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当温度达到280 ℃时,八面体状晶体出现达到最大化(图3d),由此说明,此时高铁铝土矿中氧化铁已经被最大限度还原. (a)高铁铝土矿;

(b)240 ℃溶出;

(c)260 ℃溶出;

(d)280 ℃溶出 图3 不同温度条件下溶出赤泥的SEM形貌 Fig.3 SEM microstructures of red mud dissolved under different temperature 由图3可以看出,产物中均产生了多面柱状结晶体,其结构致密,呈多面柱、片状状态,继续升高反应温度也不能将其破坏分离.为了准确判断其物质组成,对其进行能谱分析,结果如图4所示.可以发现,此结晶体主要由钠、铝、硅、铁的氧化物共同构成.结合图2分析结果,可以更加确定其结果的准确性.此结晶体具有一定的稳定性,在溶出、还原过程中并不能将其转化、回收利用.通过半定量分析计算得出,此物质占赤泥总量的6%左右,这一现象的产生主要与原料成分、原料配比、苛性钠用量有关. Fig.4 EDS analysis of product 图4 产物EDS分析 3.2 苛性钠浓度对溶出还原的影响 苛性钠浓度是影响铝溶出的一个重要因素,同时也是淀粉在高温水溶液中还原Fe2O3的重要转化剂,它参与反应,但需要量很小,在苛性钠浓度为180 g/L的铝溶出条件下,对于淀粉还原Fe2O3来说,这是远远过量的,因而其影响较低,具体分析见文献[3]. 3.3 还原剂用量对溶出还原的影响 图5是在其他条件固定的条件下不同还原剂用量(以淀粉与铝土矿的质量比表示)对应还原产物的XRD谱.可以看出,随着还原剂用量的增加,Fe3O4的衍射峰逐渐增强,同时,由多种金属元素氧化物组成物质的衍射峰也在增强.造成这一现象的主要原因是原料本身的物相组成以及还原剂降解产物的多样化构成.由前面的分析可知,由多种金属氧化物形成的复杂物质在还原过程中难以进行分离.因此,为了有效降低此类物质的产生,选用还原剂用量为4U30. 1-Fe2O3;

2-Fe3O4;

3-Na8(AlSiO4)6(CO3)(H2O)2;

4-TiO2 图5 不同还原剂用量对应产物的XRD谱Fig.5 XRD pattern of products corresponding to different reductant dosage 3.4 磁选强度对溶出还原的影响 通过磁选设备对溶出还原固体产物分别进行强磁选与弱磁选,磁场强度分别为0.5 T与0.2 T.结果发现,当采用强磁选处理时(0.5 T),得到的含铁物质较多,但是其中含有一定量的杂质,其成分主要为多金属氧酸盐;

当采用弱磁选处理时(0.2 T),得到的含铁物质相对较少,但成分很纯,几乎全部以Fe3O4的形式存在,导致这一现象的主要原因是产物中含铁物质的结构、磁性不同,在弱磁选时,磁性较弱的物质(如多金属氧酸盐)几乎是无法进行磁选分离的.弱磁选产物的XRD谱及SEM形貌如图6所示. (b) 图6 磁选产物的XRD谱(a)和SEM形貌(b) Fig.6 XRD pattern (a) and SEM microstructure (b) of product after magnetic separation 从图6a可以看到,弱磁选产物主要为Fe3O4的衍射峰,其形貌主要呈八面体状,表面光滑、结构致密、分布大小均匀. 采用BT-9300H型激光粒度分布仪对磁选后产物(Fe3O4)进行粒度分析,测得产物的平均粒径为2.6 μm左右,粒度较小.将此产物用于球团矿的生产时,相对于高炉炼铁来说,去掉了设备庞大的大高炉和污染严重的球团厂,不仅减少了大量的人力、物力,节约了资源、能源,而且对环境友好.另外,水热还原制得的微米级磁铁矿粉纯度高,形貌好,使用范围广.

4 结论 1)反应温度是影响溶出还原氧化铁的决定性因素,在水热还原过程中苛性钠用量影响较小.通过控制生物质还原剂的用量比例,可以提高氧化铁的回收. 2)当温度达到280 ℃、还原剂用量比例4U30时,铝土矿溶出率和铁还原率最高,分别为88.2%、92.3%. 3)采用生物质高压水热还原分离高铁矿中铝铁矿物是可行的,且溶出还原效果非常好,其产物对环境几乎没有污染,且提高了高铁铝土矿的综合利用率. 参考文献 [1] 方启学,黄国智,葛长礼,等. 我国铝土矿资源特征及其面临的问题与对策[J]. 轻金属,2000(10):8-11. [2] 杨林,简胜,吴迪. 云南某高铁高钛低品位复杂铝土矿选矿试验研究[J]. 矿冶工程,2012,32(增刊l):113-116. [3] 贺永飞,王一雍,万兴元. 生物质高压水热还原法分离回收高铁铝土矿中铁的机理研究[J]. 有色金属(冶炼部分),2018(12):13-16. [4] 张秀峰,谭秀民,张利珍,等. 我国难利用高铁铝土矿的综合利用技术研究现状[C........