钙化--碳化法处理含铁铝土矿尾渣中铁的还原性能研究

摘要

随着我国氧化铝生产的快速发展，我国的优质铝土矿资源储量已经很难满足现有的工业要求。基于此，我国储量较大的低品位、高铁等复杂铝土矿资源的高效利用越来越受到工业界和学术界的广泛关注。课题组提出了高铁铝土矿“钙化-碳化”法生产氧化铝的新方法:(1)通过铝土矿钙化溶出转型使硅全部转入钙铝硅化合物中;(2)使用CO2对钙化转型渣进行碳化处理;(3)将碳化渣进行低温碱溶后进行适度提铁。该方法突破了拜耳法生产氧化铝过程中钠、铝与硅的平衡物相，使赤泥中钠、铝含量理论上趋于零，得到能够直接用于水泥工业的新型结构赤泥。新型结构赤泥的主要成分为硅酸钙和碳酸钙，由此实现赤泥的无害化。 本文围绕新方法，研究云南文山高铁铝土矿经“钙化-碳化”低温溶铝后渣中铁的还原性能，探索铁在该过程中的行为及分离特点，为非传统铝土矿资源高效利用提供科学和实验依据;通过纯物质合成试验进行理论研究，探索新方法及还原过程含铁矿相转型中的科学问题，为高铁铝土矿的高效清洁利用提供必要的理论依据。主要研究内容如下: (1)对钙化碳化转型以及还原过程进行了热力学计算，结果表明:高温有利于钙化转型，碳化温度不易过高且CO2分压对反应影响不大;钙化过程中添加的过量氧化钙在还原过程中起到了碱性效果，破坏了还原过程中生成的铁橄榄石和铁尖晶石相，从而促进了氧化亚铁还原为金属铁的过程。 (2)通过合成纯铁水化石榴石考察其碳化分解渣的铁还原过程，实验结果表明:当钙化温度处于200℃到280℃之间时，可以生成稳定的铁水化石榴石相，经碳化溶铝后分解为氧化铁和水化石榴石。铁还原结果表明:在还原温度1050℃，时间1h，钙化温度为260℃时尾渣中铁还原的金属化率最高为77.2％，还原主要成分为金属铁，氢氧化钙以及铝硅酸钙。 (3)考察了高铁铝土矿直接溶出赤泥的直接还原过程，实验结果表明:原矿拜耳法直接溶出铝的相对溶出率仅为67.45％，当还原温度1050℃，时间1h，还原率为75.8％，物相主要为金属铁和铝硅酸钠以及部分铝硅酸钙钠。 (4)考察高铁铝土矿钙化碳化尾渣铁还原过程，实验结果表明:高铁铝土矿经钙化碳化溶铝，其相对溶出率为83.67％，远高于拜耳法溶出率。尾渣铁还原结果表明，在还原温度为1050℃时，还原时间2h，金属化率为80.5％，略高于拜耳法赤泥中铁直接还原的金属化率。 (5)碳酸钠的添加可有效提高赤泥及尾渣中铁的还原效果，当还原温度为1050℃，还原时间1h时，钙化碳化尾渣中铁还原金属化率最高为93.6％，高于赤泥中铁还原的金属化率86.7％。

目录

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摘要

1．1引言

1．2铝土矿资源概述

1．2．1世界铝土矿资源分布及特点

1．2．2我国铝土矿资源分布及特点

1．2．3我国铝土矿资源与世界铝土矿资源的比较

1．3化铝生产方法

1．3．1氧化铝传统生产方法

1．3．2氧化铝生产新工艺

1．4高铁铝土矿资源及利用技术

1．4．1高铁铝土矿资源分布及特点

1．4．2高铁铝土矿综合利用

1．5钙化-碳化法处理非传统铝资源新技术的提出

1．6本文选题意义及研究内容

1．6．1本文选题意义

1．6．2本文主要研究内容

2．1．1实验矿物

2．2主要实验设备

2．3实验方法

2．3．1磨矿实验

2．3．2高压溶出实验

2．3．3低温溶铝实验

2．3．4马弗炉焙烧实验

2．4分析方法

2．4．1 X射线衍射仪分析

2．4．2扫描电子显微镜分析

2．4．3 X射线荧光光谱仪分析

2．4．4比表面积分析

2．5相关计算

2．5．1配制母液的计算

2．5．2配矿量计算

2．5．3溶出液分子比及氧化铝溶出率的计算

2．6实验方案

第3章热力学计算

3．1铁水化石榴石的生成及分解过程热力学分析

3．1．2纯铁水化石榴石合成反应的热力学分析

3．1．3铁水化石榴石碳化反应热力学分析

3．2还原过程热力学

3．2．1铁氧化物还原热力学

3．2．2还原过程固相反应热力学

3．2．3固相反应产物还原热力学

3．3本章小结

第4章钙化碳化条件及纯物质实验研究

4．1钙化碳化条件的选择

4．1．1钙化过程钙硅比的选择

4．1．2碳化过程温度的选择

4．1．3碳化过程通气分压的选择

4．2铁水化石榴石的合成实验研究

4．3纯铁水化石榴石碳化分解过程研究

4．4钙化温度对渣中铁还原性能的影响

4．5本章小结

第5章高铁赤泥还原焙烧研究

5．1高铁铝土矿直接溶出实验

5．2还原温度对赤泥中铁还原性能的影响

5．3还原时间对赤泥中铁还原性能的影响

5．4煤粉添加量对赤泥中铁还原性能的影响

5．5碳酸钠添加剂对赤泥中铁还原性能的影响

5．6本章小结

第6章高铁钙化碳化渣还原焙烧研究

6．1高铁铝土矿钙化碳化及低温溶铝实验

6．1．1高铁铝土矿钙化实验

6．1．2高铁铝土矿碳化实验

6．1．3高铁铝土矿溶铝实验

6．2还原温度对钙化碳化渣中铁还原性能的影响

6．3还原时间对钙化碳化渣中铁还原性能的影响

6．4煤粉添加量对钙化碳化渣中铁还原性能的影响

6．5碳酸钠添加剂对钙化碳化渣中铁还原性能的影响

6．6钙化碳化渣与拜耳法赤泥还原性能比较

6．7本章小结

第7章结论

参考文献

致谢