基于鐵礦物還原的拜耳法赤泥熟料燒結(jié)

李小斌，劉楠，齊天貴, 2，王一霖，劉桂華，周秋生，彭志宏

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基于鐵礦物還原的拜耳法赤泥熟料燒結(jié)

李小斌1，劉楠1，齊天貴1, 2，王一霖1，劉桂華1，周秋生1，彭志宏1

(1. 中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙，410083；2. 中南大學(xué)粉末冶金研究院，湖南長(zhǎng)沙，410083)

利用鐵化合物在熟料燒結(jié)過(guò)程中可被煤粉還原為單質(zhì)鐵的特性，實(shí)驗(yàn)研究赤泥爐料在還原燒結(jié)條件下的反應(yīng)行為和性質(zhì)。研究結(jié)果表明：在還原燒結(jié)條件下，赤泥熟料的熔化溫度大于1 250 ℃，且燒結(jié)爐料的鐵鋁比(即Fe2O3與Al2O3的物質(zhì)的量比(Fe2O3)/(Al2O3-))對(duì)熟料的熔化溫度和熟料中氧化鋁的溶出率無(wú)顯著影響，高鐵赤泥熟料的燒結(jié)溫度和燒結(jié)溫度范圍顯著提高；還原燒結(jié)赤泥熟料中氧化鋁和氧化鈉的溶出率隨燒結(jié)溫度的升高而升高，而與爐料配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)和鈣硅比之間存在極值性關(guān)系，適當(dāng)提高爐料的堿比有利于提高熟料中Al2O3的溶出率；赤泥熟料還原燒結(jié)的適宜條件是：溫度為1 200~1 250 ℃，爐料堿鋁比R≈1.10，鈣硅比R=1.6~1.7，配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)c≈6%。在該還原燒結(jié)條件下，鐵鋁比(Fe2O3)/(Al2O3-)為0.3的赤泥熟料中Al2O3的溶出率可達(dá)91%~93%，Na2O的溶出率大于92%。

