赤泥、粉煤灰、磷石膏協(xié)同高溫?zé)Y(jié)回收鐵鋁實(shí)驗(yàn)研究

雷二帥，金會(huì)心、王尚杰夫，王正興，顧煒

貴州大學(xué)材料與冶金學(xué)院

[摘要]本文針對(duì)赤泥、粉煤灰、磷石膏三種工業(yè)固廢對(duì)環(huán)境污染的問題，提出用磷石膏代替堿石灰燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁工藝中CaO的添加。消耗固廢的同時(shí)提取有價(jià)金屬，減少環(huán)境污染，開拓固體廢物剩余價(jià)值。通過對(duì)該三種固體廢渣的物相分析，結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算，設(shè)計(jì)了不同燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間、鈣比條件進(jìn)行燒結(jié)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，800℃時(shí)主要含鐵物相為Fe3O4、Ca8Fe7.18Al0.82O20、Fe2(SO4)3,溫度升高含鐵物相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)殍F精礦。保溫時(shí)間過長，燒結(jié)物料會(huì)形成沾粘結(jié)構(gòu)不利于鋁物相的溶出。鈣比增加促使更多CaO的生成，與硅酸鹽生成不溶性硅酸鈣促進(jìn)鋁物相溶出，鈣比增加有助于鐵物相團(tuán)聚。實(shí)驗(yàn)表明最佳工藝條件下：鋁回收率為75.9%、鐵回收率為79.29%，鐵品位為74.5%。本研究為赤泥、粉煤灰、磷石膏三大工業(yè)固廢的協(xié)同利用提供一定參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]赤泥；磷石膏；粉煤灰；工業(yè)固廢；金屬回收

赤泥（RM）、粉煤灰（FA）、磷石膏（PG）分別是生產(chǎn)氧化鋁、燃煤火力發(fā)電及生產(chǎn)磷酸過程中產(chǎn)生的固體廢渣，這三種固廢均存在產(chǎn)生量大、利用量低的特點(diǎn)，且主要以堆存的形式處理，對(duì)水資源、土壤、空氣等環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[1-4]。目前關(guān)于三種固廢綜合回收利用方面的研究主要集中在建筑材料、路基填充、土壤改良、陶瓷、吸附劑和金屬回收領(lǐng)域[5-18]，但大多都是單一固廢利用或兩種固廢聯(lián)合利用[19,20]，關(guān)于三種固廢協(xié)同利用的研究報(bào)道較少。

赤泥是堿性渣，主要化學(xué)成分有Fe2O3、Al2O3、SiO2、Na2O、TiO2、CaO等，其特點(diǎn)是鋁硅比較低（A/S=1.4）。粉煤灰的主要化學(xué)成分與赤泥有一定相似性，也含有Fe2O3、Al2O3、SiO2、CaO等，高鋁粉煤灰的A/S可達(dá)到1以上。磷石膏是酸性渣，主要化學(xué)成分含有CaO和SO3。因此本研究利用赤泥的堿性、粉煤灰與赤泥組分的相似性以及磷石膏的酸性，將三種固廢協(xié)同利用回收其主要組分Fe2O3、Al2O3。目前針對(duì)于鋁硅比較低的鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁有成熟的堿石灰燒結(jié)法工藝，在該工藝中需要加入大量CaO，而磷石膏在高溫下可分解生成CaO。因此赤泥、粉煤灰采用高溫?zé)Y(jié)法回收鋁鐵過程，可用磷石膏代替CaO的添加，即可實(shí)現(xiàn)三種固廢的大宗消耗，又可達(dá)到以廢治廢的目的，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)三種工業(yè)固廢綜合回收鋁鐵?；诖?，本文針對(duì)赤泥、粉煤灰、磷石膏三種固廢協(xié)同利用，提出了高溫?zé)Y(jié)-堿浸提鋁-磁選提鐵的研究方案。研究了燒結(jié)溫度、鈣比、保溫時(shí)間因素對(duì)鋁、鐵回收效果的影響，并針對(duì)燒結(jié)熟料、浸出渣、磁選產(chǎn)物進(jìn)行了物相組成、微觀形貌分析，解釋了影響鋁鐵回收效果的主要原因。

