《基於直接還原法的高鐵赤泥鐵鋁高效分離回收基礎研究》是依託鄭州大學，由黃艷芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於直接還原法的高鐵赤泥鐵鋁高效分離回收基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃艷芳
- 依託單位：鄭州大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高鐵赤泥作為拜耳法工藝中產生的固體殘渣，是一種典型的二次資源。赤泥的資源化利用及無害化處理，對提高資源利用率和改善生態環境意義重大。本項目針對高鐵赤泥的資源化問題，提出直接還原—磁選—浸出的新思路，運用礦物加工和提取冶金原理和方法，開展赤泥中鐵、鋁等金屬的高效分離研究。具體內容包括：研究不同粒級高鐵赤泥工藝礦物學，確立鐵、鋁、矽等氧化物在還原焙燒及鈉基添加劑作用下反應的熱力學關係，獲得高鐵赤泥中鐵和其他元素分離的熱力學條件；運用MPE軟體、微觀結構分析等技術，研究還原焙燒過程中鐵、鋁、矽等礦物物相的轉變規律及其微觀結構的演變，查明金屬鐵晶粒生長的動力學控制特徵；研究磁場和浸出劑作用下鐵、鋁、矽等元素的富集規律。本項目的開展將為揭示直接還原-磁選-浸出工藝中鐵、鋁高效分離的微觀機制，實現高鐵赤泥的資源化利用提供理論指導和技術支持。
結題摘要
高鐵赤泥是拜耳法生產氧化鋁過程中產生的廢棄物，是一種典型的二次資源。開展赤泥綜合利用是促進我國氧化鋁工業可持續發展的必然選擇。但是，採用單一選礦工藝難以實現赤泥中鐵鋁的高效分離和回收。本項目在研究不同粒級高鐵赤泥工藝礦物學的基礎上，確立鐵、鋁、矽等氧化物在還原焙燒及鈉基添加劑作用下發生化學反應的熱力學關係，獲得高鐵赤泥中鐵和其他元素分離的熱力學條件；運用MPE軟體、微觀結構分析等技術，研究還原過程中鐵鋁矽等礦物物相的轉變規律以及微觀結構的演變，開發鈉基添加劑調控技術；查明在磁場和浸出劑作用下高鐵赤泥中鐵、鋁等元素的富集規律，揭示直接還原-磁選-浸出工藝中鐵、鋁分離的微觀機制及鈉基添加劑對高鐵赤泥鐵鋁高效分離的作用機理。研究結果表明，赤泥顆粒粒徑均小於45μm，鐵元素在粗粒級顆粒中含量較高，而鋁元素則相反。熱力學計算結果表明，Fe2O3-Al2O3-SiO2體系在還原過程中三者將發生固相反應，生成鐵橄欖石、FeO•Al2O3及Al2O3•SiO2。在實驗所選溫度範圍內，在碳酸鈉存在的還原體系內各物質生成的優先順序為：Na2O•Al2O3•6 SiO2＞Na2O•Al2O3•4SiO2＞Na2O•2 SiO2＞Na2O•SiO2＞NaAlO2＞2Na2O•SiO2；而在硫酸鈉存在的還原體系內各物質生成的優先順序為：Na2O•Al2O3•6SiO2＞Na2O•Al2O3•4SiO2＞Na2O•2SiO2＞Na2O•SiO2＞2Na2O•SiO2＞NaAlO2。工藝最佳化參數結果表明，當硫酸鈉用量為5%，還原溫度1100℃，還原時間120min，磨礦濃度50%，磁場強度為675mT的條件下，可獲得鐵品位82.43%，Al2O3含量2.86%的磁性產物，鐵回收率為89.42%。以硫酸為浸出劑，在溫度為25℃，硫酸濃度為25%、液固比為10、浸出時間為50min、攪拌速度為300r/min的條件下，氧化鋁浸出率可達到90.12%。浸出反應過程受擴散控制，表觀活化能為7.823 kJ/mol。還原產物微觀結構表明，未添加鈉鹽時，大部分鐵礦物與鋁、矽礦物結合緊密；當添加硫酸鈉還原時，鐵氧化物還原速度快。機理研究表明，硫酸鈉被還原生成了S及Na2S，焙燒體系內形成低熔點化合物，在局部形成液相，為鐵離子的擴散提供通道。