拜耳法赤泥；熟料燒結(jié)；鐵礦物；還原

隨著我國(guó)氧化鋁工業(yè)的快速發(fā)展，鋁土礦消耗量大且增長(zhǎng)迅猛，國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)鋁土礦資源已日漸枯竭，經(jīng)濟(jì)高效地利用我國(guó)大量存在的高鐵高硅中低品位鋁土礦對(duì)我國(guó)氧化鋁工業(yè)的安全可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[1]。串聯(lián)法處理鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁工藝，綜合了拜耳法工藝簡(jiǎn)單、能耗低和燒結(jié)法鋁回收率高、堿耗低的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是處理中低品位高硅鋁土礦較經(jīng)濟(jì)合理的方法[2?3]。但是，在串聯(lián)法工藝中，燒結(jié)法僅處理拜耳法赤泥，而拜耳法赤泥熟料的燒結(jié)至今仍存在技術(shù)難題，其主要表現(xiàn)為：因赤泥爐料具有硅、鐵含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))高而鋁含量低的特點(diǎn)，赤泥熟料燒結(jié)塊中鋁酸鈉含量低而鐵酸鈉和鐵酸鈣含量高，傾向于形成低熔點(diǎn)共晶體，熟料的熔化溫度較低，導(dǎo)致高鐵赤泥熟料的燒結(jié)溫度范圍窄，造成熟料燒結(jié)過(guò)程操作困難[4?5]；由于赤泥熟料的組成不在傳統(tǒng)熟料體系的Na2O·Al2O3Na2O·Fe2O3-2CaO·SiO2系三組分特性的區(qū)域內(nèi)，爐料組分利于形成含鋁和堿的不溶三元化合物，導(dǎo)致熟料中氧化鋁和堿的溶出率低[5?6]。赤泥燒結(jié)爐料鐵鋁比高及鐵化合物易形成低熔點(diǎn)物質(zhì)是造成赤泥熟料燒結(jié)難的主要原因。為解決高鐵赤泥熟料燒結(jié)難的問(wèn)題，Мальц等[5, 7?8]基于高鐵赤泥熟料中鐵酸鈉、鐵酸鈣的含量和質(zhì)量比變化對(duì)熟料熔化溫度的影響規(guī)律，提出了將爐料中部分氧化鐵配鈣形成不同堿度的鐵酸鈣以改善熟料燒結(jié)溫度范圍和熟料溶出性能的高鐵赤泥熟料燒結(jié)方案。但是，由于鐵酸鈣本身是形成低熔點(diǎn)共晶體的主要物相[9?11]，僅靠調(diào)整鐵酸鈣的含量或質(zhì)量比對(duì)爐料燒結(jié)溫度范圍的調(diào)節(jié)作用有限，使該方案難以用于鐵含量較高的赤泥熟料的燒結(jié)過(guò)程。Мальц等[5, 12]提出了向爐料中加煤使氧化鐵還原的高鐵赤泥熟料燒結(jié)方案，并對(duì)燒結(jié)溫度為950~1150 ℃時(shí)，將赤泥熟料中部分鐵化合物還原為Fe3O4的燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，證明了應(yīng)用該方案可以提高赤泥熟料中氧化鋁和堿的溶出率。實(shí)際上，在赤泥熟料燒結(jié)的高溫條件下，鐵的氧化物被煤還原的平衡物相是金屬鐵[13]。本文作者在前期的研究[12, 14]中發(fā)現(xiàn)，在還原燒結(jié)條件下，不僅赤泥燒結(jié)爐料中的氧化鐵容易被煤還原為金屬鐵，爐料中的鐵酸鈉和鐵酸鈣也可以被煤粉快速還原成金屬鐵。金屬鐵的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于熟料的燒結(jié)溫度，且其在中性或還原氣氛下并不與赤泥爐料中其他組分反應(yīng)或形成固溶體，若將高鐵赤泥爐料中反應(yīng)活性高的鐵化合物配煤還原轉(zhuǎn)化為金屬鐵，將有望解決傳統(tǒng)高鐵赤泥熟料燒結(jié)過(guò)程存在的技術(shù)難題。為此，本文作者對(duì)高鐵赤泥爐料配煤的熟料還原燒結(jié)方法進(jìn)行研究。

1 實(shí)驗(yàn)原料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)用拜耳法赤泥和石灰石均來(lái)自河南某氧化鋁廠，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))如表1所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程燒結(jié)爐料的鐵鋁比(即Fe2O3與Al2O3的物質(zhì)的量比(Fe2O3)/(Al2O3-))通過(guò)向拜耳法赤泥中按比例配入分析純氧化鐵制得。高鐵赤泥還原燒結(jié)過(guò)程所用還原劑為煤粉，還原煤粉的固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為73.35%，灰分為19.07%，其灰分的化學(xué)成分如表1所示。熟料燒結(jié)過(guò)程所用碳酸鈉為工業(yè)級(jí)純堿，其碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.18%。

表1實(shí)驗(yàn)原料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

熟料溶出所用鋁酸鈉調(diào)整液，由工業(yè)級(jí)氫氧化鋁和工業(yè)級(jí)氫氧化鈉配制的高質(zhì)量濃度鋁酸鈉溶液加水稀釋配制而成。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 赤泥熟料燒結(jié)

在還原燒結(jié)條件下，赤泥爐料中的氧化鐵被還原而不需要配堿或配鈣，其爐料配方與傳統(tǒng)燒結(jié)法配方不同。其配料原則為：爐料中堿的配量滿足使?fàn)t料中Al2O3形成鋁酸鈉，鈣的配量滿足使?fàn)t料中SiO2和TiO2分別形成硅酸鈣和鈦酸鈣。為區(qū)別于傳統(tǒng)的配料方法，還原燒結(jié)爐料配方按以下方式表示。堿鋁比R=[(Na2O)+(K2O)]/(Al2O3)，鈣硅比R=[(CaO)?(TiO2)]/(SiO2)，配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)c=(煤粉)/(生料)×100%。其中：為爐料中各組分的物質(zhì)的量，mol；為各組分的質(zhì)量，kg。

