随着我国铝、铁工业的持续快速发展,高品位铝土矿资源供应日益紧张,低品位铝土矿资源的综合利用越来越受到重视。世界高铁铝土矿储量高,我国广西也储有大量高铁铝土矿,但其综合开发利用尚处于“呆滞”阶段,针对高铁铝土矿未能实现综合利用的现状,研究从高铁铝土矿提取有价组元的新工艺具有重要意义。针对高铁铝土矿铁高、铝低的特点,实验采用先铁后铝方案,分别以氢气和碳粉作为还原剂先将大部分铁通过还原、磁选分离,使得铝、铁分别在非磁性物质和磁选物质中富集,再对非磁性富铝物料采用硫酸铵焙烧法提取铝,再经过溶出得到硫酸铝溶液以及硅渣,达到铝、硅分离的目的。在此基础上本文使用热分析技术对氢气还原高铁铝土矿过程中的部分反应进行动力学分析,确定还原反应的机理函数,计算得到反应的表观活化能E、指前因子A及动力学方程。得到以下结论:在氢气还原高铁铝土矿提铁实验中,研究了还原温度、还原时间、物料粒度对氧化铁还原率的影响。通过实验得出适宜的还原条件为:还原温度800℃、还原时间120min、粒度55-74μm。在此条件下还原率可达到99%。在此实验条件下高铁铝土矿中的铁氧化物还原为金属铁,磁选后,铁主要以铁单质的形式存在于磁性物质中,铝、硅则在非磁性物质中富集,实现了铁铝的分离。在碳粉还原高铁铝土矿提铁实验中,研究了还原温度、还原时间、还原剂用量、熔剂用量对氧化铁还原率的影响。通过实验得出适宜的还原条件为:还原温度1200℃、还原时间150min、还原剂用量9.19%、熔剂用量17.86%。所得熟料进行磁铁分离,得到铁回收率为87.63%的磁性物质,非磁性物质中的铝含量为40.57%,基本达到铝铁分离的目的。在较低还原温度(1000℃)时CaO-Al2O3-SiO₂三元体系倾向于生成2CaO·Al2O3·SiO₂,随着温度的升高CaO-Al2O3-SiO₂三元体系更倾向于生成CaO·Al2O3·2SiO₂,还原温度达到1250℃时几乎完全生成CaO·Al2O3·2SiO₂。在实验温度范围内铁与铝易生成FeO·Al2O3,被富集到非磁性物质中,降低铁的回收率。在硫酸铵焙烧富铝渣提取铝实验中,研究了焙烧温度、焙烧时间、混料比对铝提取率的影响。通过实验得出适宜的工艺条件为:焙烧温度为400℃,焙烧时间为120min,混料比为2,此条件下铝的溶出率达到98%。焙烧产物主要为硫酸铝、氧化硅和硫酸钙,含有少量四氧化三铁,其中只有硫酸铝溶于水,从而实现铝与其他元素的分离。原料中物相与硫酸铵的反应顺序为FeO·Al2O3>CaO·Al2O3·2SiO₂>Al2O3。用Coats-Redfern法结合实验数据确定了在氢气气氛下当还原温度区间为35-100℃时高铁铝土矿中氧化铁的主要反应的反应机理函数为g(α)=[-ln(1-α)]3/2,表观活化能E=73.344kJ·mol-1,指前因子 A= 2.15×109,动力学方程为dα/dT=2.15×109exp(-73344/RT)×2/3(1-α)[-ln(1-α)]-1/2。当还原温度区间为570-670℃时反应的反应机理函数为g(α)=[-ln(1-α)]3/4,表观活化能 E=357.758kJ·mol-1,指前因子 A=6.28×1018,动力学方程可表示为dα/dT=6.28×1018exp(-357758/RT)×3/4(1-α)[-ln(1-α)]1/4。