赤泥直接还原反应行为及其还原强化研究

摘要

随着我国钢铁工业的快速发展，钢铁工业对铁矿石的需求逐年上升，高品位富矿和易选冶铁矿资源的日益减少，使一些复杂含铁矿物资源的综合开发利用具有重要的现实意义。赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的主要废弃物，其中的有价元素具有综合开发利用价值。 本文研究的赤泥是广西高铁三水型铝土矿经拜耳法溶出后得到的赤泥，赤泥中含较高的铁、铝、硅氧化物，铝、铁嵌布关系十分复杂，部分铝以类质同象形式存在于铁矿物中，常规方法难以分离铁和其它脉石矿物，采用煤基，直接还原工艺可以实现铁和其它脉石矿物分离。本文综合运用X-射线衍射、光学显微镜、扫描电镜等分析方法，研究了直接还原过程中铁、铝、硅的反应行为，为含高铝、硅的铁矿物的还原分选提供理论指导，论文的主要结论和创新点如下： （1）赤泥煤基直接还原-磁选分离研究表明：随着还原温度升高，还原时间延长，还原产品磁选分离效果显著提高。当还原温度为1150℃，还原时间为180min，磨矿细度-0.074mm含量占89.7％，磁场强度为8×104A/m的条件下得到磁选精矿TFe为72.07％和铁回收率在79.34％的铁精矿。 （2）对赤泥反应行为研究表明：赤泥中矿物在还原过程中受热发生一系列相变反应，其中针铁矿、三水铝石、一水铝石、高岭石首先脱水，然后变成氧化铁、氧化铝和二氧化硅等。还原过程中反应热力学分析表明，铁氧化物还原生成的FeO相和Al2O3和SiO2反应生成铁橄榄石和铁尖晶石，这些化合物的生成不利FeO相还原成金属Fe相。运用光学显微镜、X-射线衍射、扫描电镜分析赤泥还原产品表明，还原产品铁晶粒颗粒细小，分布分散；铁橄榄石和铁尖晶石等低熔点物生成增加了还原难度，且低熔点物包裹着铁晶粒颗粒，阻碍了还原气体的扩散与迁移，还原分选变得困难；铝、硅影响铁氧化物还原行为研究表明，铝、硅氧化物和铁氧化物之间相互扩散并发生固相反应，在FeO大量生成阶段对铁还原影响最大，随还原进行影响逐渐减小，氧化铝相对二氧化硅来说影响铁还原程度大些。 （3）添加剂强化赤泥还原研究表明：单独使用CaF2和Na2CO3效果不如两种配合使用，还原温度1150℃，还原时间180min，磨矿细度-0.074mm含量占77.3％，磁选磁场强度8×104A/m的条件下，配加5％CaF2+5％Na2CO3后，还原产品经磨矿磁选得到的精矿TFe品位为85.14％，铁回收率达到87.89％。添加剂促进赤泥还原机理分析表明，CaF2和Na2CO3使还原过程中铁橄榄石和铁尖晶石的生成得以抑制，FeO相能更有效的还原成金属铁，且金属铁晶粒容易长大并相互兼并成连续铁晶相，金属铁和其它低熔点物质分界面明显，还原分离效果显著。

目录

文摘

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声明

第一章文献综述

1.1氧化铝工业和赤泥特征

1.1.1氧化铝工业与赤泥产生

1.1.2赤泥的基本性质

1.2赤泥的综合利用现状概况

1.2.1作为建筑材料

1.2.2作为塑料填料

1.2.3作为农业肥料

1.2.4作为陶瓷原料

1.2.5作为工业催化剂

1.2.6有价金属回收利用

1.3广西高铁三水型铝土矿资源及利用概况

1.3.1广西高铁三水型铝土矿资源特点

1.3.2广西高铁三水型铝土矿资源开发利用研究现状

1.3.3广西高铁三水型铝土矿拜耳法溶出赤泥开发利用工艺

1.4赤泥直接还原理论研究现状

1.4.1赤泥直接还原热力学研究

1.4.2赤泥直接还原动力学研究

1.5论文选题的目的意义和主要研究内容

第二章原料性能及研究方法

2.1试验原料及性能

2.1.1赤泥

2.1.2还原煤

2.1.3主要试剂

2.2研究方法

2.2.1试验流程

2.2.2试验方法与设备

2.2.3还原机理研究方法

第三章高铁赤泥直接还原-磁选试验研究

3.1赤泥直接还原焙烧研究

3.1.1还原温度

3.1.2还原时间

3.2赤泥还原矿磨矿-磁选研究

3.2.1磨矿粒度

3.2.2磁场强度

3.3本章小结

第四章赤泥还原过程中铁、铝、硅反应行为

4.1赤泥还原初期受热相变及反应热力学分析

4.1.1赤泥还原初期受热相变反应

4.1.2赤泥还原过程发生反应热力学

4.2赤泥还原反应行为研究

4.2.1低熔点物形成及对铁氧化物还原影响

4.2.2铁氧化物还原反应行为

4.2.3铝、硅化合物的反应行为

4.3本章小结

第五章添加剂强化赤泥铁矿物还原研究

5.1添加剂强化赤泥铁矿物还原理论基础

5.1.1添加剂参与铁矿物还原反应热力学

5.1.2添加剂催化铁氧化物还原

5.2添加剂对赤泥还原的试验研究

5.2.1添加剂种类对赤泥还原的影响

5.2.2添加剂用量对赤泥还原的影响

5.3添加剂促进赤泥还原机理研究

5.3.1添加剂对赤泥还原产物物相变化影响

5.3.2添加剂对赤泥还原产物显微结构变化影响

5.3.3添加剂对赤泥还原产物形态与分布变化影响

5.3.4添加剂促进赤泥还原机理分析

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果