熟料燒結(jié)過(guò)程為：按照預(yù)定的爐料配方，分別稱取磨細(xì)至粒度小于74 μm(過(guò)孔徑為75 μm篩)的拜耳法赤泥、石灰石粉、碳酸鈉和煤粉，放入混料瓶中，并在對(duì)輥式多功能礦物混料機(jī)(長(zhǎng)沙索拓科學(xué)儀器設(shè)備有限公司)上將其混合均勻；稱取混勻后的生料放入剛玉坩堝內(nèi)，蓋上坩堝蓋，先置于800 ℃的馬弗爐(SX2?5?12 型，長(zhǎng)沙中華電爐廠)中預(yù)燒20 min，再轉(zhuǎn)移到已預(yù)熱至燒結(jié)溫度的高溫箱式電阻爐(SX?6?16 型，長(zhǎng)沙科鑫爐業(yè)有限公司)內(nèi)燒結(jié)一定時(shí)間，然后將熟料先轉(zhuǎn)移至800 ℃的馬弗爐內(nèi)放置15 min后，取出自然冷卻至室溫。冷卻后將熟料磨細(xì)、混勻并置于磨口瓶中備用。

1.2.2 熟料溶出

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用工業(yè)溶出條件下熟料中有用組分的溶出率考察熟料的質(zhì)量，其熟料的工業(yè)溶出條件和方法為：移取100 mL調(diào)整液(苛性堿Na2Ok質(zhì)量濃度為59.85 g/L，苛性分子比k為1.32，碳酸鈉Na2CO3質(zhì)量濃度為3.97 g/L)加入到低壓反應(yīng)群釜的鋼彈(容積150 mL)中，然后稱取磨細(xì)至0.3 mm(過(guò)孔徑為0.25 mm篩)的熟料25 g，加入到鋼彈中，再加入2個(gè)直徑為15 mm的鋼球以加強(qiáng)攪拌，將鋼彈加蓋擰緊密封后放入低壓反應(yīng)群釜中，于80 ℃下溶出30 min。溶出漿液真空抽濾，濾餅用熱水(約90 ℃)洗滌，濾液及洗液移至1 L的容量瓶中定容后，采用容量法分析溶出液的成分，將洗滌后的濾餅(即燒結(jié)法赤泥)，在(100±5) ℃的烘箱中烘干后，采用容量法分析其化學(xué)成分。根據(jù)容量法分析得到的熟料和赤泥的化學(xué)成分，計(jì)算氧化鋁和氧化鈉的溶出率。

2 結(jié)果與討論

2.1 赤泥還原燒結(jié)過(guò)程熟料的燒結(jié)溫度范圍

熟料的燒結(jié)溫度范圍是由燒結(jié)過(guò)程中爐料的熔化溫度(3)和爐料開(kāi)始收縮的溫度(1)的差值確定的，但實(shí)際上不同爐料開(kāi)始收縮溫度的變化并不顯著，熟料的燒結(jié)溫度范圍主要取決于爐料的熔化溫度。在還原燒結(jié)條件下，燒結(jié)爐料中鐵化合物的反應(yīng)與傳統(tǒng)熟料燒結(jié)過(guò)程的反應(yīng)不同。為了明確赤泥爐料配煤還原燒結(jié)條件下熟料燒結(jié)溫度范圍的變化，實(shí)驗(yàn)考察不同(Fe2O3)/(Al2O3-)爐料在不同燒結(jié)溫度下?tīng)t料的收縮及熔化情況，結(jié)果如表2所示。其中，還原燒結(jié)所用爐料配方為：R=1.00，R=1.7，還原煤粉與爐料中氧化鐵的質(zhì)量比(煤粉)/(Fe2O3)=0.6。

