【摘要】：拜耳法赤泥是氧化鋁廠以拜耳法工藝生產(chǎn)氧化鋁后產(chǎn)生的堿性殘渣,由于其堿度高,成分復雜,其綜合利用一直是世界性難題。本文研究的赤泥來源于中國鋁業(yè)集團山東分公司,其以印尼進口鋁土礦為原料,產(chǎn)生的赤泥中Fe_2O_3含量高達30.77 wt%。本論文研究了赤泥熱-堿活化預處理制備地聚物,赤泥還原焙燒后磁選回收鐵,以及磁選殘渣制備地聚物的性能,探討了鐵元素對地聚物反應過程的影響。主要研究內(nèi)容如下:1.赤泥熱-堿活化預處理直接制備地聚物的研究熱-堿活化的方法可改變赤泥物相組成,提高赤泥活性。探究了焙燒溫度、焙燒時間、Na_2O摻量對赤泥活性的影響,以鋁、硅元素溶出率為評價手段。結(jié)果表明:在焙燒溫度為800°C、焙燒時間為60 min、Na_2O摻量為15.0 wt%時,活化赤泥的Al、Si溶出率分別達到40.32 wt%、9.76 wt%。經(jīng)過熱-堿活化,赤泥中三水鋁石分解、水合鋁硅酸鈉轉(zhuǎn)變成鈉霞石相。利用活化赤泥制備地聚物,探究了熱-堿活化過程中Na_2O摻量、凈漿過程中額外Na_2O摻量以及赤泥-粉煤灰添加比例對地聚物性能的影響。實驗結(jié)果表明:在Na_2O摻量為5.0 wt%時,地聚物28 d抗壓強度最佳,達到23.86 MPa;在活化預處理中添加Na_2O焙燒的效果明顯優(yōu)于地聚物合成過程中再添加Na_2O的效果;過量的堿會破壞地聚物結(jié)構(gòu),導致強度降低;熱-堿活化赤泥在赤泥-粉煤灰地聚物中合適的摻量為50 wt%;鈉霞石相在堿性環(huán)境中溶解并參與地聚物反應,生成穩(wěn)定的凝膠狀地聚物水化產(chǎn)物。2.赤泥還原焙燒回收鐵及磁選殘渣制備地聚物的研究在高溫條件下,利用煤粉對赤泥進行還原焙燒,再磁選分離回收鐵,探究了焙燒溫度、焙燒時間、煤粉摻量對鐵回收效果的影響。實驗結(jié)果表明:焙燒溫度的升高可提高磁選精礦的鐵回收率,但會導致精礦品位的降低;延長焙燒時間使鐵回收率呈先上升后下降的趨勢,主要原因是還原氣氛的減弱導致磁鐵礦再度被氧化成赤鐵礦;適量提高煤粉的摻量可提高爐內(nèi)的還原氣氛,有助于赤鐵礦的還原。最終得到赤泥中鐵回收的優(yōu)化還原條件為:900°C焙燒60 min,煤粉摻量為5.0 wt%,磁選次數(shù)為1次,激磁電流為1 A,此時鐵回收率及精礦品位分別達到49.41 wt%和56.88 wt%,基本能滿足冶煉用鐵礦石的要求。經(jīng)過熱-堿活化還原焙燒及磁選工序后,磁選殘渣制備的地聚物仍有20 MPa左右,鐵還原-磁選-地聚物制備這一赤泥綜合利用方案是可行的。3.赤泥中鐵元素對地聚物性能的影響規(guī)律研究利用含不同鐵物相的赤泥制備地聚物,探究鐵元素對地聚物性能的影響,并對鐵元素在地聚物制備過程中的轉(zhuǎn)變規(guī)律進行了分析。結(jié)果表明:鐵元素在赤泥中的存在形態(tài)相對于Si、Al的形態(tài)轉(zhuǎn)變來說對地聚物性能影響較小,在現(xiàn)有的實驗研究中,Si、Al的形態(tài)轉(zhuǎn)變對地聚物性能的影響掩蓋了Fe的形態(tài)變化對地聚物性能的影響。鐵元素在赤泥中以赤鐵礦和類質(zhì)同相形式存在,在熱-堿活化過程中,鋁硅酸鹽礦物的分解會導致部分類質(zhì)同相形式的鐵元素由八面體結(jié)構(gòu)向四面體結(jié)構(gòu)和赤鐵礦轉(zhuǎn)變;在地聚物反應中,四面體結(jié)構(gòu)的鐵元素會與鋁硅酸鹽重組再度生成八面體結(jié)構(gòu)的礦物;赤鐵礦不會參與地聚物反應。本文研究了拜耳法赤泥還原焙燒-磁選回收-地聚物制備技術,并研究了鐵元素對地聚物性能的影響,對高鐵赤泥的綜合利用具有一定的參考價值。
【圖文】：

