基于直接还原法的高铁铝土矿铁铝分离的基础研究

我国高铁铝土矿资源丰富，但因铁、铝品位低，矿物复杂共生，难选难冶，迄今仍未得到合理利用。在当前国内优质铁矿、铝矿资源逐渐枯竭，需求持续增长的形势下，开展高铁铝土矿高效利用的基础研究意义重大。本项目在深入分析高铁铝土矿矿物学特征的基础上，针对高铁铝土矿资源综合利用问题，提出了创造高效分离矿物学条件的铁铝分离技术思路；应用铁矿石直接还原的理论与方法，在添加剂的协同作用下，使铁、铝矿物性质在固态还原焙烧条件下发生定向转化，实现矿物学上的铁铝分离。通过热力学计算、纯矿物和实际矿石还原焙烧-分选试验，并结合多种测试技术，重点研究还原焙烧过程中，添加剂作用下铁、铝、硅矿物组成、结构与性能的演变规律，揭示铁、铝矿物的分离行为，构建基于直接还原法的铁铝分离理论基础和技术原型，开发出高铁铝土矿高效分离提取新工艺，为我国高铁铝土矿资源高效利用提供新理论、新方法，为我国铝工业和钢铁工业的可持续发展提供技术支撑。

我国铁铝复合资源丰富，但因铁、铝品位低，铝硅比低，矿物复杂共生、难选难冶，尚未获得有效利用。本项目以高铁铝土矿为对象，提出了基于组分性能调控的铁、铝高效分离技术思路；查明了铁铝分离困难的矿物学原因，建立了添加剂与铁、铝、硅组分间高温反应热力学基础；揭示了添加剂作用下铁、铝、硅矿物的反应行为、性能转变与铁晶粒的生长动力学规律。构建了高铝铁矿组分性能调控的物理化学基础，形成了基于直接还原法的铁铝分离技术原型，开发出高铁铝土矿资源高效利用新流程。. 工艺矿物学研究表明，铝、铁在彼此矿物中形成类质同像及三水铝石与（铝）针铁矿间的微细嵌布是导致铁铝分离困难的矿物学原因。热力学研究表明：铝、硅组分同时存在时，固态反应条件下CaO难与Al2O3反应生成易溶解于Na2CO3溶液中的12CaO•7Al2O3来实现铁、铝的高效分离。还原焙烧时添加Na2O组分，铁氧化物还原成金属铁，铝、硅组分与Na2O反应生成铝硅酸钠、硅酸钠、铝酸钠等物质，矿物磁性上差异为铝、铁分离提供了可能。由此，确立了固态还原与钠盐协同作用对铁、铝、硅矿物进行性能调控，以创造铝、铁高效分离条件的原则技术路线。添加剂与铁、铝、硅矿物间的反应行为及铁晶粒生长动力学研究表明：磁性物主要为金属铁，非磁性物主要为铝硅酸钠；Na2CO3、Na2B4O7、Na2SO4三者共同作用时可显著促进铁氧化物还原与铁晶粒长大。950~1100℃的还原温度范围内，金属铁晶粒的生长指数n约为2，生长速率常数 k 为 0.157μm2/min，生长表观活化能为126.116kJ/mol。铝、铁分离工艺制度研究表明，以TFe 31.22%、Al2O3 26.35%、SiO2 8.32%的高铁铝土矿为原料，在适宜条件下获得铁品位93.73%、回收率93.07%的直接还原金属铁粉，Al2O3含量44.56%的富铝渣，富铝渣采用酸浸法可实现Al2O3、SiO2、Na2O的高效分离。将此技术应用于氧化铝赤泥、红土镍矿、高磷鲕状赤铁矿、硼铁矿、高铝铁矿等复杂铁矿资源处理，实现了铁与有价元素的定向富集与高效分离。. 以第一作者出版专著1部，公开发表论文（含会议论文）17篇，被 SCI、EI收录（不重复）7篇、9篇，获中国有色金属科技论文奖一、二等奖各1篇；授权国家发明专利4项；培养硕士、博士生14人，1人入选湖南省学科带头人培养对象。