1實(shí)驗(yàn)原料和研究方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)所用赤泥與磷石膏來自于我國貴州省遵義市，粉煤灰來自于我國內(nèi)蒙古地區(qū)的高鋁粉煤灰。原料用X射線熒光光譜儀（XRF）測(cè)定化學(xué)成分及含量如下數(shù)據(jù)表1所示。由表1可知赤泥中鐵含量較高，為37.70%，鋁含量為23.89%，硅含量為19.81%。粉煤灰主要成分有SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、Al2O3含量為60.68%。用X射線衍射（XRD）分析測(cè)定三種原料物相組成如圖1所示。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器及設(shè)備

實(shí)驗(yàn)儀器有SHB-IIIS循環(huán)水式多用真空泵、ZNCL-GS130*70油浴鍋、XCGS-Q50磁選機(jī)、3MZ-100密封式制樣盤磨粉碎機(jī)、恒溫鼓風(fēng)干燥箱、YFX12/13Q-YC馬弗爐、FA6103CⅡ級(jí)電子天平等。KSS-1700℃型真空管式爐（洛陽魯威窯爐）對(duì)配比物料進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)高溫?zé)Y(jié)、X熒光光譜儀器（荷蘭Zetium）對(duì)各種原物料進(jìn)行化學(xué)成分及含量測(cè)定、X射線衍射分析儀（德國D8Advance）對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行物相組成分析、掃描電鏡(德國ZEISSGemini)觀察目標(biāo)產(chǎn)物的外觀形貌特征。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)整體分為物料配比、高溫焙燒、堿浸提鋁、磁選提鐵四個(gè)階段，首先進(jìn)行原料預(yù)處理：將赤泥、粉煤灰、磷石膏進(jìn)行80℃烘干12h脫去表面水分，再用盤磨機(jī)研磨后進(jìn)行200目網(wǎng)篩篩選，最后存入干燥皿中干燥保存?zhèn)溆?。利用XRF測(cè)定三種原料的化學(xué)組分含量。通過計(jì)算，取RM與FA的質(zhì)量比為2:1作為固定值，固定實(shí)驗(yàn)樣品中Fe2O3的總含量。根據(jù)堿石灰燒結(jié)法理論體系Fe2O3+3C=2Fe+3CO(g)反應(yīng)中Fe2O3與C的摩爾比1：3、Al2O3+Na2CO3=Na2O·Al2O3+CO2(g)反應(yīng)中Na2O與Al2O3的摩爾比1：1、2CaO+SiO2=2CaO·SiO2中CaO與SiO2的摩爾比為2：1為理論值。為了保證本研究整個(gè)反應(yīng)體系能夠充分生成Fe物相同時(shí)考慮磷石膏的碳熱分解對(duì)C的消耗和工藝流程中堿的損耗。則碳比以1.5倍理論值設(shè)置為4.5作固定值固定碳質(zhì)還原劑的添加量；堿比以1.4為固定值固定堿性調(diào)控劑的添加量；設(shè)置鈣比(1.8、1.9、2.0、2.1、2.2)為梯度考察對(duì)鋁、鐵回收影響效果。

鈣的比值為CaSO4的加入量；添加CaSO4的目是在燒結(jié)過程中取代CaO，使其與硅質(zhì)礦物反應(yīng)生成不溶性硅酸鈣，從而在堿浸過程中實(shí)現(xiàn)可溶性物質(zhì)和不溶性物質(zhì)的有效分離。鈣的比例也影響PG的使用量。將計(jì)算后所有樣品和添加劑混合均勻，裝入100mm*40mm*20mm的剛玉坩堝中，放入真空管式爐預(yù)先以600ml/min的速率通入氮?dú)?0min充分排出爐管內(nèi)空氣，再啟動(dòng)燒結(jié)控制程序并持續(xù)通入氮?dú)庵敝翢Y(jié)結(jié)束。通過控制單一變量研究最佳實(shí)驗(yàn)條件。

