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随着循环流化床(CFB)燃烧技术在我国的迅速发展,CFB粉煤灰的年产生量在逐年增加,但综合利用率较低,主要以低值建筑建材利用和大量占地堆存为主,造成了严重的生态环境问题。然而晋北、蒙西由于特殊的古地质结构,煤炭中含有丰富的铝资源,同时伴生锂、镓等稀散金属,通过燃烧利用进一步在CFB粉煤灰中富集。因此,从粉煤灰中提取铝等金属元素对缓解我国铝土矿等金属矿产资源匮乏具有重要的战略性意义。CFB粉煤灰形成温度低,铝主要以无定型铝硅酸盐存在,具有高的化学溶出特性,适合采用短流程、低能耗的直接酸浸工艺进行铝、锂、镓等元素协同提取。然而,铁作为粉煤灰提铝过程的主要杂质,在酸浸过程也会被浸出进入酸浸液,不仅增加了提铝工艺的除杂分离工序,还会影响铝产品纯度和回收率。目前,大部分研究主要是针对PC粉煤灰预除铁进行的,考虑到CFB粉煤灰与PC粉煤灰在形成过的差异,本论文以平朔CFB粉煤灰为研究对象,在系统研究粉煤灰中元素赋存形态和分布规律的基础上,采用矿相调控-磁选法和选择性可控酸浸法对粉煤灰中的铁杂质进行分离研究,并进行了除铁后粉煤灰制备硫酸铝产品的研究。研究结果表明:CFB粉煤灰中的铁主要以赤铁矿形式存在,采用直接磁选法除铁效率仅能达到17.6%。以CFB粉煤灰中的残碳为还原剂,在700℃反应60 min,粉煤灰中极弱磁性的赤铁矿转化为强磁性的磁铁矿,再采用磁选法其除铁率大大提高,可以达到64.7%,除铁后碳热还原(RCFB)粉煤灰中的铁含量可从3.5%降至1.3%。以RCFB粉煤灰为原料,在磁场强度为400 mT、磁选3次、液固比为20:1条件下时磁选效果最好。除铁后RCFB粉煤灰中铝、锂、镓的含量基本保持不变,而过渡金属元素如Mn、Cr等在磁性相会有一定程度富集,能够实现这些元素的协同去除。以盐酸溶液为浸取剂,考察CFB粉煤灰中金属元素包括锂、镓等稀散元素在不同盐酸浓度、不同反应温度下的溶出行为和规律,结果表明:在盐酸浓度较低时,增大盐酸浓度,有利于促进金属元素溶出,但盐酸浓度高于6 mol/L时铝、钙、锂的溶出受到抑制,而铁溶出继续增大。升高温度可以促进各金属元素的溶出,不利于铁的选择性溶出。在低温下增大盐酸浓度有利于铁的选择性溶出,当浸出温度为30℃、盐酸浓度为10 mol/L时,铁去除率为80.4%,铝损失率仅为8.1%,锂镓溶出率分别为23.3%和18.1%,实现了铁杂质的高效选择性去除,选择性除铁后粉煤灰中铝、锂、镓的相对含量基本保持不变。为进一步验证不同除铁方式对于铝溶出率和铝产品纯度的影响,分别以CFB粉煤灰原灰、磁选除铁后RCFB粉煤灰及酸浸选择性除铁后的粉煤灰为原料,采用硫酸浸出-结晶工艺进行了制备硫酸铝产品的验证研究。两种除铁方法对铝的溶出率影响不大,均在90%以上。三种粉煤灰制备的硫酸铝产品中铁杂质含量分别为1.23%、0.45%和0.29%,未处理CFB粉煤灰制备的硫酸铝产品未能达到工业硫酸铝II类产品的标准,RCFB粉煤灰和酸浸除铁后的粉煤灰所制备的硫酸铝产品分别可达到II类合格品和II类一等品的指标。