工业固体废物的再利用是科学家和工业家的主要挑战,这些材料的回收产生经济和环境效益,铝土矿渣,俗称赤泥(RM),是氧化铝生产中拜耳法产生的主要废弃物,铝土矿是制造工艺的原料,是有毒物质(重金属和类金属)和放射性物质(铀、钍)的天然化合物。这种不溶性物质的混合物是在氧化铝生产中对铝土矿进行物理和化学处理而产生的,RM由含水的淤泥质粉土和pH值在10-12.5范围内的高碱性固体废物组成。赤泥的化学和矿物组成取决于铝土矿的性质、溶出体系和浸出后该浆料的浸出。在过去的几十年中,世界氧化铝工业经历了显著的增长,许多生产国现在都面临着管理铝土矿渣的严重问题,包装和运输发展中对铝金属的需求迅速增加,赤泥的数量一直在惊人地增加。每年,全世界约产生1.4亿吨赤泥,到2015年底,赤泥储量超过2.7×109吨。由于全世界每年都产生大量的赤泥,据估计,全世界每年生产7000万吨赤泥,其中希腊70万吨,印度200万吨,澳大利亚3000万吨,中国近3000万吨。赤泥处理费用昂贵,约占氧化铝价格的,例如,中国的氧化铝价格大约是每吨439美元,所以赤泥的处理成本大约是每吨氧化铝生产9美元。可供储存的空间的稀缺,以及对环境的威胁,特别是如果排放不当。本文根据铝土矿的种类确定赤泥的物理化学性质。以型煤为原料,对赤泥进行金属化还原-铁分离工艺。利用型煤技术的优势,通过还原分离实验,研究了还原时间、碳比、还原温度、碱度等工艺参数对还原分离的影响。主要内容:研究背景;研究内容与目的;单因素试验研究;响应面优化方法;铁回收与助熔剂制备的研究与结论。几内亚是西非的一个小国,拥有400亿吨冶金铝土矿,是世界上最大的已探明铝土矿储量的生产国。几内亚铝土矿的这些有趣特征是靠近海洋;位于平均海平面以上100至300米的低洼高原;天然低活性二氧化硅含量(Fe=(m₁)×(TFe_m1)/(m₀)×(TFe_m0) (2)在公式中:η_Fe-铁回收率%m₁-分离产物的数量(g);m₀-还原产物的数量(g);TFem₁-分离产物中总铁含量%;TFem₀-还原产物中总铁含量.%。研究了不同参数对还原分离指数的影响,单因素实验研究的最佳条件为:FC/O不大于1,还原温度不小于1350℃,还原时间为100 min,一级磁场强度为50 mT,二级磁场强度。250 mT。在实验室条件下,对铝工业赤泥热压块的金属化还原分离工艺进行了单因素试验研究,得到了以下结论:在一定范围内提高还原温度、延长还原时间、降低碳碳比可提高铁的回收率和铁品位。在单因素试验中,在最佳条件下,铁的回收率为84.41%,所选产品的铁品位为80.58%。单因素实验表明,在金属化还原过程中,影响实验结果的主要因素是FC/O、还原温度和还原时间。本文采用响应面法(RSM)对金属化还原-分离过程进行了优化。提出了响应面法优化赤泥中铁品位和铁回收率的影响因素。将响应面回归模型应用于实验研究中,通过分析实验指标与影响因素之间的定量作用,得到各因素水平的最优组合。采用中心组合设计(CCD)方法研究了输入参数对响应的影响。本文根据CCD方法设计了三因素五水平实验,研究了工艺参数对分离产物中ηFe和TFe的影响。过程变量包括FC/O、还原温度和还原时间,分别用x1、x2和x3表示。这三个变量被认为是独立的。此外,选择分离产物中的ηFe和TFe作为因变量,分别用Y1和Y2表示。对三种最常用的模型,即线性模型、双因素相互作用模型(2FI)和二次模型,通过回归拟合进行测试和评价,以获得响应与输入参数之间的最佳相关性。利用相关系数R2可以评价模型的可靠性。在实验范围内,较高的R2表示实际结果与预测结果之间更好的相关性。对于ηFe和TFe,二次多项式模型更为合理。根据模型计算,给出了自变量与因变量之间的函数关系。对于ηFe模型方程:Y1=-2680.32735-85.65957x1+3.97094x2-0.3056x3+ 0.076375x1x2+0.026562x1x3+2.1×10-4x2x3-22.5057x12-1.42622 × 10-3x22+1.2927 ×10-3x32对于TFe模型方程:Y2=-21.04435+180.92734x1-0.065585x2-0.38597x3-0.13981x1x2-9.92188 × 10-3x1x3+1.89375 × 10-4x2x3-1.47537x12+1.06395 × 10-4x22+1.06891 × 10-3x32建立了还原分离指数及其影响因素的数学预测模型,得到了最佳工艺参数。在这种情况下,得到的总结如下:(1)采用响应面法建立了基于直接还原-磁选工艺的赤泥铁回收工艺参数优化评价模型。模型预测值与实验值吻合较好。(2)还原温度、FC/O和还原时间对磁产品铁的回收率和铁品位含量有显著影响。在这三个参数中,还原温度起着最重要的作用。(3)根据评价模型得出的还原温度1400℃、FC/O 0.80和还原时间99.65 min的最佳工艺参数,磁力生产中铁的回收率可达99.10%,铁品位含量可达82.52%。(4)应用响应面法优化赤泥直接还原磁选回收铁的工艺参数。赤泥除铁渣在炼钢中的应用有望利用大量的赤泥对这种废渣进行大规模的吸收处理。该工艺不仅在一定程度上解决了铝工业废渣的处理问题,而且有利于脱磷、脱硫、脱硅,降低炼钢过程中炼钢渣的熔点和粘度,用作炼钢助熔剂,降低生产成本。在炼钢生产中,具有很大的环境保护和显著的经济效益。通过试样试验,研究了还原温度、还原时间、FC/O和碱度等参数对赤泥中铁回收率的影响。将赤泥与碳和添加剂按一定比例混合,然后将型煤样品放入坩埚中,在马弗炉中进行高温还原。当达到预测温度时,取出焙烧样品,立即用氩气淬火至室温。产品经不同时间研磨后用不同磁场强度的磁选机进行分离。研究了还原温度、还原时间、FC/O、碱度、研磨时间、磁场强度对还原分离的影响。通过分析不同参数对还原分离指数的影响,得出如下结论:FC/O 0.8、碱度0.8、还原温度1325℃、还原时间30min、研磨时间1min、磁场强度50mT为最佳条件,铁的回收率为93.83%。分离产物品位为89.66%,金属化铁品位为86.88%,金属化率为96.89%。SEM和XRD分析结果表明,产品性能在整个过程中有明显变化。所得铁中含有较多的铁相,渣是由Al、Ca、Na Si、Ti等富相组成的不同相,熔点1171℃。该渣的化学组成符合炼钢要求,在渣中加入适量的CaO、Al2O3、SiO2、TiO2,可以获得理想的脱硫脱磷能力。炉渣的这些性质可以提高转炉铁水成分的稳定性,有助于实现炉渣还原,降低金属消耗和潜在的安全隐患,提高炼钢对铁水异常情况的适应性。