基于协同作用的低品位锰铁矿强化高铁铝土矿有价组元分离研究

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铝是世界上仅次于铁的第二大金属,是国民经济发展的基础原料和战略金属。我国是世界上最大的铝生产国和消费国,但我国的铝资源严重依赖进口,对外依存度超过50%。为保障我国铝矿资源的安全,稳定供应,实现我国经济的可持续健康发展,结合我国铝矿资源特点,有效利用我国铝矿资源,提高铝矿资源的综合利用水平。针对国内低品位铝铁矿石的研究与开发刻不容缓。高铁铝土矿是一种铁铝复合型资源,其中的铁、铝品位均未达到各自工业的要求,且铁铝嵌布胶合、密切共生,常规方法难以有效分离。还原磁选法被认为较适合处理复杂难选矿物,传统方法添加钠盐,对铁、铝进行了有效分离,但大量钠盐导致铁利用困难,因此希望能够开发可利用的矿物代替添加剂进行冶炼的工艺。我国锰矿资源相对匮乏,多为低品位锰铁矿,传统冶炼方法往往投资大、回收率低,未能大规模工业化生产。锰矿中的MnO可以降低渣相熔点,同时阻碍难还原的铁铝尖晶石的生成,改善还原条件。因此提出了基于协同作用的低品位锰铁矿强化高铁铝土矿有价组元分离综合利用工艺,且得到的富铝锰渣可以作为富集铝、锰的工业原料,实现了资源的综合利用。针对该工艺首先进行了高铁铝土矿和低品位锰铁矿的基础特性研究,然后通过热力学计算,详细对比了高铁铝土矿单独还原与高铁铝土矿-低品位锰铁矿强化还原两者的区别,分析了还原过程的物相转变历程;通过动力学计算,建立了还原动力学模型,得到了还原过程的限制性环节,并分析对比了两种还原方式金属颗粒生长过程;在实验室条件下进行了低品位锰铁矿强化高铁铝土矿还原磁选分离实验研究,探究了矿粉配比、还原温度、还原时间等因素对还原结果的影响。得到了如下结论:(1)单独高铁铝土矿还原过程中易形成难还原的铁铝尖晶石FeAl2O4,阻碍含铁物相的还原,其临界还原条件为831℃、CO体积分数92%,添加低品位锰铁矿后MnO会取代一部分铁铝尖晶石中的FeO,将还原条件降低至725℃、CO体积分数降低到62%,还原条件得到大幅改善;(2)高铁铝土矿单独还原和高铁铝土矿-低品位锰铁矿强化还原过程类似,均使用多孔物料模型分析,两者以某个临界还原率为界限分为两个阶段,两者的限制性环节均为气体通过铁氧化物颗粒还原产物层的扩散(简称内扩散),高铁铝土矿还原的第一阶段活化能为174 kJ/mol,第二阶段活化能为252 kJ/mol,高铁铝土矿-低品位锰铁矿强化还原的第一阶段活化能为144 kJ/mol,第二阶段活化能为94 kJ/mol,并得到了其速率方程;(3)实验室条件下,低品位锰铁矿强化高铁铝土矿还原磁选分离实验的适宜工艺参数位:铝锰矿物比7/3、碳氧比0.8、还原温度1300℃、还原时间90 min、磨矿时间5 min、磁场强度100 mT,该工艺的铁回收率为90.6%,获得的磁性产物中TFe、Mn质量分数分别为78.2%和6.66%。
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