拜耳法赤泥還原焙燒工藝分析資料

拜耳法赤泥復(fù)原焙燒工藝分析《環(huán)境污染與防治雜志》2023年第十一期摘采要用正交實(shí)驗(yàn)，考察焙燒溫度、焙燒時(shí)間、還原劑和添加劑用量對拜耳法赤泥還原焙燒效果的影響。結(jié)果表明，在焙燒溫度為１０８０℃，焙燒時(shí)間為７０ｍｉｎ，赤泥、還原劑、添加劑質(zhì)量比為１００∶９∶７的最優(yōu)條件下還原焙燒赤泥，經(jīng)過磁選，赤泥中的含鐵礦物得到富集，精礦品位平均為６７．３６％，回收率平均為８５．５４％。用熱重〔ＴＧ〕／差示掃描量熱〔ＤＳＣ〕分析、掃描電子顯微鏡〔ＳＥＭ〕分析、Ｘ射線衍射〔ＸＲＤ〕分析以及質(zhì)量磁化率測定等方法，對赤泥還原焙燒前后的理化特性進(jìn)行研究，證實(shí)經(jīng)過還原焙燒，赤泥中Ｆｅ２Ｏ３轉(zhuǎn)化為Ｆｅ關(guān)拜３鍵耳Ｏ詞法４赤和泥Ｆ；ｅ還。原焙燒；磁選；鐵；理化特性我國是世界上自然資源浪費(fèi)最嚴(yán)重的國家之一，因此資源再生利用是當(dāng)前一個(gè)重要的研究方向。赤泥是Ａｌ２Ｏ３生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的主要固體廢棄物，因含大量Ｆｅ２Ｏ３而呈紅色，故名赤泥［１－２。赤泥產(chǎn)出量因礦石品位、生產(chǎn)方法、技術(shù)水平不同存在差異，每生產(chǎn)１ｔＡｌ２Ｏ３同時(shí)產(chǎn)出０．８～２．０ｔ赤泥［３。目前，全世界每年赤泥產(chǎn)出量超過７０００萬ｔ，我國就多達(dá)３０００萬ｔ；至２０１５年，已有３．５億ｔ赤泥堆存［４－５。赤泥綜合利用的研究已開展多年，也取得了一些成就，如利用赤泥吸附ＣＯ２，作為助凝劑、吸附劑和催化劑［６－８，制作水泥及膠凝材料［９－１１，制備微晶玻璃［１２，提取有價(jià)金屬［１３－１４］等，但大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用仍然存在諸多難題。近年來，赤泥中有用礦物提取和綜合利用方面的研究屢見報(bào)道，而對赤泥理化特性的研究仍較缺乏。本研究以拜耳法赤泥為對象，考察還原焙燒對赤泥理化特性的改良效果。１實(shí)驗(yàn)材料與方法１．１原料實(shí)驗(yàn)所用拜耳法赤泥來自山東某Ａｌ２Ｏ３廠，其主要化學(xué)成分如表１所示。用無煙煤作為還原劑，該無煙煤的工業(yè)分析如表２所示。實(shí)驗(yàn)中以無水Ｎａ２ＣＯ３作為添加劑增強(qiáng)還原效率。１．２儀器設(shè)備選用智能箱式高溫爐作為高溫加熱設(shè)備，ＳＳＣ－Φ５０磁選管作為磁選設(shè)備。分析檢測儀器包括Ｄ８ＡＤ－ＶＡＮＣＥ型Ｘ射線衍射〔ＸＲＤ〕儀、ＭＳ２型便攜式磁化率儀、ＣＡＭＢＲＩＤＧＥＳ－３６０型掃描電子顯微鏡〔ＳＥＭ、ＳＴＡ６０００型熱分１重析．〔儀３Ｔ。方Ｇ法〕將／赤差泥示、掃無描煙量煤熱、〔無Ｄ水ＳＮＣａ〕２同Ｃ步Ｏ３混合，進(jìn)行還原焙燒，得到的產(chǎn)物本研究中簡稱為原礦。將原礦磨礦２０ｍｉｎ，使含鐵礦物與非鐵礦物充分分離，之后進(jìn)行磁選。磁選管激磁電流設(shè)定為２．５Ａ。采用正交實(shí)驗(yàn)，研究焙燒溫度、焙燒時(shí)間、還原劑和添加劑用量等因素對赤泥還原焙燒效果的影響，各因素水平如表３所示，其中赤泥、還原劑質(zhì)量比和赤泥、添加劑質(zhì)量比分別簡稱為赤泥∶還原劑和赤泥∶添加劑。