圖 1-2 2010 年匈牙利某鋁廠赤泥壩潰壩事故年來，“干堆存”成為了赤泥堆存最主流的方式。按照赤泥含水率的差可被分成干泥堆存（含水率 48-55%）和干化堆存（含水率>65%）。干泥濃縮成可流動的糊狀，再利用管道將赤泥將輸送入具有一定傾斜角度的讓其自然流動形成均勻的赤泥堆積層，同時利用赤泥自身的壓力排出滲可返回氧化鋁生產(chǎn)流程；干化堆存是將赤泥脫水形成干泥餅狀，然后運，此方法能有效規(guī)避高堿度赤泥滲濾液的泄露和其它污染問題。泥的干堆存能大大減少赤泥堆場的占地面積，同時在一定程度上降低潛壩風險，但是這種方法也存在處理成本較高、受降水限制和揚塵污染等之，目前急需有效的赤泥綜合利用途徑來緩解大量赤泥堆存處置的難題赤泥的綜合利用隨著日益增加的赤泥堆存量而引發(fā)的一系列環(huán)境和經(jīng)濟問題已引起各

圖 3-10 不同 Na2O 摻量焙燒赤泥 SEM 圖：(a) RM-0N; (b) RM-5N3.5 本章小結(jié)本章探究了焙燒溫度、焙燒時間、Na2O 摻量對赤泥 Al、Si 溶出率的影響，利用XRD、FTIR 等技術分析了赤泥在活化焙燒前后的物相轉(zhuǎn)變規(guī)律及微觀形貌，主要結(jié)論如下：（1）隨著焙燒溫度的提高，赤泥中發(fā)生了部分物相的分解，主要是 300oC 左右三水鋁石的分解、640oC 左右的鋁硅酸鹽礦物的分解和 974oC 碳酸鈣的分解。焙燒溫度的提高很難進一步改變的赤泥的物相，赤泥中可分解的礦物在 60 min 便能完全分解。（2）隨著 Na2O 摻量的提高，鋁、硅元素在堿液中的溶出率出現(xiàn)明顯的提高，在Na2O 摻量為 15.0 wt%時，，熱-堿活化赤泥的 Al、Si 溶出率分別為 40.32 wt%和 9.76 wt%。（3）在熱-堿活化過程中，隨著 Na2O 摻量的提高，原赤泥中的部分水合鋁硅酸鈉相轉(zhuǎn)變?yōu)橄际啵簾w系中多余的 NaO 會引入碳酸根與霞石相結(jié)合生成鈉霞石
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：X758

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王小華;劉紅;周志輝;王翠;陳仕祥;;赤泥制備光催化劑降解染料廢水的研究[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2012年11期

2 萬軍;劉恒波;宋美;賈韶輝;賀深陽;;利用赤泥制備高強陶粒的試驗研究[J];礦冶工程;2011年05期

3 王玉麟;漆貴海;許國偉;;拜耳法赤泥對砌筑砂漿性能影響試驗研究[J];混凝土;2011年09期

4 王琪;姜林;;硫酸浸出赤泥中鐵、鋁、鈦的工藝研究[J];礦冶工程;2011年04期

5 李小雷;翟二安;陶豐;于國順;張作才;王利英;;高摻量拜耳法赤泥、煤矸石制備燒結(jié)磚的試驗研究[J];科技信息;2011年05期

6 王克勤;于永波;王皓;陳津;;赤泥鹽酸浸出提取鈧的試驗研究[J];稀土;2010年01期

7 孫永峰;董風芝;劉炯天;王淑紅;;拜耳法赤泥選鐵工藝研究[J];金屬礦山;2009年09期

8 魏寧;欒兆坤;王軍;史麗;趙穎;武潔瑋;;鋁改性赤泥吸附劑的制備及其除氟效能的研究[J];無機化學學報;2009年05期

9 任根寬;;用改性赤泥為原料制備水泥[J];化工環(huán)保;2008年06期

10 龐世花;張西興;朱云勤;;氧化鋁廠赤泥生產(chǎn)聚合氯化鋁鐵絮凝劑[J];工業(yè)用水與廢水;2008年04期

相關博士學位論文 前2條

1 葉楠;拜耳法赤泥活化預處理制備地聚物及形成強度機理研究[D];華中科技大學;2016年

2 劉萬超;拜耳法赤泥高溫相轉(zhuǎn)變規(guī)律及鐵鋁鈉回收研究[D];華中科技大學;2010年

相關碩士學位論文 前4條

1 王明;鋁廠赤泥脫堿固硫制備燒結(jié)磚研究[D];陜西科技大學;2015年

2 蘇翠翠;赤泥制備聚合氯化鋁鐵絮凝劑工藝條件及應用研究[D];廣西大學;2014年

3 江文琛;拜耳法赤泥堿石灰燒結(jié)法回收鐵鋁工藝的研究[D];華中科技大學;2009年

4 付凌雁;拜耳法赤泥活化制備堿激發(fā)膠凝材料的研究[D];昆明理工大學;2007年

本文編號：2696362