冶金工程论文
1前言。
赤泥是铝土矿生产Al2O3过程中产生的固体废弃物，因其富含Fe2O3（20%~50%）呈红褐色，故称之为赤泥[1].在Al2O3生产过程中，由于矿石品位和生产工艺的不同，赤泥的产生量变化较大，平均每生产1tAl2O3,大约产生1.0~1.8t赤泥[2].目前，全球每年赤泥产生量超过7 000万t,其中中国赤泥产生量就超过3 000万t[3].赤泥是一种碱性污染物，矿物组成及化学成分较复杂，若不加以处理，会污染地下水体和土壤；裸露堆放的赤泥，因其粒度极细，会随风飞扬，污染空气，故必须采取有效措施处理该类废弃物。赤泥综合利用主要包括三个方面：一是制备建筑材料，如免烧砖、蒸压砖、陶粒等；二是制备吸附材料，用于废水处理[4];三是提取Fe、Al、Ti、Sc等有价金属。据地质科学研究者评估，铝土矿中其他金属的潜在价值远远超过生产Al2O3的价值。赤泥中TiO2含量一般在4%~12%之间，通常以锐钛矿、钙钛矿等形式存在。
Sc是一种重要的稀土元素，很少以富集矿形式存在，一般认为矿石中Sc的含量在0.002%~0.005%即为重要Sc资源。铝土矿中Sc的含量一般超过0.004%,而赤泥经提Al后Sc含量可富集至0.01%以上[5].
因此，从赤泥中提取Fe、Al、Ti、Sc等有价金属具有重大经济效益。
2赤泥的特性。
根据Al2O3生产工艺，赤泥主要分为三种：拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥[2].赤泥中主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、TiO2、NaO和MgO,以及少量的Sc2O3、V2O5和稀土元素等，而主要的矿物组成包括赤铁矿（α-Fe2O3）、针铁矿（α-FeOOH）、水化石榴石[Ca3AlFe（SiO4）（OH）8]、含水铝硅酸钠（Na2O·Al2O3·1.68SiO2·1.73H2O）、钙钛矿（CaTiO3）等[6].不同Al2O3生产工艺产生的赤泥中各成分的含量存在一定差异。拜耳法产生的赤泥含Al2O3、Fe2O3比烧结法或联合法高；烧结法或联合法产生的赤泥含SiO2、CaO比拜耳法高。拜耳法生产氧化铝工艺具有回收率高和成本低等特点，在国内外得到广泛应用。拜耳法赤泥具有胶结的孔架结构，主要由凝聚体、集粒体和团聚体三级结构构成，三者之间存在凝聚体孔隙、集粒体孔隙、团聚体孔隙，使得赤泥的比表面积较大。此外拜耳法赤泥一般具有粒度小、塑性好、含水量高、压缩性高、pH值高等特性[7].烧结法赤泥具有高钙低铝的特点，其物相主要呈现三类形态：薄片状或者大块状聚集体，片状、柱状和颗粒状等规则形态，毛发状、细丝状聚集体。比表面积一般在0.26m2/g左右，表面积平均粒径为16.486μm[8].
3赤泥中有价金属的回收。
赤泥中主要有价金属包括Fe、Al、Ti、Sc、V和La等稀土元素[9,10],除铁外的有价金属一般采用化学选矿或湿法冶金技术提取回收[11-15].
3.1 Fe的回收。
回收赤泥中Fe通常采用还原焙烧使Fe2O3转变为Fe3O4,然后磁选出Fe3O4;或将赤泥直接用电炉熔炼出生Fe;或先将赤泥还原成海绵Fe,后用电炉熔炼出钢[16].
赣州有色冶金研究所[16]于1999年开展了赤泥直接选Fe的半工业化试验研究。该工艺采用湿式-立环-脉动-高梯度强磁选设备进行一粗一精的强磁选。开路循环获得品位为54.16%的铁精矿，Fe回收率为30.30%;闭路循环获得品位为54%~58%的铁精矿，Fe回收率为16%~36%.何平波等[17]采用选择性疏水絮凝磁选工艺回收拜耳法赤泥中铁矿物。结果表明，通过加入六偏磷酸钠可增大含铁矿物与脉石组分的分离度，加入表面活性剂油酸、煤油可使含铁矿物间的相互吸引增大，将处理后的赤泥分别进行磁感应强度1.65T的粗磁选，粗选精矿再进行磁感应强度0.8T的精磁选，最终得到品位为50.62%的铁精矿，Fe回收率为45.97%.高建阳[18]研究了还原焙烧处理拜耳法赤泥的方法。研究表明赤泥中按比例配入碱粉、石灰和还原剂等，混合后在高温状态下进行还原焙烧，在提取Fe获得优质海绵Fe的同时，还可以溶出Al2O3和Na2O.
赤泥中Fe2O3含量为35.5%,采用高温还原焙烧-溶出-磁选新工艺，通过配入还原助剂、复合助剂，控制碳比等进行多组分配料，Fe回收率为94.42%,可得到品位为93.7%的海绵Fe,同时Al2O3和Na2O的溶出率分别达75%和80%.梅贤恭等[19]对某高铁赤泥在煤基还原过程中铁晶粒的反应行为进行了研究。结果表明，添加催化剂可促进铁晶粒的长大，进而促进Fe的分离，且催化剂的作用大于温度效应。黄柱 成 等[20]研 究 了 添 加3%Na2CO3和3%CaF2直接还原处理高铁赤泥。结果表明，在1 115℃下还原3h,可得到品位为89.57%和回收率为91.15%的海绵Fe.周凯[21]就低温拜耳法赤泥磁选提Fe进行了研究。结果表明，粗细分选-中矿磨选工艺效率和金属回收率均较高，最大限度地减少了过磨和金属流失，分别获得品位为59.42%、回收率为22.82%的细粒铁精矿和品位为55.30%、回收率为70.04%的粗粒铁精矿。
3.2 Al的回收。
赤泥中Al2O3含量随所采用生产工艺的不同而有所差异，一般为15%~25%.提取赤泥中Al2O3的主要方法有碱-石灰烧结法、亚熔盐法等。
碱-石灰烧结法[22]是一种常用的提Al方法，在赤泥中添加适量的石灰和纯碱，于1 000~1 050 ℃下焙烧30~40min,控制熟料中Na2O·Fe2O3质量分数为10%~12%,钙铁摩尔比为1.0~1.2,所得熟料在80℃下溶出15min,Al2O3回收率可达85%~90%.李军旗等[23]进行了烧结法处理高钙高铝拜耳法赤泥回收Al2O3的研究。考察了钙比、碱比、烧结温度和烧结时间对Al2O3溶出率的影响。结果表明，在烧结温度1 030 ℃、烧结时间40min、钙比2.4、碱比1.96的条件下，Al2O3溶出率达83.12%.
孙旺等[24]就NaOH亚熔盐法处理拜耳法赤泥的Al、Si行为进行了研究，着重考察了溶出温度、碱泥比、添加CaO等对处理效果的影响。结果表明，在溶出温度230℃、溶出时间2h、碱泥比6的条件下，Al2O3溶出率可达79.22%左右。