DOC《doi:10》

1 试验原料、方法 高铁一水硬铝石型铝土矿[3]取自广西某地,该矿石的主要物相为一水硬铝石、赤铁矿以及SiO2(含量分别为44.93.%、33.72%、4.97%).该矿石属于高铁低铝硅比一水硬铝石型铝土矿,铝硅比仅为9.04,根据铝硅比计算得到该矿石中Al2O3的理论溶出率为90.6%,而由于操作条件波动,往往达不到理论溶出率.其氧化铁的还原率通过滴定检测出全铁以及Fe(Ⅱ)含量并计算得出.其他原料有氢氧化钠试剂和食用玉米淀粉.试验方法参见文献[3]. 收稿日期:2018-10-22 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51674141);

大学生创新创业计划项目(201710146000085) 作者简介:贺永飞(1995-),男,内蒙古呼和浩特人,硕士研究生;

通信作者:王一雍(1980-),男,辽宁鞍山人,博士,副教授,硕士生导师.

2 试验原理 试验主要环节为高铁铝土矿的溶出、还原以及生物质的碱性降解.所用还原剂为食用玉米淀粉,淀粉在碱性环境下的水解过程为:淀粉→可溶性淀粉→糊化(200 ℃)→麦芽糖→葡萄糖→碳化(260 ℃).淀粉水解后主要液相产物有葡萄糖、乙酸;

气相产物有CO

2、CO、CH

4、H2,其中CO2是主要的气体产物,占气体产物的85%~90%;

固相产物主要为生物碳.由于后者产量很少,因而其降解产物主要以葡萄糖为主.其中,水热炭化过程通常需经历水解脱水、脱羧、芳香化、缩聚等反应步骤,期间也伴随着去氧、脱氢.有关资料[19]表明:在200~260 ℃的范围内,CO2的产率随温度的上升而增加,温度达到260 ℃基本稳定,且在260 ℃左右碳化较为彻底. 根据变价金属氧化物与有机物界面氧化还原反应理论,高铁铝土矿中氧化铁的还原、溶解反应是一个受表面控制的过程,反应的先决条件是有机物分子在铁氧化物表面的吸附、反应.式(1)是降解产物葡萄糖在碱性水热条件下还原的总化学方程式,具体反应离子方程式参见文献[3]. (1) 通过H S C Chemistry 6软件计算模拟绘制出如图1所示高压水热条件下Fe-H2O系的平衡相图.热力学分析结果表明,在适当的氧化还原电位条件下,氧化铁在碱性溶液体系中可实现Fe2O3→Fe3O4的转化过程.升高温度可以有效扩大Fe3O4的稳定区域,降低还原过程所需要的pH.由此说明温度是控制Fe2O3还原的一个重要因素.同时,pH的提高也会驱使这一转化的进行. 图1 铁氧化物在150 ℃(a)和280 ℃(b)的碱性水系体系中的pH-电位图 Fig.1 pH-potential diagrams of iron oxide in alkaline water system at

150 ℃ (a) and

280 ℃ (b)

3 试验结果与分析 3.1 温度对溶出还原的影响 在相同还原剂配比、NaOH浓度180 g/L(依据传统拜耳法铝溶出条件)、转速420 r/min的条件下,不同温度溶出高铁铝土矿后产物的XRD谱如图2所示.可以看出,当温度大于等于260 ℃时,Fe2O3已经完全转变为Fe3O4.但对于铝物质溶出而言,此温度下铝不能最大化溶出.因此,综合考虑,其最佳温度应设定为280 ℃. 1-Fe3O4;

2-Na8(Si6Al6O24)(H0.88(CO3)1.44)(H2O)2;

3-Al0.706Cr0.31Fe17.265Mg0.4Mn0.11O32Si0.067Ti4.72V0.155;

4-MgFe2O4;

5-Fe2O3;

6-CaO?MgO?2SiO2) 图2 不同温度条件下溶出赤泥的XRD谱Fig.2 XRD patterns of red mud dissolved under different temperature 图3为不同温度条件下溶出赤泥的SEM形貌.由图3a可以看出,原矿结构主要为片状,在240 ℃溶出时,出现了多面柱状结晶体,高铁铝土矿大部分溶解(图3b);

当升高溶出温度至260 ℃时,出现少量八面体状晶体(图3c),此物质为Fe3O4;