赤泥含铁矿物回收实验研究_李小英.pdf

Feb.2023Vol.52.No.1(Sum 298)2023 年 2 月第 52 卷第 1 期(总第 298 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY赤泥是铝冶炼过程中产生的固体废渣，含有铁矿物而呈现褐红色，按生产工艺的不同，分为烧结法赤泥、拜耳法赤泥及联合法赤泥等，因铝土矿成分不同，铝硅比的差异，每生产 1 t 氧化铝可产生（0.61.5）t 的赤泥1。国外氧化铝企业生产的赤泥以前主要以填海堆存为主，随着全球环保意识的增强，赤泥填海堆存被明令禁止，筑坝堆存已成为主要的排放方式2。我国赤泥年排放量达到 5 000 万 t 以上，多为露天堆存，露天堆存不仅占用大量的土地，耗费堆场建设和维护费用，而且赤泥中的残余碱造成地下水体和土壤污染，裸露的赤泥形成粉尘污染大气，恶化生态环境3-4。赤泥中含有各种氧化物和多种有用金属元素，成为可利用的二次资源，同时由于矿物含量较高、颗粒分散性好、比表面积大、在溶液中稳定性好等特点，在环境修复领域具有广阔的应用前景。对赤泥的综合处理：提取其中有用组分，回收有价金属；将赤泥作为矿物原料，整体利用5。赤泥通过酸浸提取稀散金属，可获得高附加值的产品，但工艺成本高，流程复杂，难以产业化6-8。赤泥与其他配料混合可制水泥、免烧砖、矿山胶结充填胶凝材料、路基固结材料和高性能混凝土*收稿日期：2022-11-28作者简介：李小英（1977-），女，四川南充人，高级工程师，主要研究方向为有色金属冶金。基金项目：重大科技专项计划（202102AB080011）。Feb.2023Vol.52.No.1（Sum 298）2023 年 2 月第 52 卷第 1 期（总第 298 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY赤泥含铁矿物回收实验研究*李小英1，杨妮1，朱杨昆2，王祖旭1，彭学斌1（1.昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031；2.云南文山铝业有限公司，云南 文山 663000）摘要：根据拜耳法大坝赤泥的理化性质研究对赤泥中铁的回收工艺采用强磁选抛废。结果表明在磁场强度为 1.5 T 时，可获得含铁 50.34%回收率为 47.58%的铁精矿，通过对粗精矿反浮选脱硅提质，获得累计回收率为41.58%、品位为 57.61%的优质铁精矿。关键词：赤泥；赤铁矿；强磁选；铁精矿；还原中图分类号：TD924文献标识码：A文章编号：1006-0308（2023）01-0090-06Experimental Study on Iron-bearing mineral Recovery from Red MudLI Xiao-ying1,YANG Ni1,ZHU Yang-kun2,WANG Zu-xu1,PENG Xue-bin1(1.Kunming Metallurgical Research Institute Co.,Ltd.,Kunming,Yunnan 650031,China;2.Yunnan Wenshan Aluminum Co.,Ltd.,Wenshan,Yunnan 663000,China)ABSTRACT：The recovery process of iron in red mud is strong magnetic separation and disposal according to the physical andchemical properties study of Bayer Process dam red mud,when magnetic field intensity is 1.5 T,the iron concentrate can be obtained,itsiron content is 50.34%and the recovery rate is 47.58%,furthermore,after reverse flotation,silicon removal and quality improvementprocesses of rough concentrate,the high quality iron concentrate with a accumulative recovery rate of 41.58%,grade of 57.61%can beobtained.KEY WORDS：red mud;hematite;strong magnetic separation;iron concentrate;reduction90张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用表 2赤泥 XRD 分析结果Tab.2XRD analysis results of red mud%物质名称霞石赤铁矿一水软铝石钛铁矿高岭石方解石金红石水钙铝榴石分子式KNa3AlSiO44Fe2O3AlO（OH）FeTiO3Al2Si2O5（OH）4CaCO3TiO2Ca3Al2（SiO4）3（OH）4质量百分比24.5927.761.015.565.948.281.9419.045.55.04.54.03.53.02.52.01.51.00.50体积/%0.010.11101001 000粒度/m粒度分布图 1赤泥粒度分布图Fig.1Particle size distribution diagram of red mud掺合料、复合材料、耐火材料、环保材料等9-10，但这些研究部分还处于实验室阶段，未能实现规模化。本文以云南某氧化铝厂产出的拜耳法大坝赤泥为原料，在研究赤泥理化性质的基础上，通过采用强磁选-反浮选脱硅提质研究回收铁以及赤泥高温碳还原研究回收铁，以实现赤泥减量化和经济效益最大化。1试 验1.1赤泥性质赤泥取自某氧化铝厂的赤泥大坝，呈松散块状、碎土块状、土状至粉末状，颜色为红褐色，各矿物集合体均匀分布。其赤泥原料主要化学组成分析如表 1，X 射线衍射分析得到的矿物组成如表 2。