拜耳法含铁赤泥熔融还原炉渣渣铝分离的基础研究

本项目对拜耳法含铁赤泥在熔融还原炼铁过程中，如何形成易于回收铝的铝钙炉渣，通过碳酸钠溶液湿磨溶出使其中的铝与炉渣最终有效分离的基础问题进行研究。依据冶金物理化学、矿物学理论，采用淬冷法和自然冷却法，借助晶体光学分析、仪器分析、化学分析等手段，系统研究考察熔渣组成、冷却制度等对凝渣矿物物相组成、结构形貌、嵌布方式的影响，探索冷凝过程析出相种类及析出顺序、机制，揭示炉渣组分对铝、钙、硅组分赋存形态的作用规律，结合炉渣Al2O3浸出实验，确定适宜的熔渣组分配比及冷却制度。通过热力学分析，借助XRD、SEM、化学分析、电子探针等分析手段，对炉渣碳酸钠溶液浸出条件及动力学进行研究，建立浸出动力学模型，得出强化浸出的措施，实现渣铝最终有效分离。研究成果为还原炉渣渣铝有效分离，稀有金属在浸出渣中得以富集，实现赤泥综合利用提供相应的理论基础及实验数据，对早日实现赤泥的综合利用具有重要的理论与实际意义。

国内平果拜耳法高铁赤泥因含有较高的铁(Fe)、铝（Al）以及贵重的钛(Ti)、钒(V)、钪(Sc)等稀有金属而具有非常高的综合利用价值。国内外关于高铁赤泥综合利用的研究有很多，但皆由于各种原因而没有真正实现产业化。采用熔融还原炼铁技术COREX工艺处理平果赤泥，是有望实现赤泥综合利用的非常有前途的工艺路线。通过COREX工艺还原熔炼回收铁,还原得到的铝钙炉渣进行湿磨溶出回收铝、钠，同时稀有金属在浸出渣中得到富集，为其进一步回收创造有利条件，从而使这三大冶金过程有机衔接在一起，使得赤泥综合利用在技术上可行，经济效益上有利可图。本项目对拜耳法含铁赤泥在熔融还原炼铁过程中，如何形成易于回收铝的铝钙炉渣，通过碳酸钠溶液湿磨溶出使其中的铝与炉渣最终有效分离的基础问题进行研究。首先从热力学角度上研究了渣系冷凝过程中物相析晶规律；依据冶金物理化学、矿物学理论，通过实验探明了熔渣组份、冷却制度对凝渣矿物物相组成、氧化铝浸出率等炉渣性能的影响规律。对铝酸钙炉渣浸出过程反应进行热力学分析，通过实验全面考察了浸出温度、时间、碳酸钠溶液浓度对炉渣氧化铝浸出性能的影响规律。研究了炉渣浸出动力学，探明了浸出反应机理。对铝酸钙炉渣强化浸出技术进行了研究，研究了添加剂对抑制二次反应的影响及其作用机理，得到了强化浸出，提高氧化铝浸出率的方法。研究表明，熔渣组份、冷却制度对凝渣矿物物相组成、氧化铝浸出率等炉渣性能具有重要的影响，炉渣中TiO2、Na2O、MgO对炉渣浸出的不利影响皆可通过调整炉渣中CaO的配比以及采用适当的冷却制度来减弱，甚至消除。炉渣浸出过程中影响因素的主次关系依次为温度，碳碱浓度，时间，液固比。浸出温度在75℃以下时铝酸钙炉渣浸出过程为混合控制。添加剂对原硅酸二钙吸附行为的研究表明，在铝酸钠溶液中β-C2S表面带负电荷，随着溶液pH值的减小，β-C2S对腐殖酸钠的吸附量呈增加趋势，其吸附过程符合Langmuir吸附等温式，同时更适合二级吸附动力学模型。通过对比六种添加剂，SDBS抑制二次反应的效果最好。研究成果为实现赤泥综合利用提供相应的理论基础及实验数据，对早日实现赤泥的综合利用具有重要的理论与实际意义。