某拜耳法赤泥直接還原選鐵試驗(yàn)*

李家林

（長(zhǎng)沙礦冶研究院有限責(zé)任公司）

赤泥是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物，富含F(xiàn)e、Al等成分，具有堿性高、比表面積大等特點(diǎn)。采用拜耳法進(jìn)行氧化鋁生產(chǎn)時(shí)，平均生產(chǎn)1 t氧化鋁將副產(chǎn)1～2 t赤泥［1］。受分選工藝和裝備水平制約，我國(guó)赤泥仍主要采用筑壩堆存的方式處理，其累計(jì)堆存量已超3億t。這不僅占用大量的土地，存在生態(tài)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)［2-3］，還造成二次資源的巨大浪費(fèi)。

赤泥的綜合利用是氧化鋁工業(yè)亟需解決的問(wèn)題，也是業(yè)界當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。鐵作為赤泥中的宏量元素，其回收利用更是目前的一大研究熱點(diǎn)，也取得了一些進(jìn)展。吳道洪等［2］采用轉(zhuǎn)底爐直接還原—磨礦—磁選工藝流程處理赤泥，獲得了TFe品位約90%、鐵回收率約80%的金屬鐵粉；王洪等［4］采用高溫直接還原熔分工藝處理高鐵赤泥，在1 400 ℃、碳氧比為1.2、氟化鈣含量為2%的情況下加熱14 min，渣鐵分離所得珠鐵的碳、硫含量分別為2.72%和0.48%；黃柱成等［5］采用煤基直接還原—磁選工藝處理某赤泥，在Na2CO3和CaF2用量均為3%、還原焙燒溫度為1 150 ℃、還原焙燒時(shí)間為3 h 的情況下，還原焙燒塊的金屬化率達(dá)92.79%，磨選后的海綿鐵品位為89.57%、回收率為91.15%；李佩鴻［6］采用直接還原—磁選工藝從平果鋁赤泥中回收鐵，得到鐵品位為84.17%、回收率為86.96%的海綿鐵，金屬化率為91.49%。

本研究采用直接還原—磁選工藝對(duì)某拜耳法赤泥進(jìn)行了鐵回收試驗(yàn)。

1 試 樣

試樣取自廣西某氧化鋁廠，為洗礦車(chē)間赤泥礦漿的過(guò)濾產(chǎn)品，其主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1，鐵物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。

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由表1 可知：試樣富含鐵、鋁、鈦等成分，其中鐵含量為26.06%，是主要回收對(duì)象；Al2O3和TiO2含量分別為17.53%和5.32%；試樣中還含有少量的鈮、鉭、鎵、鈧等成分；有害成分磷、硫含量較低。

由表2可知：試樣中的鐵主要以赤（褐）鐵礦的形式存在，分布率達(dá)96.85%。

XRD 圖譜分析結(jié)果表明，試樣中的鐵礦物主要是赤鐵礦，其次為褐鐵礦；鈦礦物以鈣鈦礦為主，其次是銳鈦礦和鈦鐵礦；鋁礦物包括一水硬鋁石和三水鋁石；脈石礦物含量較高的是水鋁硅酸鈣、鈣霞石、氧硅鈦鈉石和方解石，其他礦物包括石英、長(zhǎng)石、絹云母、高嶺石、水鋁鈣石、鋯石、獨(dú)居石、磷釔礦、氟碳鈣鈰礦、磷灰石、黃鐵礦和重晶石等。

2 試驗(yàn)方法

（1）取回的赤泥原料經(jīng)烘干、碾碎、混勻即得試樣；將煤粉碎至＜1 mm后備用。

（2）直接還原試驗(yàn)取一定量的試樣與一定量的煤粉混勻后平鋪于剛玉坩堝內(nèi)，待馬弗爐溫度升至設(shè)定值并穩(wěn)定后將盛有礦樣的剛玉坩堝迅速送入爐膛中，待爐溫再次回升至設(shè)定溫度后開(kāi)始計(jì)時(shí)，保溫設(shè)定時(shí)間后出爐，在坩堝上部蓋上適量的煤粉后迅速用細(xì)沙掩埋，完成直接還原試驗(yàn)。

（3）將冷卻后的直接還原熟料在濃度為50%情況下進(jìn)行磨礦，磨礦產(chǎn)品用磁選管進(jìn)行弱磁選，獲得直接還原鐵粉。

（4）分析直接還原熟料和直接還原鐵粉，評(píng)價(jià)直接還原—弱磁選效果。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 直接還原試驗(yàn)

3.1.1 還原溫度試驗(yàn)

