高铁铝土矿铝铁分离技术研究

摘要

铁和铝是我国国民经济发展的重要原材料，然而我国铁矿石和铝土矿石资源相对贫瘠，人均占有量不足，后备资源不足，随着矿业经济的发展，我国资源对外依存度不断增加。高铁铝土矿在我国广西、福建、山西等地广泛分布，储量可观。因此，开发利用高铁铝土矿对推动我国矿业经济健康可持续发展有着极大的意义。
　　针对普通高铁铝土矿，通常采用磁选、浮选或磁浮联合流程分离铝铁;对于一些复杂的高铁铝土矿，需要通过磁化焙烧处理，以提高铁矿物的可选性，促进铝铁分离;而对于某些嵌布关系非常复杂的高铁铝土矿，常规分选法难以实现较好的分离，因此需要进行还原烧结处理，使得铝铁选择性富集到相应形式，从而实现铝铁分离。本课题系统的研究了在氧化钙添加剂、煤粉还原剂作用下高铁铝土矿高温还原烧结铝铁引导性分离机制，并对其相应的机理进行分析研究。
　　本文以四川某地高铁铝土矿为原料，运用化学分析、光学显微镜、X射线衍射(XRD)等检测手段进行了系统分析。分析结果表明矿石中含TFe22.56％，含Al2O336.26％;主要有用矿物为三水铝石、赤铁矿和褐铁矿，嵌布粒度较细;铝土矿主要以隐晶状、细小鳞片状产出，赤铁矿主要以他形粒状、不规则状、蜂窝状和胶状产出，褐铁矿以胶状、皮壳状土状产出;赤铁矿在三水铝石集合体边部以皮膜状紧密包裹在其周围，而三水铝石分布在赤铁矿的蜂窝状和胶状的空隙中，铝铁嵌布关系非常紧密。
　　分析了氧化钙添加量对还原烧结物料的金属化率、磁选效果、Al2O3浸出效果的影响，以磁选铁产品中Al2O3含量、富铝渣中TFe含量为评价指标考察铝铁分离效果。结果表明，氧化钙添加量为70％时，铝铁分离效果较好。研究了不同氧化钙用量下的还原烧结产品的物相组成和微观结构，结合可能发生的热力学反应分析可知CaO促进了铁矿物的还原，同时CaO与Al2O3和SiO2结合生成12CaO·7Al2O3和2CaO·SiO2等物质，从而实现了铝铁分离。
　　考察还原烧结温度、时间、配碳系数以及原矿粒度等对还原烧结物料的金属化率、磁选效果、Al2O3浸出效果的影响，以磁选铁产品中Al2O3含量、富铝渣中TFe含量为评价指标考察各还原烧结制度对铝铁分离效果的影响，确定了最优的还原烧结条件，还原温度为1350℃，时间为20min，配碳系数为2，原矿粒度为-0.18mm。分选时磨矿细度为-0.074mm91％，磁场强度为60kA/m，可得到磁选铁产品TFe含量89.83％，回收率84.08％的最优磁选效果。
　　高铁铝土矿还原烧结实际上是失水后矿石中的铁氧化物还原和铝氧化物钙盐化的综合过程。在不同还原温度、还原气氛下铁氧化物进行着不同程度的直接还原反应和间接还原反应，从而最终还原成金属铁。铝氧化物钙盐化过程实际上是添加剂CaO与矿石中的Al2O3、SiO2的固相反应，控制温度、配钙量可以使得这些化合物结合生成目的物料12CaO·7Al2O3和2CaO·SiO2。
　　在高铁铝土矿还原烧结过程中，各反应在不同阶段不同程度的进行。在950℃时，铁氧化物开始发生还原，低价的铁氧化物开始转变为Fe3O4，同时铝氧化物的钙盐化也开始缓慢进行。随着温度的升高，铁氧化物的还原和Al2O3的钙盐化程度加深。在温度达到1325℃时物料中出现局部微熔现象，铝铁分离效果得到明显改善，1350℃时铁氧化物得到最大程度的还原，Al2O3较大程度的结合成了易溶的12CaO·7Al2O3，铁粒从渣相中脱离出来，高铁铝土矿中的铝铁得到分离。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 我国铝铁资源现状

