拜耳法赤泥还原焙烧工艺分析资料

拜耳法赤泥复原焙烧工艺分析《环境污染与防治杂志》2023年第十一期摘采要用正交实验，考察焙烧温度、焙烧时间、还原剂和添加剂用量对拜耳法赤泥还原焙烧效果的影响。结果表明，在焙烧温度为１０８０℃，焙烧时间为７０ｍｉｎ，赤泥、还原剂、添加剂质量比为１００∶９∶７的最优条件下还原焙烧赤泥，经过磁选，赤泥中的含铁矿物得到富集，精矿品位平均为６７．３６％，回收率平均为８５．５４％。用热重〔ＴＧ〕／差示扫描量热〔ＤＳＣ〕分析、扫描电子显微镜〔ＳＥＭ〕分析、Ｘ射线衍射〔ＸＲＤ〕分析以及质量磁化率测定等方法，对赤泥还原焙烧前后的理化特性进行研究，证实经过还原焙烧，赤泥中Ｆｅ２Ｏ３转化为Ｆｅ关拜３键耳Ｏ词法４赤和泥Ｆ；ｅ还。原焙烧；磁选；铁；理化特性我国是世界上自然资源浪费最严重的国家之一，因此资源再生利用是当前一个重要的研究方向。赤泥是Ａｌ２Ｏ３生产过程中产生的主要固体废弃物，因含大量Ｆｅ２Ｏ３而呈红色，故名赤泥［１－２。赤泥产出量因矿石品位、生产方法、技术水平不同存在差异，每生产１ｔＡｌ２Ｏ３同时产出０．８～２．０ｔ赤泥［３。目前，全世界每年赤泥产出量超过７０００万ｔ，我国就多达３０００万ｔ；至２０１５年，已有３．５亿ｔ赤泥堆存［４－５。赤泥综合利用的研究已开展多年，也取得了一些成就，如利用赤泥吸附ＣＯ２，作为助凝剂、吸附剂和催化剂［６－８，制作水泥及胶凝材料［９－１１，制备微晶玻璃［１２，提取有价金属［１３－１４］等，但大规模的工业应用仍然存在诸多难题。近年来，赤泥中有用矿物提取和综合利用方面的研究屡见报道，而对赤泥理化特性的研究仍较缺乏。本研究以拜耳法赤泥为对象，考察还原焙烧对赤泥理化特性的改良效果。１实验材料与方法１．１原料实验所用拜耳法赤泥来自山东某Ａｌ２Ｏ３厂，其主要化学成分如表１所示。用无烟煤作为还原剂，该无烟煤的工业分析如表２所示。实验中以无水Ｎａ２ＣＯ３作为添加剂增强还原效率。１．２仪器设备选用智能箱式高温炉作为高温加热设备，ＳＳＣ－Φ５０磁选管作为磁选设备。分析检测仪器包括Ｄ８ＡＤ－ＶＡＮＣＥ型Ｘ射线衍射〔ＸＲＤ〕仪、ＭＳ２型便携式磁化率仪、ＣＡＭＢＲＩＤＧＥＳ－３６０型扫描电子显微镜〔ＳＥＭ、ＳＴＡ６０００型热分１重析．〔仪３Ｔ。方Ｇ法〕将／赤差泥示、扫无描烟量煤热、〔无Ｄ水ＳＮＣａ〕２同Ｃ步Ｏ３混合，进行还原焙烧，得到的产物本研究中简称为原矿。将原矿磨矿２０ｍｉｎ，使含铁矿物与非铁矿物充分分离，之后进行磁选。磁选管激磁电流设定为２．５Ａ。采用正交实验，研究焙烧温度、焙烧时间、还原剂和添加剂用量等因素对赤泥还原焙烧效果的影响，各因素水平如表３所示，其中赤泥、还原剂质量比和赤泥、添加剂质量比分别简称为赤泥∶还原剂和赤泥∶添加剂。２结果与分析２．１还原焙烧和磁选将焙烧温度为１０８０℃、焙烧时间为４０ｍｉｎ、赤泥∶还原剂为１００∶１９、赤泥∶添加剂为１００∶３的条件下得到的原矿进行磁选，升级为精矿，磁选次数对原矿的影响如表４所示。１次磁选后，精矿产率太低，易造成精矿流失，２～３次磁选后，精矿产率相差不大，考虑到３次磁选对时间和动力耗费较大，本研究将磁选次数统一设为２次。正交实验结果见表５。从精矿品位看，最优方案为Ａ３Ｂ２Ｃ２Ｄ２，影响程度依次为Ａ＞Ｂ＞Ｄ＞Ｃ；从精矿产率看，最优方案为Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３，影响程度依次为Ｄ＞Ｃ＞Ａ＞Ｂ；从回收率看，最优方案为Ａ３Ｂ１Ｃ３Ｄ３，影响程度依次为Ｄ＞Ａ＞Ｃ＞Ｂ。在正交实验中，不同指标的重要程度存在差异，各因素对不同指标的影响程度也不尽相同。评价赤泥中还原焙烧效果的首要指标是精矿品位，其次是回收率，再次是精矿产率。结合表３和表５可知，对于精矿品位，焙烧温度是主要因素，焙烧时间次之，焙烧温度、焙烧时间的最优因素水平为Ａ３、Ｂ２；赤泥∶添加剂对于精矿产率和回收率均为最主要因素，但对精矿品位的影响不大，赤泥∶添加剂最优因素水平为Ｄ３；赤泥∶还原剂对精矿品位影响最小，对精矿产率和回收率的影响也较小，从节约还原剂用量考虑，赤泥∶还原剂的最优因素水平为Ｃ１。