高铁铝土矿还原焙烧-磁选除铁试验研究

摘要

我国铝土矿资源经长期开采后高铝矿石保有储量迅速下降，铝土矿资源匮乏问题日益突出。石油压裂支撑剂是石油开采压裂作业的重要材料，高品质的铝土矿是生产石油压裂支撑剂的主要原料。虽然我国高铁铝土矿的储量相对丰富，但是其铁氧化物含量超过15％，致使其应用受到很大限制。譬如:由于高铁铝土矿含铁量过高，所制各的石油压裂支撑剂的耐腐蚀强度等产品性能受到严重影响，从而制约了高铁铝土矿在这一领域的应用。研究高铁铝土矿的高效除铁，生产石油压裂支撑剂实现资源高值化利用，对解决铝土矿资源匮乏问题和促进经济社会发展，具有重要的现实意义。
　　本研究以广西某高铁铝土矿为研究对象，通过XRD和化学分析方法确定其矿物组成。分析得出该铝矿物主要为一水硬铝石，铁矿物的主要存在形式为赤铁矿和针铁矿，此外还包括一些方解石、粘土和石英等。铝土矿中一水硬铝石与其他组分以伴生方式存在，研究中通过研磨实现各矿物组分的解离，然后通过还原焙烧将铝土矿中铁氧化物还原成有磁性的单质铁与Fe3O4，最后进行磁选分离，达到除铁的目的。
　　本研究利用铝土矿的煤基直接还原原理，选用煤粉作为还原剂，研究焙烧温度、焙烧时间、还原剂投加量以及添加剂Na2CO3和CaF2对高铁铝土矿铁氧化物还原的影响，并探讨磁场强度和物料粒径等磁选工艺条件。研究得出还原焙烧的最佳工艺条件:焙烧温度1150℃，保温时间180min，添加剂3％Na2CO3+3％CaF2，还原剂投加量25％;磁选的条件为:粒径为80％过200目筛，磁场强度150KA/m。在此最佳条件下，分离所得铝土矿铝品位达65.85％，铁含量降到4.0％，满足生产石油压裂支撑剂的铝土矿原料的铁含量要求。
　　最后，高铁铝土矿经过还原焙烧-磁选除铁以后，以其作为原料制备石油压裂支撑剂，并对所制备的石油压裂支撑剂的主要性能指标进行检测。石油压裂支撑剂的视密度3.41g/cm3，体密度1.76g/cm3，破碎率0.7(52mPa)、酸溶解度4.2％均满足《压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法》（SY/T5108-2006）的指标要求。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 支撑剂概述

1．1．1 支撑剂的发展历程

1．1．2 支撑剂的国内外研究现状

1．1．3 国内压裂支撑剂的问题

1．1．4 石油压裂支撑剂发展趋势

1．2 国内外铝土矿除铁研究现状

1．2．1 “先选后冶”工艺

1．2．2 “先铝后铁”工艺

1．2．3 “先铁后铝”工艺

1．3 还原焙烧研究现状和原理

1．3．1 还原焙烧研究现状

1．3．2 还原焙烧原理

1．4 本课题的研究目的、意义及研究内容

第二章 实验原料和方法

2．1 实验原料

2．1．1 铝土矿

2．1．2 煤粉

2．1．3 主要试剂

2．2 实验方法

2．2．1 高铁铝土矿还原焙烧-磁选工艺

2．2．2 石油压裂支撑剂

2．2．3 实验仪器

2．3 本章小结

第三章 高铁铝土矿除铁提铝工艺研究

3．1 铁氧化物还原焙烧工艺

3．1．1 焙烧温度

3．1．2 焙烧时间

3．1．3 还原剂投加量

3．1．4 添加剂对铁铝分离效果的影响

3．2 磁选条件对铁铝分离效果的影响

3．2．1 磁场强度

3．2．2 颗粒粒径

3．3 还原焙烧机理研究

3．3．1 热重分析

3．3．2 反应过程中物相变化

3．3．3 反应过程微观结构变化

3．4 本章小结

第四章 制备石油压裂支撑剂的试验研究

4．1 试验原料

4．2 工艺流程

4．2．1 配料

4．2．2 成球

4．2．3 烧成

4．3 性能分析

4．4 石油压裂支撑剂XRD、SEM分析

4．4．1 石油压裂支撑剂XRD分析

4．4．2 石油压裂支撑剂SEM分析

4．5 本章小结

结论与展望

参考文献

读学位期间发表论文

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致谢