表2 不同燒結(jié)條件下赤泥熟料的熔化溫度

注：SS為熟料無(wú)顯著收縮、松散；SK為熟料體積收縮，呈燒結(jié)塊；RR為熔融或大量液相；上標(biāo)“b”表示為傳統(tǒng)赤泥爐料。

從表2可以看出：在赤泥熟料配煤還原的燒結(jié)條件下，爐料的熔化溫度均大于1 250 ℃，與傳統(tǒng)的赤泥爐料(鐵配堿和鈣)燒結(jié)相比，其熔化溫度提高100℃以上。這表明在燒結(jié)爐料配煤的還原燒結(jié)條件下，高鐵赤泥爐料可以采用較高的燒結(jié)溫度，且其燒結(jié)溫度范圍顯著變寬。赤泥還原燒結(jié)熟料的熔化溫度并不隨爐料(Fe2O3)/(Al2O3-)的增加而發(fā)生顯著變化，這明顯不同于傳統(tǒng)赤泥熟料燒結(jié)方法中熟料熔化溫度隨爐料(Fe2O3)/(Al2O3-)增加而迅速降低的特點(diǎn)，說(shuō)明赤泥熟料還原溫度及熟料的燒結(jié)溫度范圍不受赤泥熟料(Fe2O3)/(Al2O3-)的限制，還原燒結(jié)方法適合高鐵含量的赤泥熟料的燒結(jié)。還原燒結(jié)爐料出現(xiàn)上述不同于傳統(tǒng)赤泥燒結(jié)爐料特點(diǎn)的原因可歸結(jié)為：在足夠的還原氣氛下，高鐵赤泥爐料中的氧化鐵、鐵酸鈉、鐵酸鈣等都可被還原為金屬鐵，而金屬鐵的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于赤泥熟料的燒結(jié)溫度，且金屬鐵在中性和還原性氣氛下對(duì)于赤泥熟料組分是惰性的，避免了熟料中低熔點(diǎn)鐵鹽及其共晶體的形成。

2.2 配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高鐵赤泥熟料燒結(jié)的影響

研究[15?16]表明：在赤泥熟料燒結(jié)過(guò)程中，爐料中未與堿或者鈣結(jié)合的游離Fe2O3可與2CaO·SiO2和3CaO·2SiO2反應(yīng)生成CaO·Fe2O3，并使上述含鈣高的硅酸鈣轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定的CaO·SiO2，而CaO·Fe2O3和CaO·SiO2不僅熔點(diǎn)低而且容易與熟料中的鋁酸鈉進(jìn)一步反應(yīng)生成含鋁和堿的三元不溶化合物，從而引起燒結(jié)爐料中液相量增加和熟料中鋁和堿溶出率降低。為避免還原燒結(jié)爐料中游離Fe2O3的不利影響，在還原燒結(jié)過(guò)程中需添加適當(dāng)?shù)倪€原煤粉量以保證足夠的還原氣氛。為確定高鐵赤泥熟料燒結(jié)過(guò)程中適當(dāng)?shù)呐涿嘿|(zhì)量分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)考察燒結(jié)爐料中液相量及熟料溶出性能隨配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化。

燒結(jié)爐料中的液相量可通過(guò)測(cè)定燒成熟料塊的壓碎強(qiáng)度來(lái)判斷[5]，其實(shí)驗(yàn)過(guò)程為：將配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同的生料噴水制成直徑約為10 mm的球團(tuán)物料，球團(tuán)經(jīng)烘干后按照實(shí)驗(yàn)方法中所述的熟料燒結(jié)過(guò)程將其燒制成熟料球團(tuán)，然后用球團(tuán)礦抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)多次測(cè)定熟料球團(tuán)的壓碎力并取平均值以代表其壓碎強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。其中，爐料的堿鋁比和鈣硅比分別為：R=1.10和R=1.7。

溫度/℃：1—1 200；2—1 150

從圖1可以看出：當(dāng)燒結(jié)爐料中配入還原煤粉時(shí)，熟料球團(tuán)的壓碎強(qiáng)度隨配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而降低，說(shuō)明采用還原燒結(jié)可以顯著降低赤泥爐料中的液相量，且還原性氣氛越強(qiáng)，爐料中的液相量越少。爐料中液相量與熟料燒結(jié)溫度及燒結(jié)溫度范圍關(guān)系密切，因此可以認(rèn)為：在高鐵赤泥熟料燒結(jié)過(guò)程中，爐料中的液相量及熟料的燒結(jié)溫度范圍可通過(guò)爐料中還原煤粉的配入量來(lái)調(diào)節(jié)和控制。

