华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I摘 要 本文以拜耳法赤泥为原料，在对其进行化学组成、矿物组分和铁物相分析的基础上，用直接还原焙烧-磁选法回收海绵铁，磁选后残渣用于生产建筑材料 化学分析结果表明，该拜耳法赤泥的主要成分为氧化铁（27.93%） ，氧化铝（22.00%） ，二氧化硅（20.98%） ，其次为钙、钠、钛等XRD 分析表明，该赤泥中主要的矿物组成为石英，赤铁矿，针铁矿，钙霞石，方解石和伊利石铁物相分析显示，该赤泥中的铁以赤（褐）铁矿为主要存在状态，其次为硅酸铁、碳酸铁和硫化铁 理论分析说明，铁还原焙烧实验的主要影响因素有：焙烧温度、焙烧时间、添加剂用量和配炭比正交实验发现，因素对铁精矿产品的总铁含量、金属化率和铁回收率等指标的影响并不一致本文结合三组正交实验、四组单因素影响实验结果，探讨了各因素的影响趋势及原因，并得出较为理想的还原焙烧条件为：焙烧温度 1300℃，炭粉:赤泥为 18:100，添加剂:赤泥为 6:100，焙烧时间 110min在该条件下焙烧产物经磨细磁选后所得产品，总铁含量达到 89.05%，金属化率 96.98%，铁回收率 81.40%。
产品可用作海绵铁做炼钢原料 在进行残渣制砖实验之前，对上述条件下磁选所得残渣进行能谱分析，结果显示，残渣中的主要元素为：O、Si、Al、Na、Ca 等XRD 分析认为，其主要矿物组成为霞石 （NaAlSiO4） 并含有 α-Al2O3、 CaSiO3和少量残留的铁 向残渣中掺入 13%的消石灰、20MPa 压强下成型后，在一个大气压、80℃蒸汽中养护 11h 后，试件抗压强度可以达到 24.10MPa，说明该残渣用于生产蒸养砖等建材具有可行性 本文对还原焙烧磁选回收铁残渣制备建材的工艺进行了简单的经济性分析，认为该工艺在经济上是有利可图的 关键词：关键词：拜耳法赤泥 直接还原焙烧-磁选 回收铁 建材 综合利用 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 IIAbstract In this dissertation, recovery of iron was investigated from Red Mud (RM) of Bayer process as raw materials with direct reduction sintering process followed by magnetic separation, and building materials were prepared from magnetic separation residues after analyzing chemical and mineral compositions, and ferrous chemical phase. Results of chemical analysis showed that compositions of RM included Fe2O3 (27.93%), SiO2 (20.98%), Al2O3 (22.00%), and others were Ca, Na, Ti and so on. As XRD pattern showed, the mineralogical compositions in RM were quartz, hematite, limonite, cancrinite, calcite and illite. According to the chemical phase analysis, most of iron existed as hematite- limonite ore, followed by FeSiO3, FeCO3 and FeS. Roasting temperature, duration of roasting, additives and coal rations were primary factors of the reduction roasting experiment. According to the orthogonal experimental data, the effect of these factors on TFe was not identical with effect on MFe/TFe or recovery ratio. Considering all guide lines of test, better conditions of reduction roasting were obtained: 1300 roasting for 110min with coal powder:℃ RM =18:100, additives: RM=6:100. Under these conditions, the TFe of concentrate we got was 88.77%, with 97.69% metallization degree and recovery ratio of iron was 81.40%. The production of iron concentrated could be used as DRI, raw material of steel-making. Under above