废旧阴极直接还原高铁赤泥回收铁铝的基础研究

Spent pot-lining (SPL) and red mud, are the major solid wastes of the aluminum industry, and present high potential of environmental pollution. Up to date, however, approach to efficient, clean utilization for them faces technical difficulties. With respect to the facts that SPL contains about 70wt.% carbon and that the conventional recycle-utilization approach is complex, this project proposes an innovative approach to reduce iron-rich red mud using the carbon-rich SPL, and to recycle iron and aluminum as well. The study aims to investigate the chemical behaviors of carbon, Fe and Al in reduction of red mud, and the release features of fluoride and cyanide, in combination of reaction technical parameters, for developing a new technology for SPL-based Fe and Al recycle in red mud. The leaching behavior of Na2O·Al2O3 in sinters, the optimal technical parameters will be also investigated to establish controllable extraction mathematical model of Na2O·Al2O3. The suitable conditions for the recovery of iron concentrate from the magnetic separation of the leaching residue will be further targeted. This study will help elucidate laws and regulation mechanisms of SPL reducing iron, separating aluminum from iron-rich red mud and to provide with scientific and technical support for low-cost and clean utilization of SPL and red mud.

废旧阴极（SPL）和赤泥是铝行业产生的两大类危险固体废物，环境污染危害大，其高效清洁利用存在诸多难题。基于SPL富含70wt.%碳质的特点以及SPL有价成分“先回收再利用”的常规复杂方法，本申请项目提出直接利用SPL碳成分还原赤泥回收铁铝的技术思路，应用现代检测手段和冶金学研究方法，以碳、铁及铝为追踪组元，研究还原条件下赤泥中Fe的金属化率和Na2O·Al2O3的生成规律及耦合机制，查明不同还原条件下SPL所含有害组分氟和氰的释放规律，建立SPL还原赤泥中铁、分离铝的新方法体系；研究还原熟料溶出过程中Na2O·Al2O3的行为与技术参数的优化耦合及调控机制，建立熟料中Na2O·Al2O3可控提取的数学模型；探明浸出残渣磁选回收铁精矿适宜条件。本研究成果将阐明SPL还原高铁赤泥回收铁铝的过程规律和调控机制，建立相关工艺技术体系，为SPL和赤泥的高效清洁利用提供理论指导和技术支撑。

废旧阴极和赤泥是铝行业产生的最为重要的两大类固体废物，基于SPL富含约70%碳质的特点，本项目提出利用SPL直接还原高铁赤泥回收有价成分（铁、铝、钠及镓）的技术思路，据此开展了还原性烧结-溶出-磁选实验，系统研究了赤泥中铁、铝及钠的回收效率与工艺参数的影响规律，评估了物料中有害元素氟、氰及硫的走向。研究获得以下主要结论：.（1）空气氛围条件下还原性烧结实验表明，不调整混合料碱比钙比，所得熟料中Al2O3和Na2O的回收率低；加入添加剂调整混合料钙比和碱比，Al2O3和Na2O回收率分别为75.73% 和90.45%。再者，该烧结条件下，物料中大部分氟得到了固定，氰完全分解，但Fe2O3还原效率和硫还原效率不理想。（2）氮气氛围还原性烧结—浸出实验：烧结工艺：温度950 ℃，钙比C/S=1.9(C/T=1.0)，4SPL，碱比 N/A=1.0，烧结时间120 min；溶出工艺：熟料30g（ ≤ 0.150mm），Na2CO3 30 g/L，温度 50 ℃，时间30 min，液固比8，搅拌强度300 r/min，该条件下，熟料中铝、钠、镓的溶出效率依次为87.41%， 92.51%（赤泥中钠的溶出率79.68%）和90.41%，硅钙溶出率较低，分别为3.02%和0.36%，所得浸出渣TFe2O3含量为39.89%，表明还原性烧结工艺可实现赤泥中铝、钠、镓与铁、硅、钙的有效分离。（3）浸出渣的磁选实验表明：磁选强度140 mT，精矿产出率30.83%，精矿TFe含量为59.09%，折合TFe2O3 84.41%，铁的回收率为65.25%。所得精矿主要成分是金属铁、磁铁矿、氧化铁及少量的钙硅矿物，可作为炼铁原料。（4）选择LSC-700作为镓吸附树脂，二次循环浸出液为镓吸附溶液。最适宜镓吸附条下镓的吸附效率为52.13%。采用酸法解吸负载树脂，镓的平均解吸率为92.29%，解吸溶液含镓平均为86.43 mg/L，比初次浸出溶液（7.19 mg/L）和二次循环浸出溶液（21.62 mg/L）分别富集了12倍和4倍。（5）磁选尾渣除氟实验表明，最适宜条件为：溶液初始pH=5，尾渣15 g/L，温度40 ℃，接触时间30 min，除氟效率为72.19%，可考虑作为高氟废水处理的吸附剂。