圖2所示為不同還原燒結(jié)溫度下赤泥熟料(R=1.10，R=1.7和(Fe2O3)/(Al2O3-)=0.3)中Al2O3和Na2O的溶出率隨爐料配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律。從圖2可以看出：在還原燒結(jié)條件下，熟料中Al2O3的溶出率隨配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高呈現(xiàn)先升高后降低的規(guī)律；當(dāng)燒結(jié)溫度為1 200 ℃，配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%左右時(shí)Al2O3溶出率達(dá)到極大值；熟料中Na2O的溶出率在配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)c≤4%的范圍內(nèi)變化不明顯，而當(dāng)配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高(c≥8%)時(shí)，Na2O的溶出率有顯著降低的趨勢(shì)。熟料中Al2O3和Na2O溶出率出現(xiàn)這種變化規(guī)律可能是由還原燒結(jié)爐料中液相量及含鐵組分反應(yīng)的變化引起的：當(dāng)還原燒結(jié)爐料中配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，爐料中部分氧化鐵被還原，減少了爐料中鐵酸鈉和鐵酸鈣的量，降低了爐料中形成三元不溶化合物的概率和液相量，使熟料中鋁和堿溶出率升高；當(dāng)燒結(jié)爐料中配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高(c≥8%)時(shí)，爐料中包括鐵酸鈉在內(nèi)的絕大部分含鐵組分被快速還原為金屬鐵，這使得爐料中不僅缺乏促進(jìn)燒結(jié)反應(yīng)傳質(zhì)和傳熱的足夠液相量，而且缺少對(duì)鋁酸鈉形成動(dòng)力學(xué)具有促進(jìn)作用的鐵酸鈉[14, 17]，從而造成氧化鋁溶出率降低。另外，配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)高的還原燒結(jié)條件，有利于使熟料中堿和氧化鋁等形成不溶性化合物Na2O·11(Al,Fe)2O3，也可引起熟料中氧化鋁和堿溶出率降低。

1—Al2O3溶出率，1 200℃；2—Na2O溶出率，1 200℃；3—Al2O3溶出率，1 150℃；4—Na2O溶出率，1 150℃

2.3 鈣硅比和堿鋁比對(duì)高鐵赤泥熟料還原燒結(jié)的影響

鈣比和堿比是氧化鋁熟料燒結(jié)過(guò)程中生料配制的主要指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)考察鋁硅比((Al2O3)/(SiO2))為1.6和(Fe2O3)/(Al2O3-)為0.3的高鐵赤泥在采用不同鈣硅比和堿鋁比配方進(jìn)行還原燒結(jié)時(shí)熟料的溶出性能，其結(jié)果如圖3和表3所示。

圖3所示為在堿鋁比R為1.00、配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)c為6%的條件下，不同燒結(jié)溫度下高鐵赤泥熟料中Al2O3的工業(yè)溶出率(工溶)隨爐料鈣硅比(R)的變化規(guī)律。從圖3可以看出：當(dāng)R為1.5~1.8時(shí)，熟料中Al2O3的工業(yè)溶出率較高，且隨著R的增加略微升高；當(dāng)R≥1.8時(shí)，Al2O3的溶出率隨R的增加而迅速降低。這表明在還原燒結(jié)條件下，高鐵赤泥熟料宜采用低鈣比爐料燒結(jié)，熟料R取1.5~1.7為適宜。在該還原燒結(jié)條件下，由于爐料中鐵不配鈣且鈣硅比低，爐料的配鈣量遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的高鐵赤泥爐料，可顯著降低燒結(jié)過(guò)程的物料流量和赤泥量。