因而，本次正交实验的最优方案确定为Ａ３Ｂ２Ｃ１Ｄ３，即焙烧温度１０８０℃，焙烧时间７０ｍｉｎ，赤泥∶还原剂１００∶９和赤泥∶添加剂１００∶７〔即赤泥、还原剂、添加剂质量比１００∶９∶７。对上述最优方案进行验证，结果如表６所示。３组实验精矿品位平均为６７．３６％，富集比平均为２．５２，精矿产率平均为３４．０１％，回收率平均为８５．５４％。高炉炼铁要求精矿品位高于５６炼２％铁．［。２１理５化，特故性赤分泥析经还原焙烧后可用于高炉２．２．１ＴＧ／ＤＳＣ分析对赤泥进行ＴＧ／ＤＳＣ分析，结果如图１所示。赤泥的ＴＧ曲线呈先陡峭后平缓直至稳定的趋势。温度低于４００℃，赤泥质量大幅减少主要是由于吸附水和有机物挥发。温度为４００～９００℃，赤泥质量减少较平缓，可能是含水矿物中的结晶水挥发所致。温度高于９００℃，赤泥质量趋于稳定。ＤＳＣ曲线在９６０℃有１个热２较状．小态２的。．放２热Ｘ峰Ｒ，Ｄ除分此析之先外对，赤赤泥泥进基行本Ｘ处Ｒ于Ｄ吸分析。根据正交实验结果，选取最优方案进行赤泥还原焙烧，还原焙烧后，再对原矿和精矿进行ＸＲＤ分析，结果如图２所示。赤泥中主要矿物为Ｎａ７．８８〔Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ２４〕〔ＣＯ３〕０．９３、Ｆｅ２Ｏ３和ＳｉＯ２。原矿的主要矿物为Ｆｅ、Ｆｅ３Ｏ４、ＫＮａ３〔ＡｌＳｉＯ４〕４和ＣａＴｉＯ３，说明赤泥经过还原焙烧后，Ｆｅ２Ｏ３转化为Ｆｅ３Ｏ４和Ｆｅ，磁性物质增加。精矿的主要矿物为Ｆｅ，说明经过磁选，Ｆｅ得到富集。２．２．３ＳＥＭ分析赤泥、原矿和精矿的ＳＥＭ分析结果见图３。赤泥中矿物呈无序分散状态，结构较为疏松，间隙较大，含铁矿物夹杂在其他矿物中；相比赤泥，原矿中含铁矿物粒度增大，聚合程度增高，说明在还原焙烧过程中，赤泥内有大量铁核生成；精矿中含铁矿物粒度进一步增大，富集程度也升高，说明通过磁选，效果良好。２．２．４磁性分析赤泥、原矿和精矿的质量磁化率测定结果如表７所示。赤泥的质量磁化率较低，表现为弱磁性；经过还原焙烧和磁选后，质量磁化率增加，表现为强磁性。这证实，还原焙烧可将赤泥中的弱磁性含铁矿物转化为强磁性含铁矿物。３结论〔１〕正交实验表明，拜耳法赤泥还原焙烧的最优方案：焙烧温度１０８０℃，焙烧时间７０ｍｉｎ，赤泥、还原剂、添加剂质量比１００∶９∶７。赤泥还原焙烧后经过磁选，精矿品位平均为６７．３６％，富集比平均为２．５２，精矿产率平均为３４．０１％，回收率平均为８５．５４％。〔２〕理化特性分析表明，拜耳法赤泥经过还原焙烧后，含铁矿物成分发生变化，Ｆｅ２Ｏ３转化为Ｆｅ３Ｏ４参和考Ｆ文ｅ献，：磁性显著增强。［１］刘东燕，冯燕博，黄伟，等．不同热处理条件下赤泥的颖应用研究［Ｊ．材料导报，２０１４，２８〔１５：１０４－１０７［．２］逯军正，于先进，张丽鹏．从赤泥中回收铁的研究现状［Ｊ．山东冶金，２００７，２９〔４：１０－１２．［３］李小伟，朱铁群，代伟娜，等．赤泥的回收利用技术［Ｊ．广东化工，２０１０，３７［用〔４关１］键０顾技：明术１明与１，推４栗广－伟应１．用１Ａ研６ｌ究．２［ＯＪ３．赤中泥国综有合色利冶金，２０１１〔２：４９－５３．［５］彭光菊，张健伟，张磊，等．赤泥耕土制备技术［Ｊ．金属矿山，２０１１，４０〔８：１５９－１６１．［６］ＶＩＳＨＷＡＪＥＥＴＳＹ，ＭＵＲＡＲＩＰ，ＪＥＥＳＨＡＮＫ，ｅｔａｌ．Ｓｅｑｕｅｓ－ｔｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ〔ＣＯ２〕ｕｓｉｎｇｒｅｄｍｕｄ［Ｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，１７６〔１／２／３：１０４４－１０５０．