拜耳法赤泥地聚物合成及铁对地聚物影响的研究

发布时间：2020-06-04 12:02

【摘要】：拜耳法赤泥是氧化铝厂以拜耳法工艺生产氧化铝后产生的碱性残渣,由于其碱度高,成分复杂,其综合利用一直是世界性难题。本文研究的赤泥来源于中国铝业集团山东分公司,其以印尼进口铝土矿为原料,产生的赤泥中Fe_2O_3含量高达30.77 wt%。本论文研究了赤泥热-碱活化预处理制备地聚物,赤泥还原焙烧后磁选回收铁,以及磁选残渣制备地聚物的性能,探讨了铁元素对地聚物反应过程的影响。主要研究内容如下:1.赤泥热-碱活化预处理直接制备地聚物的研究热-碱活化的方法可改变赤泥物相组成,提高赤泥活性。探究了焙烧温度、焙烧时间、Na_2O掺量对赤泥活性的影响,以铝、硅元素溶出率为评价手段。结果表明:在焙烧温度为800°C、焙烧时间为60 min、Na_2O掺量为15.0 wt%时,活化赤泥的Al、Si溶出率分别达到40.32 wt%、9.76 wt%。经过热-碱活化,赤泥中三水铝石分解、水合铝硅酸钠转变成钠霞石相。利用活化赤泥制备地聚物,探究了热-碱活化过程中Na_2O掺量、净浆过程中额外Na_2O掺量以及赤泥-粉煤灰添加比例对地聚物性能的影响。实验结果表明:在Na_2O掺量为5.0 wt%时,地聚物28 d抗压强度最佳,达到23.86 MPa;在活化预处理中添加Na_2O焙烧的效果明显优于地聚物合成过程中再添加Na_2O的效果;过量的碱会破坏地聚物结构,导致强度降低;热-碱活化赤泥在赤泥-粉煤灰地聚物中合适的掺量为50 wt%;钠霞石相在碱性环境中溶解并参与地聚物反应,生成稳定的凝胶状地聚物水化产物。2.赤泥还原焙烧回收铁及磁选残渣制备地聚物的研究在高温条件下,利用煤粉对赤泥进行还原焙烧,再磁选分离回收铁,探究了焙烧温度、焙烧时间、煤粉掺量对铁回收效果的影响。实验结果表明:焙烧温度的升高可提高磁选精矿的铁回收率,但会导致精矿品位的降低;延长焙烧时间使铁回收率呈先上升后下降的趋势,主要原因是还原气氛的减弱导致磁铁矿再度被氧化成赤铁矿;适量提高煤粉的掺量可提高炉内的还原气氛,有助于赤铁矿的还原。最终得到赤泥中铁回收的优化还原条件为:900°C焙烧60 min,煤粉掺量为5.0 wt%,磁选次数为1次,激磁电流为1 A,此时铁回收率及精矿品位分别达到49.41 wt%和56.88 wt%,基本能满足冶炼用铁矿石的要求。经过热-碱活化还原焙烧及磁选工序后,磁选残渣制备的地聚物仍有20 MPa左右,铁还原-磁选-地聚物制备这一赤泥综合利用方案是可行的。3.赤泥中铁元素对地聚物性能的影响规律研究利用含不同铁物相的赤泥制备地聚物,探究铁元素对地聚物性能的影响,并对铁元素在地聚物制备过程中的转变规律进行了分析。结果表明:铁元素在赤泥中的存在形态相对于Si、Al的形态转变来说对地聚物性能影响较小,在现有的实验研究中,Si、Al的形态转变对地聚物性能的影响掩盖了Fe的形态变化对地聚物性能的影响。铁元素在赤泥中以赤铁矿和类质同相形式存在,在热-碱活化过程中,铝硅酸盐矿物的分解会导致部分类质同相形式的铁元素由八面体结构向四面体结构和赤铁矿转变;在地聚物反应中,四面体结构的铁元素会与铝硅酸盐重组再度生成八面体结构的矿物;赤铁矿不会参与地聚物反应。本文研究了拜耳法赤泥还原焙烧-磁选回收-地聚物制备技术,并研究了铁元素对地聚物性能的影响,对高铁赤泥的综合利用具有一定的参考价值。
【图文】：

堆存,赤泥,赤泥坝,匈牙利

图 1-2 2010 年匈牙利某铝厂赤泥坝溃坝事故年来，“干堆存”成为了赤泥堆存最主流的方式。按照赤泥含水率的差可被分成干泥堆存（含水率 48-55%）和干化堆存（含水率>65%）。干泥浓缩成可流动的糊状，再利用管道将赤泥将输送入具有一定倾斜角度的让其自然流动形成均匀的赤泥堆积层，同时利用赤泥自身的压力排出渗可返回氧化铝生产流程；干化堆存是将赤泥脱水形成干泥饼状，然后运，此方法能有效规避高碱度赤泥渗滤液的泄露和其它污染问题。泥的干堆存能大大减少赤泥堆场的占地面积，同时在一定程度上降低潜坝风险，但是这种方法也存在处理成本较高、受降水限制和扬尘污染等之，目前急需有效的赤泥综合利用途径来缓解大量赤泥堆存处置的难题赤泥的综合利用随着日益增加的赤泥堆存量而引发的一系列环境和经济问题已引起各

SEM图,赤泥,掺量,霞石

图 3-10 不同 Na2O 掺量焙烧赤泥 SEM 图：(a) RM-0N; (b) RM-5N3.5 本章小结本章探究了焙烧温度、焙烧时间、Na2O 掺量对赤泥 Al、Si 溶出率的影响，利用XRD、FTIR 等技术分析了赤泥在活化焙烧前后的物相转变规律及微观形貌，主要结论如下：（1）随着焙烧温度的提高，赤泥中发生了部分物相的分解，主要是 300oC 左右三水铝石的分解、640oC 左右的铝硅酸盐矿物的分解和 974oC 碳酸钙的分解。焙烧温度的提高很难进一步改变的赤泥的物相，赤泥中可分解的矿物在 60 min 便能完全分解。（2）随着 Na2O 掺量的提高，铝、硅元素在碱液中的溶出率出现明显的提高，在Na2O 掺量为 15.0 wt%时，，热-碱活化赤泥的 Al、Si 溶出率分别为 40.32 wt%和 9.76 wt%。（3）在热-碱活化过程中，随着 Na2O 掺量的提高，原赤泥中的部分水合铝硅酸钠相转变为霞石相，焙烧体系中多余的 NaO 会引入碳酸根与霞石相结合生成钠霞石
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X758

【参考文献】