1．1．1 我国铝土矿资源现状

1．1．2 我国铁资源现状

1．2 高铁铝土矿分布现状

1．2．1 福建漳浦高铁铝土矿

1．2．2 海南文昌铝土矿

1．2．3 广西贵港铝土矿

1．2．4 桂西高铁铝土矿

1．2．5 山西保德高铁铝土矿

1．3 高铁铝土矿综合利用工艺研究现状

1．3．1 常规铝铁分离工艺

1．3．2 铁矿物磁化焙烧铝铁分离法

1．3．3 铁矿物还原烧结铝铁分离法

1．4 课题研究的意义和主要内容

1．4．1 课题研究的意义

1．4．2 课题的主要研究内容

第2章 试验原料、试剂、仪器设备及方法

2．1 试验原料

2．1．1 试验原料的来源及制备

2．1．2 还原剂的制备

2．2 试验试剂及设备

2．2．1 试验试剂

2．2．2 试验设备

2．3 研究方法

2．3．1 还原烧结

2．3．2 磁选提铁-溶出得铝

2．3．3 检测方法

2．4 配碳系数

2．5 评价指标

2．5．1 金属化率

2．5．2 氧化铝的溶出率

第3章 高铁铝土矿矿石性质研究

3．1 矿石成分分析

3．1．1 矿石的化学多元素分析

3．1．2 矿石的矿物组成和相对含量

3．2 主要矿物的嵌布特性

3．2．1 主要矿物的嵌布粒度

3．2．2 铁矿物产出特征

3．2．3 铝矿物产出特征

3．2．4 铁矿物和铝矿物共生关系

3．3 本章小结

第4章 氧化钙对高铁铝土矿铝铁分离影响研究

4．1 氧化钙用量对高铁铝土矿铝铁分离的影响

4．1．1 不同氧化钙用量下高铁铝土矿烧结产品分选试验

4．1．2 氧化钙用量对高铁铝土矿铝铁分离效果分析

4．2 不同氧化钙用量还原烧结产品组成及微观结构研究

4．2．1 不同氧化钙用量烧结产品组成分析

4．2．2 不同氧化钙用量烧结产品微观结构研究

4．3 氧化钙对高铁铝土矿还原烧结体系的影响

4．3．1 无氧化钙添加时还原烧结过程

4．3．2 氧化钙在铁氧化物还原过程中的作用

4．3．3 氧化钙在铝氧化物钙盐化过程中的作用

4．4 本章小结

第5章 还原烧结制度对高铁铝土矿铝铁分离影响研究

5．1 还原烧结温度对高铁铝土矿铝铁分离的影响

5．1．1 不同还原烧结温度下烧结产品分选试验

5．1．2 还原烧结温度对高铁铝土矿铝铁分离效果研究

5．1．3 还原烧结温度对高铁铝土矿钙盐化烧结的影响机制

5．2 还原时间对高铁铝土矿铝铁分离的影响

5．2．1 不同还原烧结时间下烧结产品分选试验

5．2．2 还原烧结时间对高铁铝土矿铝铁分离效果研究

5．2．3 还原烧结时间对高铁铝土矿钙盐化烧结的影响机制

5．3 配碳系数对高铁铝土矿铝铁分离的影响

5．3．1 不同配碳系数下烧结产品分选试验

5．3．2 配碳系数对高铁铝土矿铝铁分离效果研究

5．3．3 配碳系数对高铁铝土矿钙盐化烧结的影响机制

5．4 原矿粒度对高铁铝土矿铝铁分离的影响

5．4．1 不同原矿粒度烧结产品分选试验

5．4．2 原矿粒度对高铁铝土矿铝铁分离效果研究

5．4．3 原矿粒度对高铁铝土矿钙盐化烧结的影响机制

5．5 高铁铝土矿铝铁分离工艺的确定

5．5．1 高铁铝土矿还原烧结产品磨矿条件试验

5．5．2 高铁铝土矿还原烧结产品磁选条件试验

5．6 铝铁分离产品分析

5．6．1 铁产品分析

5．6．2 溶渣成分分析及其制水泥的可能性

5．7 本章小结

第6章 高铁铝土矿还原烧结过程相变机制研究

6．1 铁氧化物还原的基本理论

6．1．1 铁氧化物的直接还原

6．1．2 铁氧化物的间接还原

6．2 铝酸钙形成理论基础

6．2．1 还原烧结过程的固相反应理论

6．2．2 还原烧结的固相反应过程

6．3 高铁铝土矿还原烧结过程研究

6．3．1 高铁铝土矿还原烧结过程分析

6．3．2 高铁铝土矿还原烧结铝铁分离过程示意模型

6．4 小结

第7章 结论

参考文献

致谢