矿而言， 平果铝土矿含铁较低，回收赤泥中的铁不宜