還原溫度對(duì)直接還原反應(yīng)過(guò)程具有重要影響，溫度過(guò)低反應(yīng)動(dòng)力學(xué)條件不充分，還原反應(yīng)速度慢；還原溫度過(guò)高則浪費(fèi)燃料，增加工藝能耗。因此，確定還原溫度非常重要。還原溫度試驗(yàn)固定煤粉與試樣的質(zhì)量比（下稱(chēng)煤粉用量）為20%、焙燒時(shí)間為120 min，焙燒熟料磨礦細(xì)度為-0.045 mm79.45%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為103.50 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1 可知：在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，隨著還原溫度的升高，弱磁選鐵粉TFe品位升高、回收率先升后降。綜合考慮，確定焙燒溫度為1 100 ℃，對(duì)應(yīng)的弱磁選鐵粉TFe品位為82.54%、回收率為74.68%。

3.1.2 煤粉用量試驗(yàn)

煤粉用量試驗(yàn)固定焙燒溫度為1 100 ℃、焙燒時(shí)間為120 min，焙燒熟料磨礦細(xì)度為-0.045 mm79.45%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為103.50 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2 可知：隨著煤粉用量的增加，弱磁選鐵粉TFe 品位略有降低、回收率呈先快后慢的上升趨勢(shì)。綜合考慮，確定煤粉用量為30%，對(duì)應(yīng)的弱磁選鐵粉TFe品位為81.32%、回收率為78.05%。

3.1.3 還原時(shí)間試驗(yàn)

同一溫度下，焙燒時(shí)間過(guò)短，還原反應(yīng)進(jìn)行不徹底，礦粒中心的鐵礦物未轉(zhuǎn)化成單質(zhì)鐵，導(dǎo)致弱磁選指標(biāo)不理想；焙燒時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不必要的燃料消耗會(huì)增加生產(chǎn)成本。因此，確定適當(dāng)?shù)倪€原時(shí)間非常重要。還原時(shí)間試驗(yàn)固定煤粉用量為30%，焙燒溫度為1 100 ℃，焙燒熟料磨礦細(xì)度為-0.045 mm79.45%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為103.50 kA/m，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

從圖3可知，直接還原時(shí)間延長(zhǎng)，弱磁選鐵粉TFe品位和回收率均先上升后下降，變化趨勢(shì)的拐點(diǎn)在還原時(shí)間為120 min。因此，確定還原時(shí)間為120 min，對(duì)應(yīng)的弱磁選鐵粉TFe 品位為82.57%、回收率為79.21%。

3.2 直接還原熟料磨礦—弱磁選試驗(yàn)

礦物高效分選的前提是目的礦物與脈石礦物的有效解離。為考查上述確定條件下的直接還原熟料的適宜磨礦—弱磁選條件，進(jìn)行了弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為103.50 kA/m 情況下的磨礦細(xì)度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

從圖4 可知，隨著直接還原熟料磨礦細(xì)度的提高，弱磁選鐵粉TFe 品位升高、回收率下降。綜合考慮，確定適宜的磨礦細(xì)度為-0.045 mm86.75%，對(duì)應(yīng)的鐵粉TFe品位為88.57%、回收率為78.77%。

3.3 全流程試驗(yàn)

為驗(yàn)證條件試驗(yàn)結(jié)論，進(jìn)行了直接還原—磨礦—弱磁選全流程試驗(yàn)，試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)圖5。

從圖5可知，試樣采用直接還原—磨礦—弱磁選工藝處理，在煤粉用量為30%、還原溫度為1 100 ℃、還原時(shí)間為120 min，熟料磨礦細(xì)度為-0.045 mm86.75%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為103.50 kA/m 條件下，獲得了產(chǎn)率為23.17%、TFe 品位為88.60%、回收率為78.77%的鐵粉。

4 結(jié) 論

（1）廣西某氧化鋁廠拜耳法赤泥鐵含量為26.06%、Al2O3含量為17.53%、TiO2含量為5.32%，有害成分磷、硫含量較低；試樣中的鐵主要以赤（褐）鐵礦的形式存在，分布率達(dá)96.85%，主要鐵礦物為赤鐵礦，其次為褐鐵礦；鈦礦物以鈣鈦礦為主，其次是銳鈦礦和鈦鐵礦；鋁礦物包括一水硬鋁石和三水鋁石；脈石礦物主要是水鋁硅酸鈣、鈣霞石、氧硅鈦鈉石和方解石。

（2）試樣采用直接還原—磨礦—弱磁選工藝處理，在煤粉用量為30%、還原溫度為1 100 ℃、還原時(shí)間為120 min，熟料磨礦細(xì)度為-0.045 mm86.75%、弱磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度為103.50 kA/m 條件下，獲得了產(chǎn)率為23.17%、TFe品位為88.60%、回收率為78.77%的鐵粉。