赤泥是氧化铝生产过程中产生的工业废弃物。据估计全球铝行业每年产生约1.2亿吨赤泥,到2021年,中国排放到环境中的赤泥累积量预计将达到15亿吨。由于赤泥堆积量巨大,且赤泥为具有高碱性和腐蚀性的有害物质,因此大量堆积的赤泥给周围环境带来了巨大的危害。同时赤泥又被认为是一种重要的二次资源,其含有一定量的铁、钛、稀有金属和稀土元素等。因此,对赤泥中的有用成分进行资源化回收利用,既可以实现固体废物资源的综合利用,又可以减少赤泥对环境的负面影响。本论文以云南文山铝业提供的赤泥为研究对象,首先借助工艺矿物学分析明确赤泥中铁和钪的赋存状态、共生关系以及影响铁、钪分离提取的矿物学分离依据。通过对赤泥离析焙烧-磁选-湿法浸出工艺试验进行研究,以期实现赤泥中钪和铁高效分离与回收利用,并借助相关检测手段和科学分析从微观层面揭示焙烧和浸出过程赤泥中元素钪、铁的物相转变规律以及反应作用机理。论文的主要结论如下:(1)赤泥的工艺矿物学特性研究表明赤泥中物相赋存状态复杂,主要由赤铁矿、水钙铝榴石、石英等组成,物料颗粒细微,绝大部分铁以赤铁矿的形式存在。扫描电镜、能谱分析和电子探针微量分析等表明,赤泥中没有独立的钪矿物,含钪矿物主要为硅酸盐矿物(长石、水钙铝榴石等)。(2)赤泥离析焙烧-磁选回收铁的研究表明:在赤泥:氯化钠:焦炭:硫酸钠的比例为100:15:10:10,离析温度1100℃、离析时间60 min,磁选磨矿细度-0.045 mm占90%,磁场强度0.22 T的最佳工艺条件下进行重复试验,获得了铁品位78.54%、回收率91.35%和Sc₂O₃含量为0.0015%的高品质铁精矿。磁选尾矿中Sc₂O₃含量达到124.21g/t,与赤泥原矿78 g/t相比,提高了159.94%的Sc₂O₃含量,实现了赤泥中钪和铁的分离,富含Sc₂O₃的磁选尾矿可作为后续酸浸提钪试验的原料。(3)赤泥磁选尾矿盐酸浸出钪的研究表明:在盐酸浓度为20 wt.%、浸出温度80℃、浸出时间3 h、颗粒尺寸为-48μm、固液比为1:10(g/m L)、助浸剂氟化钠用量10 wt.%的条件下,用盐酸从赤泥磁选尾矿中浸出钪,钪的最大浸出率超过90%。(4)赤泥钠盐离析焙烧机理的研究表明:在赤泥离析焙烧过程中加入适量的硫酸钠时,可以减少硅酸铁的生成并改善铁矿物的磁选分离和回收效果,从而增强了赤泥离析焙烧-磁选回收铁的效果。一方面硫酸钠与铝、硅矿物反应生成的SO₃与氯化剂反应促进了氯化氢的生成,从而加强了氧化铁的氯化反应;另一方面硫酸钠在还原气氛下产生的Na₂O可以与氧化铝、氧化硅等反应生成低熔点的霞石,这破坏了原有的矿石结构并促进熔融相的形成,从而加快金属铁颗粒的迁移速率,促进金属铁颗粒的生长,并加强了金属铁与脉石矿物的界限分明。(5)赤泥磁选尾矿盐酸浸出钪过程中热力学及动力学的研究表明:各氧化物与盐酸的反应在常温下均具有较大的反应趋势,均能自发进行;但酸浸温度越高,越有利于钪的选择性浸出。用多相液固区域反应动力学模型对浸出试验数据进行了最佳拟合,整个酸浸过程受化学反应控制,其表观活化能E=26.77 k J/mol,频率因子A=6.83 s^-1。