［７］ＷＡＮＧＳｈａｏｂｉｎ，ＡＮＧＨａｍｉｎｇ，ＴＡＤIＭＯ．Ｎｏｖｅｌａｐｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｓｏｆｒｅｄｍｕｄａｓｃｏａｇｕｌａｎｔ，ａｄｓｏｒｂｅｎｔａｎｄｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｅｎｖｉ－ｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙｂｅｎｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２００８，７２〔１１：１６２１－１６３５．［８］ＯＬＩＶＥＩＲＡＡＡＳ，ＴＥＩＸＥＩＲＡＩＦ，ＣＨＲＩＳＴＯＦＡＮＩＴ，ｅｔａｌ．Ｂｉｐｈａｓｉｃｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｓｐｒｏｍｏｔｅｄｂｙａｍｐｈｉｐｈｉｌｉｃｃａｔａｌｙｓｔｓｂａｓｅｄｏｎｒｅｄｍｕｄｒｅｓｉｄｕｅ［Ｊ．ＡｐｐｌｉｅｄＣａｔａｌｙｓｉｓＢ：Ｅｎｖｉｒｏｎ－ｍｅｎｔａｌ，２０１４，１４４〔２：１４４－１５１．［９］ＳＥＮＦＦＬ，ＨＯＴＺＡＤ，ＬＡＢＲＩＮＣＨＡＪＡ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｄｍｕｄａｄｄｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒａｎｄｏｎｈａｒｄｅｎｅｄｓｔａｔｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｅｍｅｎｔｍｏｒｔａｒｓ［Ｊ．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１１，２５〔１：１６３－１７０．［Ｔ１Ｚ０Ｉ］ＮＴＩＳＬＡＥＫＯＩＮＲＡＩＲＤＤＩＯＳＵＰＳＥ，，ＯＡＵＧＳＡＴＡＤＡＫＩＳＰ．ＲｅｄｍｕｄａｄｄｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｒａｗｍｅａｌｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＰｏｒｔｌａｎｄｃｅｍｅｎｔｃｌｉｎｋｅｒ［Ｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａ－ｌ１ｓ１，０２．００４，１１６〔１／２：１０３［１１］ＹＡＯＹｕａｎ，ＬＩＹｕ，ＬＩＵＸｉａｏｍｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｎａｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｒｅｄｍｕｄａｎｄｃｏａｌｉｎｄｕｓｔｒｙｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１３，４７〔５：４９６－５０１．［１２］徐晓虹，钟文波，吴建锋，等．用工业废渣赤泥研制微晶玻璃［Ｊ．玻璃与搪瓷，２００６，３４〔２：２８－３１．［１３］ＬＩＵＷａｎｃｈａｏ，ＳＵＮＳｈｏｕｙｉ，ＺＨＡＮＧＬｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ－ｔａｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｎｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄｓｏｄａ－ｌｉｍｅｒｏａｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆＡｌ，ＮａａｎｄＦｅ［Ｊ．ＭｉｎｅｒａｌｓＥｎｇｉｎ