２結(jié)果與分析２．１還原焙燒和磁選將焙燒溫度為１０８０℃、焙燒時(shí)間為４０ｍｉｎ、赤泥∶還原劑為１００∶１９、赤泥∶添加劑為１００∶３的條件下得到的原礦進(jìn)行磁選，升級為精礦，磁選次數(shù)對原礦的影響如表４所示。１次磁選后，精礦產(chǎn)率太低，易造成精礦流失，２～３次磁選后，精礦產(chǎn)率相差不大，考慮到３次磁選對時(shí)間和動(dòng)力耗費(fèi)較大，本研究將磁選次數(shù)統(tǒng)一設(shè)為２次。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表５。從精礦品位看，最優(yōu)方案為Ａ３Ｂ２Ｃ２Ｄ２，影響程度依次為Ａ＞Ｂ＞Ｄ＞Ｃ；從精礦產(chǎn)率看，最優(yōu)方案為Ａ１Ｂ３Ｃ３Ｄ３，影響程度依次為Ｄ＞Ｃ＞Ａ＞Ｂ；從回收率看，最優(yōu)方案為Ａ３Ｂ１Ｃ３Ｄ３，影響程度依次為Ｄ＞Ａ＞Ｃ＞Ｂ。在正交實(shí)驗(yàn)中，不同指標(biāo)的重要程度存在差異，各因素對不同指標(biāo)的影響程度也不盡相同。評價(jià)赤泥中還原焙燒效果的首要指標(biāo)是精礦品位，其次是回收率，再次是精礦產(chǎn)率。結(jié)合表３和表５可知，對于精礦品位，焙燒溫度是主要因素，焙燒時(shí)間次之，焙燒溫度、焙燒時(shí)間的最優(yōu)因素水平為Ａ３、Ｂ２；赤泥∶添加劑對于精礦產(chǎn)率和回收率均為最主要因素，但對精礦品位的影響不大，赤泥∶添加劑最優(yōu)因素水平為Ｄ３；赤泥∶還原劑對精礦品位影響最小，對精礦產(chǎn)率和回收率的影響也較小，從節(jié)約還原劑用量考慮，赤泥∶還原劑的最優(yōu)因素水平為Ｃ１。因而，本次正交實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)方案確定為Ａ３Ｂ２Ｃ１Ｄ３，即焙燒溫度１０８０℃，焙燒時(shí)間７０ｍｉｎ，赤泥∶還原劑１００∶９和赤泥∶添加劑１００∶７〔即赤泥、還原劑、添加劑質(zhì)量比１００∶９∶７。對上述最優(yōu)方案進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表６所示。３組實(shí)驗(yàn)精礦品位平均為６７．３６％，富集比平均為２．５２，精礦產(chǎn)率平均為３４．０１％，回收率平均為８５．５４％。高爐煉鐵要求精礦品位高于５６煉２％鐵．［。２１理５化，特故性赤分泥析經(jīng)還原焙燒后可用于高爐２．２．１ＴＧ／ＤＳＣ分析對赤泥進(jìn)行ＴＧ／ＤＳＣ分析，結(jié)果如圖１所示。赤泥的ＴＧ曲線呈先陡峭后平緩直至穩(wěn)定的趨勢。溫度低于４００℃，赤泥質(zhì)量大幅減少主要是由于吸附水和有機(jī)物揮發(fā)。溫度為４００～９００℃，赤泥質(zhì)量減少較平緩，可能是含水礦物中的結(jié)晶水揮發(fā)所致。溫度高于９００℃，赤泥質(zhì)量趨于穩(wěn)定。ＤＳＣ曲線在９６０℃有１個(gè)熱２較狀．小態(tài)２的。．放２熱Ｘ峰Ｒ，Ｄ除分此析之先外對，赤赤泥泥進(jìn)基行本Ｘ處Ｒ于Ｄ吸分析。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取最優(yōu)方案進(jìn)行赤泥還原焙燒，還原焙燒后，再對原礦和精礦進(jìn)行ＸＲＤ分析，結(jié)果如圖２所示。