溫度/℃：1—1 200；2—1 250

表3中所示為堿鋁比R對(duì)高鐵赤泥還原燒結(jié)熟料溶出性的影響。從表3可知：在溫度為1 225 ℃，鈣硅比R為1.5和c為6%的還原燒結(jié)條件下，燒結(jié)熟料中Al2O3的溶出率隨配堿量的升高而升高，Na2O的溶出率隨堿配量的升高而降低；當(dāng)R≥1.10時(shí)，熟料中Al2O3的溶出率的變化不大，而Na2O溶出率顯著降低。這可能與高堿配方條件下，過(guò)量的堿與硅酸鈣反應(yīng)形成不溶性的三元化合物硅酸鈉鈣(Na2O·CaO·SiO2)有關(guān)[6]。對(duì)比不同燒結(jié)條件下R= 1.00和NR=1.10的熟料中Al2O3和Na2O的溶出率，結(jié)果表明：NR為1.10的熟料中Al2O3的溶出率顯著高于R為1.0時(shí)熟料的Al-2O3溶出率，而Na2O的溶出率無(wú)顯著差別。綜合表3所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：高鐵赤泥還原燒結(jié)熟料的堿鋁比R控制在1.10左右為宜。

表3 堿鋁比(NR)對(duì)高鐵赤泥熟料還原燒結(jié)的影響

2.4 溫度對(duì)高鐵赤泥熟料還原燒結(jié)的影響

高鐵赤泥爐料配煤的還原燒結(jié)方法，使赤泥熟料燒結(jié)可以在較廣泛的高溫條件下進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)考查(Al2O3)/(SiO2)為1.6和(Fe2O3)/(Al2O3-)為0.3的高鐵拜耳法赤泥，在爐料配方為R=1.10，R=1.6和c=6%條件下還原，燒結(jié)溫度對(duì)燒結(jié)熟料中Al2O3和Na2O溶出率的影響，其結(jié)果如圖4所示。

從圖4可知：在還原燒結(jié)條件下，赤泥熟料中Al2O3和Na2O的溶出率(工溶)隨著還原燒結(jié)溫度的升高而升高，當(dāng)熟料還原燒結(jié)溫度≥1 200 ℃時(shí)，熟料中Al2O3和Na2O的溶出率分別大于90%和92%；當(dāng)燒結(jié)溫度為1 250 ℃時(shí)，熟料中Al2O3的溶出率可達(dá)93%以上。這表明提高還原燒結(jié)的溫度，有利于提高赤泥熟料中Al2O3和Na2O的回收率，而高鐵赤泥熟料燒結(jié)爐料中配煤使氧化鐵及低熔點(diǎn)鐵鹽還原為金屬鐵，顯著提高了燒結(jié)爐料的熔化溫度，為赤泥熟料的高溫?zé)Y(jié)提供了可能，也為提高赤泥熟料中鋁和堿的回收率提供了基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的將赤泥中部分氧化鐵配堿和鈣形成鐵酸鈉和鐵酸鈣的赤泥熟料燒結(jié)過(guò)程中，因爐料的熔化溫度低，其熟料燒結(jié)溫度一般不高于1 200 ℃，赤泥熟料中Al2O3的溶出率(工溶)一般在80%~85%之間，遠(yuǎn)低于高溫條件下還原燒結(jié)熟料Al2O3的溶出率，因此，就赤泥中有用組分的回收而言，采用爐料配煤還原的熟料燒結(jié)方法處理高鐵赤泥具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

1—Al2O3溶出率；2—Na2O溶出率

在傳統(tǒng)的赤泥熟料燒結(jié)過(guò)程中，爐料中的液相量以及熟料的熔化溫度嚴(yán)重依賴于赤泥爐料的(Fe2O3)/(Al2O3)，當(dāng)赤泥爐料(Fe2O3)/(Al2O3-)升高到一定范圍后，赤泥熟料中Al2O3和Na2O的溶出率急劇降低[5, 18]。為明確還原燒結(jié)條件下高鐵赤泥的(Fe2O3)/(Al2O3-)對(duì)赤泥熟料中有用組分的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)研究不同還原燒結(jié)溫度下高鐵赤泥熟料中Al2O3的溶出率與爐料(Fe2O3)/(Al2O3-)的關(guān)系，其結(jié)果如圖5所示。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還原燒結(jié)爐料的配方為：R=1.10，R=1.6；還原煤粉與爐料中氧化鐵的質(zhì)量比(煤)/(Fe2O3)=0.6。