conditions, primary elements of residues were O, Si, Al, Na, Ca, and primary mineralogical compositions including nepheline, α-Al2O3, CaSiO3 and little iron. The residues mixed with 13% lime, steam curing for 11h at 80, after pressure molding at ℃20MPa. The compressive strength of specimen added up to 24.10Mpa. It was possible to make building materials such as steam- cured bricks from this residue. The result from a simple economic analysis showed that the process was feasible in the view of economics. Key words: Red Mud from Bayer Process direct reduction roasting- magnetic separation iron recovery building materials comprehensive utilization 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□， 在 年解密后适用本授权书 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日本论文属于 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 概况 国际铝业协会统计数据显示，2006 年世界氧化铝产量为 5839.5 万吨[1]，其中中国产量比去年同比增长 60%，达到 1370.0 万吨[2]，成为继澳大利亚之后的第二大氧化铝生产国。
氧化铝生产工艺大致可以分为四类，即碱法、酸法、酸碱联合法和热法，但目前工业生产几乎全部采用碱法[3] 根据铝土矿原料的不同， 碱法生产氧化铝的工艺也有所不同，一般分为烧结法、拜耳法和拜耳－烧结联合法等以一水硬铝石为主的低品位铝土矿为原料的氧化铝厂一般采用烧结法；高铝硅比、高品位的三水铝石和一水软铝石铝土矿一般采用烧碱低温溶出的拜耳法工艺生产 Al2O3；对于中低品位铝土矿，一般先采用拜耳法低温溶出部分 Al2O3，分离的拜耳法赤泥残留 Al2O3含量较高，因此再经过烧结法进一步提取 Al2O3，这种生产工艺称为联合法（即拜耳法和烧结法的联合工艺） 由于拜耳法工艺较烧结法能耗低、效益好，我国新上氧化铝厂及国外的氧化厂多采用拜耳法 赤泥（Red Mud）是从铝土矿中提取氧化铝之后产生的工业固体废物每生产 1吨氧化铝将产生 0.6~2.0 吨赤泥， 全球每年产生总量达 7000 余万吨[4]， 其中中国每年赤泥产生量将有 2000 余万吨目前赤泥的主要处理方式是筑坝堆存，直接填海或者中和后填海[5]因赤泥碱度高、产生量大，传统的处理方式将会对周边的水体、大气、土壤造成严重污染 按照不同的氧化铝生产工艺，赤泥分为烧结法赤泥和拜耳法赤泥（联合产生的赤泥性质与烧结法赤泥相似） 。
由于经过高温烧结工艺， 烧结法赤泥中通常含有 2CaO·SiO2等活性成分，因此国内外在烧结法赤泥生产水泥、免烧砖等建筑材料方面已经进行了广泛研究并取得了一定的成果[6~10]拜耳法冶炼氧化铝是采用强碱 NaOH 溶出高铝、高铁、 一水软铝石型和三水铝石型铝土矿，所产生的拜耳法赤泥中几乎不含 2CaO·SiO2等活性成分由于含铁高，耐腐蚀性差，很难直接用于建材行业上目前，国内外对拜耳法赤泥的综合利用主要集中在生产烧结建材（水泥、砖瓦、陶瓷等） 、制备吸附材料、合成沸石、提取有价金属等方面 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 21.1 国内外拜耳法综合利用研究现状 1.1.1 生产建筑材料 土耳其 Ataturk 大学的 Ekrem Kalkan 进行了将赤泥用作水泥稳定剂的研究[11]实验发现，与天然粘土夯实试件相比，加有赤泥和水泥-赤泥添加剂的夯实试件具有较高的抗压强度、较低的水压传导率和水胀率，在地质水利方面的应用具有可行性 雅典国立理工大学 P.E. Tsakiridis 等进行了将赤泥用于生产水泥的实验 [12]他们向普通水泥生料中添加 3.5%的赤泥，经 1350℃，1400℃，1450℃焙烧后，对所得水泥熟料进行微观测试、化学和矿物分析并测定其可磨性、凝固时间、抗压强度和膨胀性能后，认为赤泥的加入不会影响水泥的质量。
但这种方法赤泥的掺量太小，对于赤泥巨大的产量来说，无异于杯水车薪 拜耳法赤泥中的主要元素为硅、铝、钙等，通过烧结可能生成 β-2CaO·SiO2等活性成分土耳其 Taner Kavas 以赤泥为主要原料，以硼渣作为助熔剂，两者的质量比为85:15，在 900℃制得的烧结砖样品抗压强度能够达到 40MPa，抗折强度能够达到9MPa[13]土耳其的 Kara M.等人利用水洗的赤泥也能制得抗压强度较高的赤泥砖[14] 1.1.2 用于环境污染治理 拜耳法赤泥中含有赤铁矿（α-Fe3O2）和针铁。