表 1 结果可知，赤泥主要成分为铁矿物、铝矿物、硅矿物、钛矿物和石灰等。通过表 2 分析可知，赤泥中的主要矿物为赤铁矿、霞石以及水钙铝榴石等，铁矿物主要以Fe2O3形式存在。1.2赤泥粒径分布对赤泥进行激光粒度分析，其测定粒径范围：（0.0202 000.000）m；颗粒折射率：1.660；颗粒吸收率：0.1；遮光度：12.44%；分散剂为水，其折射率：1.330；残差：0.989%；得到结果如图 1。表 1赤泥的主要化学组成Tab.1Main chemical composition of red mud%成分FeAl2O3SiO2CaOTiO2K2ONa2O质量百分比 21.5216.0414.3614.064.920.250.14图 1 结果表明，赤泥样品中 10%处于 1.25 m以下；25%处于 2.49 m 以下，75%处于 14.96 m以下；90%处于 39.26 m 以下；赤泥的体积平均粒径 14.326 m，表面积平均粒径为 2.979 m，比表面积为 0.719 m2/g。由此可见，赤泥粒度虽然细小，但其比表面积并不大，孔隙较少，属于半实心固体颗粒。赤泥不同粒径下赤铁矿和石英的质量分数分布如图 2。李小英，等：赤泥含铁矿物回收实验研究91Feb.2023Vol.52.No.1(Sum 298)2023 年 2 月第 52 卷第 1 期(总第 298 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY表 3 结果表明，赤泥中的含 Fe 矿物是以硫化物、氧化物、硅酸盐和碳酸盐形式存在，其中以氧化物赤铁矿为主，赤铁矿为弱磁性矿物，可采用磁选方式对 Fe 进行回收。1.4赤泥中赤铁矿的嵌布特征经 扫 描 电 镜 能 谱 分 析，赤 铁 矿 含 Fe：64.23%、Ti：1.48%、Al：1.17%、Si：0.39%、O：32.73%。经矿物解离分析，赤铁矿多呈它形粒状，少数呈胶态、针状、圆球状；赤铁矿多数与铁滑石、菱铁矿、钙钛矿、霞石、一水软铝石连生或细粒浸染于其中，少数与加藤石、钙铝石、锐钛矿（金红石）、高岭石连生，偶见与方解石、钾长石连生。粒度一般在（0.0030.150）mm 之间。赤铁矿嵌布特征见显微照片图 4。2试验结果赤泥中的铁矿物主要是赤铁矿，其矿物量占比 27.76%，全铁含量 21.52%。由于赤铁矿为弱磁性矿物，在回收工艺中采用强磁粗选抛废得到铁粗精矿，然后对铁粗精矿进行重选及反浮选脱硅提质，使铁品位达到 55%以上。2.1强磁选试验赤泥加水调浆至 30%选矿浓度，矿浆 pH 值12.8，采用高梯度磁选机进行回收铁磁选试验。铁回收工艺流程如图 5，试验结果如表 4。表 3赤泥中 Fe 的矿物组成及含量Tab.3Mineral composition and content of Fe in red mud%矿物名称黄铁矿磁黄铁矿黄铜矿钛铁矿赤铁矿铁白云石钙铁辉石磁铁矿铁滑石菱铁矿分子式FeS2Fe1-XSCuFeS2FeTiO3Fe2O3CaFeCO32Ca（MgFe）Si2O6Fe3O4Fe3Si4O10（OH）2FeCO3质量百分比1.780.210.070.8118.960.101.943.021.490.49图 2赤泥不同粒径下赤铁矿和石英的质量分数分布图Fig.2Mass fraction distribution diagram of hematite andquartz with different particle size of red mud质量分数%454035302520151050297 m150 m74 m43 m43 m赤铁矿石英类型图 2 结果表明，赤泥粒径在（4374）m 之间时，Fe2O3和 SiO2的含量最高。1.3赤泥中 Fe 的赋存状态对赤泥采用扫描电镜能谱面分析，赤泥中 Fe的分布形式如图 3。通过矿物解离分析，Fe 的矿物组成及含量如表 3。b.样品表面 Fe 的分布形式（1000）图 3赤泥扫描电镜能谱面分析Fig.3Scanning electron microscope energy spectrumanalysis of red muda.样品表面背散射图像（1000）92张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用场强*名称产率0.5尾矿86.1433.0965.76铁精矿13.8653.1734.24赤泥100.0021.52100.00铁精矿17.2851.0941.021尾矿82.7227.5858.98赤泥100.0021.52100.00铁精矿20.3450.3447.581.5尾矿79.6630.6452.42赤泥100.0021.52100.00Fe 品位Fe 回收率表 4不同场强下赤泥选铁磁选实验结果Tab.4Magnetic separation test results of iron separation fromred mud under different magnetic field strength%注：*单位为 T。图 5赤泥磁选工艺流程Fig.5Magnetic separation process flow of red mud由表 4 可知，随着场强逐渐增大，铁精矿产率和回收率逐渐升高，铁精矿品位逐渐降低，在1.5 T 时，可以获得含铁 50.34%回收率为 47.58%的铁精矿，铁的品位较低且达不到铁精矿品位大赤（褐）铁矿一水软铝石一水软铝石赤（褐）铁矿菱铁矿赤（褐）铁矿铁滑石赤（褐）铁矿a.它形粒状赤铁矿包裹于一水软铝石中b.赤铁矿与一水软铝石、菱铁矿连生c.赤铁矿呈针状d.赤铁矿与铁滑石连生图 4赤铁矿的嵌布特征Fig.4Dissemination characteristics of hematite李小英，等：赤泥含铁矿物回收实验研究93Feb.2023Vol.52.No.1(Sum 298)2023 年 2 月第 52 卷第 1 期(总第 298 期)云南冶金YUNNAN METALLURGY名称Al2O2TiO2FeN