溫度/℃：1—1 200；2—1 250

從圖5可以看出：在1 200~1 250 ℃的高鐵赤泥熟料還原燒結(jié)條件下，當(dāng)高鐵赤泥熟料(Fe2O3)/(Al2O3-)在0.3~0.6范圍內(nèi)變化時(shí)，熟料中Al2O3的溶出率在同一燒結(jié)溫度下無(wú)顯著變化，這說(shuō)明在足夠的還原氣氛下，赤泥的(Fe2O3)/(Al2O3-)對(duì)高鐵赤泥熟料的燒結(jié)過(guò)程無(wú)顯著影響，這使赤泥熟料還原燒結(jié)方法在處理鐵含量較高的赤泥爐料時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論

1) 在赤泥爐料配煤還原燒結(jié)條件下，熟料的熔化溫度大于1 250 ℃，且不受爐料(Fe2O3)/(Al2O3-)的影響，使高鐵赤泥熟料可以采用較高的燒結(jié)溫度 (＞1 200 ℃)，并顯著拓寬了熟料的燒結(jié)溫度范圍。

2) 赤泥還原燒結(jié)熟料中的液相量隨爐料配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而降低。熟料中氧化鋁的溶出率與配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間存在極值性關(guān)系，赤泥爐料的鐵鋁比(Fe2O3)/(Al2O3)對(duì)還原燒結(jié)熟料中氧化鋁的溶出性能無(wú)顯著影響。

3) 高鐵赤泥熟料還原燒結(jié)適宜的爐料配方和燒結(jié)條件如下：堿鋁比R≈1.10，鈣硅比R=1.6~1.7，配煤質(zhì)量分?jǐn)?shù)c≈6%，燒結(jié)溫度為1 200~1 250 ℃。在該燒還原燒結(jié)條件下，赤泥燒結(jié)熟料中氧化鋁的溶出率可達(dá)91%~93%，氧化鈉的溶出率可達(dá)92%以上。

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Bayer red mud sintering process based on reduction of iron minerals

LI Xiaobin1, LIU Nan1, QI Tiangui1, 2, WANG Yilin1, LIU Guihua1, ZHOU Qiusheng1, PENG Zhihong1

(1. School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha 410083, China; 2. Powder Metallurgy Research Institute, Central South University, Changsha 410083, China)

Considering that iron compounds in furnace burden can be reduced to elemental iron by coal powder in sintering process, the reaction behaviors and properties of red mud in reduction sintering process were investigated. The results show that the melting temperature of the red mud sinters is more than 1 250 ℃ and the mole ratio of Fe2O3to Al2O3((Fe2O3)/(Al2O3-)) has little effect on melting temperature and the alumina recovery when the red mud sinter is produced under reduction conditions. The sintering temperature and the bandwidth of sintering temperature of red mud furnace charge can be improved in the process. The recovery of alumina and sodium oxide from the sinters increases with the increase of the sintering temperature, while it has the extreme relationships with mass fraction of reduction coal powder and the mole ratio of calcium oxide to silica (R) in furnace charge. Appropriate increase of alkali ratio in the furnace charge can improve the alumina recovery of the red mud sinters. The suitable technological conditions and the optimized prescription of furnace charge for red mud reduction sintering process are as follows: The temperature is 1 200?1 250 ℃, the mole ratio of alkali to alumina in sinterRis about 1.10,Ris 1.6?1.7 and the mass ratio of coal powder to the furnace chargecis about 6%. Under the optimal reduction sintering conditions, the alumina recovery can reach 91%?93% and sodium oxide recovery is more than 92% when(Fe2O3)/(Al2O3-) in the red mud sinter is 0.3.

Bayer red mud; sintering process; iron mineral; reduction

10.11817/j.issn.1672-7207.2015.07.002

TF802

A

1672?7207(2015)07?2398?07

2014?10?15；

2014?12?24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51374239) (Project(51374239) supported by the National Natural Science Foundation of China)

齊天貴，博士(后)，從事有色金屬冶金研究；E-mail: qtg_csu@163.com

(編輯 羅金花)