赤泥中主要礦物為Ｎａ７．８８〔Ａｌ６Ｓｉ６Ｏ２４〕〔ＣＯ３〕０．９３、Ｆｅ２Ｏ３和ＳｉＯ２。原礦的主要礦物為Ｆｅ、Ｆｅ３Ｏ４、ＫＮａ３〔ＡｌＳｉＯ４〕４和ＣａＴｉＯ３，說明赤泥經(jīng)過還原焙燒后，Ｆｅ２Ｏ３轉(zhuǎn)化為Ｆｅ３Ｏ４和Ｆｅ，磁性物質(zhì)增加。精礦的主要礦物為Ｆｅ，說明經(jīng)過磁選，Ｆｅ得到富集。２．２．３ＳＥＭ分析赤泥、原礦和精礦的ＳＥＭ分析結(jié)果見圖３。赤泥中礦物呈無序分散狀態(tài)，結(jié)構(gòu)較為疏松，間隙較大，含鐵礦物夾雜在其他礦物中；相比赤泥，原礦中含鐵礦物粒度增大，聚合程度增高，說明在還原焙燒過程中，赤泥內(nèi)有大量鐵核生成；精礦中含鐵礦物粒度進(jìn)一步增大，富集程度也升高，說明通過磁選，效果良好。２．２．４磁性分析赤泥、原礦和精礦的質(zhì)量磁化率測定結(jié)果如表７所示。赤泥的質(zhì)量磁化率較低，表現(xiàn)為弱磁性；經(jīng)過還原焙燒和磁選后，質(zhì)量磁化率增加，表現(xiàn)為強(qiáng)磁性。這證實(shí)，還原焙燒可將赤泥中的弱磁性含鐵礦物轉(zhuǎn)化為強(qiáng)磁性含鐵礦物。３結(jié)論〔１〕正交實(shí)驗(yàn)表明，拜耳法赤泥還原焙燒的最優(yōu)方案：焙燒溫度１０８０℃，焙燒時(shí)間７０ｍｉｎ，赤泥、還原劑、添加劑質(zhì)量比１００∶９∶７。赤泥還原焙燒后經(jīng)過磁選，精礦品位平均為６７．３６％，富集比平均為２．５２，精礦產(chǎn)率平均為３４．０１％，回收率平均為８５．５４％。〔２〕理化特性分析表明，拜耳法赤泥經(jīng)過還原焙燒后，含鐵礦物成分發(fā)生變化，Ｆｅ２Ｏ３轉(zhuǎn)化為Ｆｅ３Ｏ４參和考Ｆ文ｅ獻(xiàn)，：磁性顯著增強(qiáng)。［１］劉東燕，馮燕博，黃偉，等．不同熱處理?xiàng)l件下赤泥的穎應(yīng)用研究［Ｊ．材料導(dǎo)報(bào)，２０１４，２８〔１５：１０４－１０７［．２］逯軍正，于先進(jìn)，張麗鵬．從赤泥中回收鐵的研究現(xiàn)狀［Ｊ．山東冶金，２００７，２９〔４：１０－１２．［３］李小偉，朱鐵群，代偉娜，等．赤泥的回收利用技術(shù)［Ｊ．廣東化工，２０１０，３７［用〔４關(guān)１］鍵０顧技：明術(shù)１明與１，推４栗廣－偉應(yīng)１．用１Ａ研６ｌ究．２［ＯＪ３．赤中泥國綜有合色利冶金，２０１１〔２：４９－５３．［５］彭光菊，張健偉，張磊，等．赤泥耕土制備技術(shù)［Ｊ．金屬礦山，２０１１，４０〔８：１５９－１６１．［６］ＶＩＳＨＷＡＪＥＥＴＳＹ，ＭＵＲＡＲＩＰ，ＪＥＥＳＨＡＮＫ，ｅｔａｌ．Ｓｅｑｕｅｓ－ｔｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅ〔ＣＯ２〕ｕｓｉｎｇｒｅｄｍｕｄ［Ｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１０，１７６〔１／２／３：１０４４－１０５０．［７］ＷＡＮＧＳｈａｏｂｉｎ，ＡＮＧＨａｍｉｎｇ，ＴＡＤIＭＯ．Ｎｏｖｅｌａｐｐｌｉｃａ－ｔｉｏｎｓｏｆｒｅｄｍｕｄａｓｃｏａｇｕｌａｎｔ，ａｄｓｏｒｂｅｎｔａｎｄｃａｔａｌｙｓｔｆｏｒｅｎｖｉ－ｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙｂｅｎｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２００８，７２〔１１：１６２１－１６３５．