在高铁铝土矿中利用火炬气体回收铁粉和氧化铝粉过程的基础研究

As the economic reserves of high grade ores diminish, attention is turning to how these lower grade ores may be processed at reasonable cost. This project proposed a new design for high-iron bauxite which comprises the steps：reduction - benefication- sintering , and respectively obtaining the iron minerals, the bauxite and silica. The petrochemical torch gas was firstly uesd to reduce the iron ore to metallic iron powder；Then magnetic beneficiation process is adopted, so that the metallic iron powder and fine bauxite were obtained. The fine bauxite is sintered with ammonium sulfate for recovering of alumina. The study on chemical component, mineral composition, stucture, granularity speciality, microscopic analysis of the reactant and product will be developed to reveal the migration and trasformation of substance and elements. Thermodynamic analysis kinetics analysis will be carried to explain the principle and procedure of reaction. The systematic knowledge and theory will be founded for high-iron bauxite to comprehensively utilization.

高铁铝土矿具有高铁、高硅，矿石结构复杂，加工利用困难等特点，导致高铁铝土矿一直未能作为铝资源在工业上应用。本项目创造性的提出"深度还原-高效分选-铵盐焙烧"方法，处理高铁铝土矿，得到铁粉，氧化铝和硅渣产品。本项目创造性地提出以火炬气体为还原剂，将高铁铝土矿中的铁矿物"深度还原"为金属铁；再通过"高效分选"工艺实现铁粉和铝矿的有效分离和富集；对分选得到的铝矿采用"铵盐焙烧"提取氧化铝。通过对还原前后物料的化学组成、矿物组成、结晶粒度、微观结构等工艺矿物学特性研究，揭示深度还原过程中的热、动力学过程，元素的迁移规律和铁颗粒生长的动力学原理；通过对"铵盐焙烧"提取氧化铝过程的研究，从矿物晶相角度揭示铝硅酸盐结构极其复杂组分的相互作用规律，根据反应原理和过程分析，建立铝硅酸盐铵法提铝技术体系，为高铁铝土矿资源综合利用提供新技术及理论支持。

随着我国铝、铁工业的持续快速发展，高品位铝土矿资源供应日益紧张，低品位铝土矿资源的综合利用越来越受到重视。针对高铁铝土矿未能实现综合利用的现状，研究从高铁铝土矿提取有价组元的新工艺具有重要意义。.本项目采用先铁后铝方案，分别以氢气和碳粉作为还原剂先将大部分铁通过还原、磁选分离，使得铝、铁分别在非磁性物质和磁选物质中富集，再对非磁性富铝物料采用硫酸铵焙烧法提取铝，经过溶出得到硫酸铝溶液以及硅渣，达到铝、硅分离的目的。实验得到以下结论：.在氢气还原高铁铝土矿提铁实验中通过实验得出适宜的还原条件为：还原温度800°C、还原时间120min、粒度55-74μm。在此条件下还原率可达到99%。磁选后，铁以单质的形式存在于磁性物质中。.在碳粉还原高铁铝土矿提铁实验中，通过实验得出适宜的还原条件为：还原温度1200°C、还原时间150min、还原剂用量9.19%、熔剂用量17.86%。磁选分离得到铁回收率为87.63%的磁性物质。在较低还原温度（1000°C）时倾向于生成2CaO•Al2O3•SiO2，随着温度的升高更倾向于生成CaO•Al2O3•2SiO2。在实验温度范围内，铁与铝易生成FeO•Al2O3，被富集到非磁性物质中，降低铁的回收率。实验同时用氢气和碳粉两种还原剂模拟了火炬气成分，进行了验证实验。.在硫酸铵焙烧富铝渣提取铝实验中，研究了焙烧温度、焙烧时间、混料比对铝提取率的影响。通过实验得出适宜的工艺条件为：焙烧温度为400°C，焙烧时间为120min，混料比为2，此条件下铝的溶出率达到98%。原料中物相与硫酸铵的反应顺序为FeO•Al2O3> CaO•Al2O3•2SiO2> Al2O3。.确定了在氢气气氛下当还原温度区间为35-100°C时高铁铝土矿中氧化铁的主要反应的反应机理函数为g(α)= [-ln(1-ɑ)]3/2，动力学方程为dα/dT=2.15〖10〗^9 exp⁡((-73344)/RT)×2/3 (1-α) [-ln(1-α)]^(-1/2)。当还原温度区间为570-670°C时反应的反应机理函数为g(ɑ)= [-ln(1-ɑ)]3/4, 动力学方程可表示为dα/dT=6.28〖10〗^18 exp⁡((-357758)/RT)×3/4 (1-α) [-ln(1-α)]^(1/4)。