随着我国氧化铝产能的高速发展,如何高效利用储量较大的低品位、高铁等复杂铝土矿成为亟待解决的课题。针对这一问题,本课题提出了钙化-碳化法处理中低品位高铁铝土矿的新方法。本文从热力学、工艺矿物学、转型工艺参数及过程机理等方面对该方法进行了系统的研究: (1)热力学结果表明:在323~573K范围内,升高温度有利于钙化反应的进行。在相同温度下,钙化反应更倾向于生成硅饱和系数大的水化石榴石相和饱和系数小的铁水化石榴石相。在碳化转型过程中,铁水化石榴石的吉布斯自由能小于水化石榴石,表明铁水化石榴石的碳化反应更易于进行。对于溶铝渣还原过程,CO在高温下能抑制FeO˙SiO₂和FeO˙Al₂O₃相的生成,促进FeO转变为Fe。 (2)工艺矿物学研究表明:云南某地区高铁铝土矿主要由一水硬铝石、石英、赤铁矿和少量针铁矿组成,铁元素在矿物中以赤铁矿和针铁矿形式存在,针铁矿中存在着类质同晶现象。 (3)云南某地区高铁铝土矿钙化实验的最优条件为:钙化温度245℃,钙化保温时间90min,钙化过程氧化钙加入量为20%;碳化实验最优条件为:碳化温度为100℃,碳化CO₂压力为1.0MPa,反应液固比为8比1;溶铝过程最优条件为:溶铝温度60℃,溶铝时间为90min,溶铝碱液浓度为100g/L。在上述条件下,氧化铝溶出率可达到86.5%,Na₂O含量降至0.41。还原过程最优条件为:还原温度1050℃,还原时间为60min,碳酸钠添加量为6%时,金属化率可达到93.6% (4)经过钙化转型后,铝土矿中的铁主要以赤铁矿和铁水化石榴石的形式存在。当钙化温度为205℃时,开始发生针铁矿向赤铁矿向的转变;钙化温度达到245℃时,针铁矿全部转化为赤铁矿相。针铁矿晶格结构的破坏集中在(110)和(111)晶面上,在(110)晶面上,铝的类质同晶置换率从23.98%下降到14.04%;在(111)晶面上,铝的类质同晶置换率从18.33%下降到11.23%。经过碳化过程,铁水化石榴石完全分解,铁元素存在于赤铁矿相中。