［８］ＯＬＩＶＥＩＲＡＡＡＳ，ＴＥＩＸＥＩＲＡＩＦ，ＣＨＲＩＳＴＯＦＡＮＩＴ，ｅｔａｌ．Ｂｉｐｈａｓｉｃｏｘｉｄａｔｉｏｎｒｅａｃｔｉｏｎｓｐｒｏｍｏｔｅｄｂｙａｍｐｈｉｐｈｉｌｉｃｃａｔａｌｙｓｔｓｂａｓｅｄｏｎｒｅｄｍｕｄｒｅｓｉｄｕｅ［Ｊ．ＡｐｐｌｉｅｄＣａｔａｌｙｓｉｓＢ：Ｅｎｖｉｒｏｎ－ｍｅｎｔａｌ，２０１４，１４４〔２：１４４－１５１．［９］ＳＥＮＦＦＬ，ＨＯＴＺＡＤ，ＬＡＢＲＩＮＣＨＡＪＡ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｒｅｄｍｕｄａｄｄｉｔｉｏｎｏｎｔｈｅｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒａｎｄｏｎｈａｒｄｅｎｅｄｓｔａｔｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｅｍｅｎｔｍｏｒｔａｒｓ［Ｊ．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１１，２５〔１：１６３－１７０．［Ｔ１Ｚ０Ｉ］ＮＴＩＳＬＡＥＫＯＩＮＲＡＩＲＤＤＩＯＳＵＰＳＥ，，ＯＡＵＧＳＡＴＡＤＡＫＩＳＰ．ＲｅｄｍｕｄａｄｄｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｒａｗｍｅａｌｆｏｒｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆＰｏｒｔｌａｎｄｃｅｍｅｎｔｃｌｉｎｋｅｒ［Ｊ．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｚａｒｄｏｕｓＭａｔｅｒｉａ－ｌ１ｓ１，０２．００４，１１６〔１／２：１０３［１１］ＹＡＯＹｕａｎ，ＬＩＹｕ，ＬＩＵＸｉａｏｍｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｎａｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｒｅｄｍｕｄａｎｄｃｏａｌｉｎｄｕｓｔｒｙｂｙｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ．ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，２０１３，４７〔５：４９６－５０１．［１２］徐曉虹，鐘文波，吳建鋒，等．用工業(yè)廢渣赤泥研制微晶玻璃［Ｊ．玻璃與搪瓷，２００６，３４〔２：２８－３１．［１３］ＬＩＵＷａｎｃｈａｏ，ＳＵＮＳｈｏｕｙｉ，ＺＨＡＮＧＬｉｎｇ，ｅｔａｌ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎ－ｔａｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｎｐｈａｓｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＢａｙｅｒｒｅｄｍｕｄｓｏｄａ－ｌｉｍｅｒｏａｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｒｅｃｏｖｅｒｙｏｆＡｌ，ＮａａｎｄＦｅ［Ｊ．ＭｉｎｅｒａｌｓＥｎｇｉｎ