赤泥是氧化铝生产过程中排放的强碱性固体废物,大量堆存会对环境造成极大的伤害。随着各国对环境保护越来越重视,赤泥的强碱性限制了氧化铝行业可持续发展。因此,开发高效清洁赤泥脱碱处理工艺是解决当前问题的关键。同时赤泥作为一种极具价值的资源,科研工作者对其进行了大量的资源化综合利用研究,但至今仍未实现赤泥的大规模的利用。为此,本论文提出的赤泥脱碱及其资源化利用研究是极其必要和十分迫切的。首先,本论文研究了拜耳法赤泥的物理化学特性,为赤泥的高效脱碱和资源化利用提供了基础。同时以脱碱率为控制指标,研究了添加氧化钙的赤泥在焙烧和水浸脱碱过程中碱含量的变化规律,对比研究了微波焙烧脱碱与马弗炉焙烧脱碱在相同条件下对脱碱率的影响,确定了添加氧化钙微波焙烧和水浸的最佳工艺条件。针对拜耳法赤泥中富含铁基氧化物的特点,提出了生物质稻壳微波热还原及磁选回收铁的工艺,对比研究了微波还原焙烧与马弗炉还原焙烧在相同条件下对铁品位和铁回收率的影响,并对生物质稻壳微波还原焙烧过程及磁选过程的各项影响因素进行了深入研究,确定了最佳微波还原焙烧及磁选的条件。本论文研究结果如下:(1)研究了赤泥的理化特性,发现赤泥的含水率和p H值较高,含水率为11.26%,p H值为11.82。赤泥的粒径分布在0.1-100μm之间,主要聚集在3μm左右。赤泥的平均比表面积为23.232 m~2/g,平均孔体积为0.144 cm~3/g,平均孔径为13.421 nm。表明了赤泥具有粒径较小、比表面积较大和孔隙结构良好等特点。(2)赤泥的主要成分为Fe₂O₃、Al₂O₃、Si O₂、Ti O₂、Ca O,其中Fe₂O₃、Al₂O₃占据了赤泥含量的55%以上,其丰富的有价金属组分为赤泥的资源化利用提供了潜在可能。赤泥中Na₂O和K₂O的含量分别为3.5%和0.43%。赤泥的矿物成分较为复杂,主要物相为赤铁矿、针铁矿、方解石、石英和方钠石。其中方钠石中存在碱金属钠,且以这种形式存在的碱组分很难通过简单的水浸去除。此外,赤泥在微波场中升温较快,加热到700℃需要时间不超过17 min。(3)在相同条件下,微波焙烧比传统焙烧具有更好的脱碱效率和更高的加热效率。对赤泥在微波焙烧和水浸脱碱过程进行了深入研究,结果表明:在Ca O/Si O₂摩尔比2.4、球磨机活化时间10 min、微波功率2.5 k W、微波焙烧温度500℃、焙烧时间45min、液固比8 m L/g、水浸温度90℃、浸出时间80 min的条件下,赤泥的脱碱率可达到84.04%,脱碱后赤泥中Na₂O含量为0.43%。赤泥中其他有价值的金属成分在微波焙烧和水浸过程中保持不变,这有利于下一步在建材方面的应用。(4)动力学研究表明,添加氧化钙的赤泥在微波焙烧后脱碱水浸出过程的反应动力学模型受收缩未反应核模型的内扩散控制,动力学方程为1+2(1-x)-3(1-x)^2/3=kt,其反应的表观活化能为36.409 k J/mol。(5)稻壳热解过程产生的生物质炭、CO、H₂为赤泥中赤铁矿还原提供还原氛围。通过热力学分析,C、CO和H₂还原铁氧化物主要是按照Fe₂O₃→Fe₃O₄→Fe O→Fe的顺序进行还原,最终得到单质铁。(6)在进料方式为块状、掺料的赤泥与稻壳的质量比为3、还原焙烧温度为1100℃、焙烧吋间为20 min、球磨时间为20 min、磁选电流为4 A的条件下,马弗炉还原焙烧后磁选精矿最大铁品位和铁回收率分别为42.23%和66.34%,而在此条件下在微波功率为1200W进行微波还原焙烧后磁选处理样品的最大铁品位和铁回收率分别为60.1%和86.3%。对微波稻壳还原焙烧赤泥-磁选回收铁工艺进行系统研究,结果表明在块状进料、掺料的赤泥与稻壳的质量比3、微波功率1200 W、焙烧温度1000℃、焙烧时间20 min、球磨时间20 min、磁选电流4 A条件下所得铁精矿的铁品位为59.93%,回收率为85.56%。(7)对所得磁选精矿分析可得,其中主要物相为单质铁,同时含有少量磁铁矿和氧化亚铁。因此,采用微波生物质还原法进行拜耳法赤泥中铁的回收是可行的。回收的磁选精矿可用于高炉炼铁。分离铁后的磁选渣,主要以氧化铝和二氧化硅为主,为进一步研究作为地聚物原料等创造有利条件。