李家林

（長沙礦冶研究院有限責任公司）

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

赤泥的綜合利用是氧化鋁工業(yè)亟需解決的問題，也是業(yè)界當前研究的熱點。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，也取得了一些進展。吳道洪等［2］采用轉底爐直接還原—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 ℃、還原焙燒時間為3 h 的情況下，還原焙燒塊的金屬化率達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—磁選工藝對某拜耳法赤泥進行了鐵回收試驗。

1 試 樣

試樣取自廣西某氧化鋁廠，為洗礦車間赤泥礦漿的過濾產品，其主要化學成分分析結果見表1，鐵物相分析結果見表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96.85%。

XRD 圖譜分析結果表明，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、長石、絹云母、高嶺石、水鋁鈣石、鋯石、獨居石、磷釔礦、氟碳鈣鈰礦、磷灰石、黃鐵礦和重晶石等。

2 試驗方法

（1）取回的赤泥原料經烘干、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，待馬弗爐溫度升至設定值并穩(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定溫度后開始計時，保溫設定時間后出爐，在坩堝上部蓋上適量的煤粉后迅速用細沙掩埋，完成直接還原試驗。

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

（4）分析直接還原熟料和直接還原鐵粉，評價直接還原—弱磁選效果。

3 試驗結果及討論

3.1 直接還原試驗

3.1.1 還原溫度試驗

還原溫度對直接還原反應過程具有重要影響，溫度過低反應動力學條件不充分，還原反應速度慢；還原溫度過高則浪費燃料，增加工藝能耗。因此，確定還原溫度非常重要。還原溫度試驗固定煤粉與試樣的質量比（下稱煤粉用量）為20%、焙燒時間為120 min，焙燒熟料磨礦細度為-0.045 mm79.45%、弱磁選磁場強度為103.50 kA/m，試驗結果見圖1。

從圖1 可知：在試驗溫度范圍內，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 ℃，對應的弱磁選鐵粉TFe品位為82.54%、回收率為74.68%。

3.1.2 煤粉用量試驗

煤粉用量試驗固定焙燒溫度為1 100 ℃、焙燒時間為120 min，焙燒熟料磨礦細度為-0.045 mm79.45%、弱磁選磁場強度為103.50 kA/m，試驗結果見圖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。綜合考慮，確定煤粉用量為30%，對應的弱磁選鐵粉TFe品位為81.32%、回收率為78.05%。

3.1.3 還原時間試驗

同一溫度下，焙燒時間過短，還原反應進行不徹底，礦粒中心的鐵礦物未轉化成單質鐵，導致弱磁選指標不理想；焙燒時間過長，不必要的燃料消耗會增加生產成本。因此，確定適當?shù)倪€原時間非常重要。還原時間試驗固定煤粉用量為30%，焙燒溫度為1 100 ℃，焙燒熟料磨礦細度為-0.045 mm79.45%、弱磁選磁場強度為103.50 kA/m，試驗結果見圖3。

從圖3可知，直接還原時間延長，弱磁選鐵粉TFe品位和回收率均先上升后下降，變化趨勢的拐點在還原時間為120 min。因此，確定還原時間為120 min，對應的弱磁選鐵粉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

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，進行了弱磁選磁場強度為103.50 kA/m 情況下的磨礦細度試驗，結果見圖4。

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

3.3 全流程試驗

為驗證條件試驗結論，進行了直接還原—磨礦—弱磁選全流程試驗，試驗條件及結果見圖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 ℃、還原時間為120 min，熟料磨礦細度為-0.045 mm86.75%、弱磁選磁場強度為103.50 kA/m 條件下，獲得了產率為23.17%、TFe 品位為88.60%、回收率為78.77%的鐵粉。

4 結 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 ℃、還原時間為120 min，熟料磨礦細度為-0.045 mm86.75%、弱磁選磁場強度為103.50 kA/m 條件下，獲得了產率為23.17%、TFe品位為88.60%、回收率為78.77%的鐵粉。