铁铝共生矿熔分还原过程矿相转变行为研究

摘要

我国铁铝共生资源储量巨大，但其铁铝品位达不到炼铁和生产氧化铝所需的矿石品位，因此只有综合提取铁、铝等有价元素才具有较大的经济价值，这也是解决我国铁铝资源匮乏问题的途径之一。本文基于“转底炉还原-铝酸钙渣铁高温熔化分离-铝酸钙渣提取氧化铝”工艺，以广西贵港铁铝共生矿、煤、分析纯CaCO3为原料，系统研究了配钙量、配煤量、熔分温度、熔分时间和A/S等条件对熔分还原过程铁铝矿相的形成、转变以及铝酸钙渣浸出性能和自粉性能的影响规律，并研究了预还原阶段的配钙量和配煤量对熔分还原矿相转变和渣中FeO含量的影响规律。主要研究结果如下:
　　在相同的熔分还原C/A（扣除与SiO2结合成2CaO·SiO2的CaO后，剩余CaO与Al2O3的摩尔比）条件下，预还原C/A对熔分还原铝酸钙渣物相组成有一定影响，2CaO·Al2O3·SiO2与CaO的转熔反应起主要作用。预还原C/A=0.4时，熔分还原铝酸钙渣中出现CaO·Al2O3，12CaO·7Al2O3含量为15％左右，随着预还原C/A的提高，铝酸钙渣中CaO·Al2O3消失，12CaO·7Al2O3含量提高并稳定在20％左右;2CaO·SiO2和2CaO·Al2O3·SiO2含量随预还原C/A的提高均呈现先升高后降低的趋势。为使铝酸钙渣中含铝物相主要以12CaO·7Al2O3形式存在，预还原C/A应达到0.6以上。
　　在相同熔分还原C/O（C原子与铁氧化物中氧原子的摩尔比）条件下，预还原C/O从0.5升高至1.6时，铁氧化物还原效果变好，预还原球团FeO含量从9.7％降低至7.09％。FeO含量过低，渣相溶化性温度和粘度升高，不利于固体碳还原FeO，终还原效果变差;FeO含量过高，终还原负担增大。当预还原C/O为0.8时，终还原铝酸钙渣中FeO含量最低。
　　熔分还原C/A在1.4～1.8范围内，随着C/A的提高，在CaO-Al2O3-SiO2三元相图上，2CaO·SiO2与组分点的连线远离2CaO·Al2O3·SiO2成分点并且更接近12CaO·7Al2O3成分点，渣中2CaO·Al2O3·SiO2含量持续降低，12CaO·7Al2O3含量升高且在C/A=1.7时达到最大值，继续提高C/A，12CaO·7Al2O3向3CaO·Al2O3转化，其含量略微下降，并且12CaO·7Al2O3的晶格常数呈先减小后变大的趋势;铁氧化物的还原变差，渣中残留FeO增多提高;β-2CaO·SiO2向γ-2CAO·SiO2转化率提高，但原因尚不明确。
　　C/O对铝酸钙渣矿相转变影响不大。当C/O在0.6～1.2范围内，C/O的提高使渣相粘度增大，铁相聚集效果变差，C/O为1.2时，铁相分散为多个小铁珠，渣中残留FeO增多，铝酸钙渣氧化铝浸出效果变差。
　　熔分温度从1450℃高至1600℃时，12CaO·7Al2O3含量逐渐降低直至消失，3CaO·Al2O3逐渐生成，铝酸钙渣氧化铝浸出性能变差。熔分温度为1450℃时，铁相以海绵铁形态聚集，提高熔分温度后，铁相聚集为大铁珠。在1500℃以上，提高熔分温度会使得渣中FeO残留量降低。
　　保温时间从15min延长至60min时，铝酸钙渣物相组成基本相似，2CaO·Al2O3·SiO2的转熔反应进行更充分，其含量略微降低，12CaO·7Al2O3晶格常数逐渐变小;渣中FeO还原反应未达平衡，其含量随时间的延长持续降低，且在30mm～45min之间FeO的还原速率最快。
　　A/S为1.9～2.2时，铝酸钙渣中有大量2CaO·SiO2生成，自粉效果良好，自粉率均在98％以上;继续提高A/S，SiO2含量降低，2CaO·SiO2生成量随之降低，自粉效果变差;当A/S为3时，自粉率已降至14.88％。由XRD图谱的半定量计算可知，当2CaO·SiO2含量低于18.17％时，炉渣自粉效果开始变差。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 我国铁铝共生资源综合利用现状

1．1．1 我国铁铝共生矿资源特点

1．1．2 我国铁铝共生矿铁铝分离技术研究现状

1．2 铝酸钙炉渣基础研究现状

1．2．1 CaO-A12O3-SiO2-Fe2O3四元系热力学基础

1．2．2 铝酸钙炉渣的熔化性能

1．2．3 铝酸钙渣物相组成的影响因素

1．3 煤基直接还原铁机理及发展现状

1．3．1 含碳球团铁还原及聚集机理

1．3．2 我国煤基还原铁技术发展现状

1．4 本文研究意义和内容

1．4．1 本文研究意义

1．4．2 主要研究内容

2．1 试验原料

2．2 试验设备

2．3 试验方法

2．3．1 预还原球团的制备

2．3．2 熔分还原试验

2．3．3 铝酸钙渣标准浸出试验

2．3．4 物相分析

第3章 预还原配料对熔分还原铁铝矿相形成影响研究

3．1 预还原C/A对熔分还原铝酸钙渣矿相组成的影响

3．2 预还原C/O对熔分还原铝酸钙渣FeO残留量的影响

3．3 本章小结

第4章 熔分还原配料和工艺对铝酸钙渣矿相形成的影响

4．1 熔分还原铝酸钙渣Fe相赋存状态研究

4．2 不同C/A对熔分还原铁铝矿相形成的影响

4．2．1 C/A对熔分还原铝酸钙渣矿相转变的影响

4．2．2 C/A对铝酸钙渣FeO残留量的影响

4．3 不同C/O对熔分还原铁铝矿相形成的影响

4．3．1 C/O对熔分还原铝酸钙渣矿相转变的影响

4．3．2 C/O对铝酸钙渣铁相还原的影响

4．4 熔分温度对熔分还原铁铝矿相形成的影响

4．4．1 熔分温度对熔分还原铝酸钙渣矿相转变的影响

4．4．2 熔分温度对铝酸钙渣FeO残留量的影响

4．5 保温时间对熔分还原铁铝矿相形成的影响

4．5．1 保温时间对熔分还原铝酸钙渣矿相转变的影响

4．5．2 保温时间对铝酸钙渣FeO残留量的影响

4．6 A/S对铝酸钙渣自粉性能的影响

4．7 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