控制真空管爐燒結(jié)溫度以3℃/min升溫至500℃，再以5℃/min升溫至預(yù)定溫度(800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃)，經(jīng)過一系列不同保溫時(shí)間(10min、20min、30min、40min、50min)，再以5℃/min降溫到500℃，冷卻至室溫，然后取出燒結(jié)后樣品用盤磨機(jī)研磨1min。隨后加入堿液60g/L(碳?jí)A12g/L，苛堿48g/L)，90℃恒溫浸出20min，過濾干燥浸出渣，進(jìn)行磁選。最后對(duì)熟料、浸出渣和磁選渣進(jìn)行Al和Fe的化學(xué)檢測(cè)、物相分析、形貌分析。本研究探討了不同條件對(duì)RM、FA、PG三種不同類型固體廢物綜合回收Al、Fe的影響，并通過溫度、保溫時(shí)間、鈣比梯度實(shí)驗(yàn)，確定了理想工藝條件。具體如下流程圖2所示。

2定義與計(jì)算方法

（1）鈣比定義是：混合生料中CaO和SiO2的摩爾量之比，即

式中：nCaO-需要的CaO摩爾量/mol；

nSiO2-赤泥和粉煤灰中SiO2的摩爾量/mol；

（2）碳比定義是：添加的碳質(zhì)還原劑與赤泥和粉煤灰中的Fe2O3的摩爾量之比，即

式中：nFe2O3-赤泥和粉煤灰中的總Fe2O3的摩爾量/mol；

nC-需要添加碳質(zhì)還原劑的摩爾量/mol；

（3）堿比定義是：配備原料過程添加無水Na2CO3后所有生料中含有的Na2O與所有生料中Al2O3+Fe2O3的摩爾量之比，即

式中：nNa2O-加入無水Na2CO3后總Na2O的摩爾量/mol；

nAl2O3-赤泥和粉煤灰中總Al2O3的摩爾量/mol；

nFe2O3-赤泥和粉煤灰中總Fe2O3的摩爾量/mol；

（4）鐵回收率定義是：第二次磁選后得到的磁性樣品全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)與燒結(jié)后所有熟料中全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值，即

式中：M2-第二次磁選得到的磁性物料質(zhì)量/g；

ω2-得到磁性物料的全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%；

Ms-焙燒后所有熟料的質(zhì)量/g；

ωs-焙燒后熟料的全鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%；

（5）鋁溶出率定義是：焙燒后的熟料經(jīng)過堿液浸出溶于液體的Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)與焙燒后熟料中Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比值，即

式中：Ms-焙燒后熟料的質(zhì)量/g；

Mj-堿液浸出后得到浸出渣的質(zhì)量/g；

ωs-焙燒后熟料中Al2O3的全鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%；

ωj-堿液浸出后得到浸出渣中Al2O3的全鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%；

3結(jié)果與討論

3.1熱力學(xué)分析

磷石膏主要由CaSO4·nH2O物相組成具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，純磷石膏只有在1400℃以上的高溫環(huán)境下才有可能發(fā)生分解反應(yīng)。碳質(zhì)還原劑可以大大降低磷石膏分解溫度。如圖3(a)，500℃時(shí)CaSO4開始分解生成CaS；800℃時(shí)CaSO4在還原劑的作用下生成CaO；當(dāng)溫度持續(xù)升高至1100℃時(shí)CaS與CaSO4也可生成CaO[21,22]，為堿石灰燒結(jié)法過程中提供足量的CaO。涉及的反應(yīng)見(6)~(9)。

赤泥、粉煤灰中的主要含鐵物相是Fe2O3，在碳質(zhì)還原劑的調(diào)控下，含鐵物相會(huì)隨溫度變化，如下圖3(b)。600℃以上Fe2O3與碳質(zhì)還原劑開始生成Fe和CO，同時(shí)有一部分Fe2O3與CO反應(yīng)生成Fe3O4；高于700℃時(shí)Fe3O4與CO反應(yīng)生成FeO，F(xiàn)eO又與還原劑生成Fe。

物料中的Al2O3和SiO2會(huì)搶占FeO生成FeO·Al2O3、FeO·SiO2，抑制FeO與CO生成Fe。而Na2CO3的加入使FeO·Al2O3、FeO·SiO2與Na2O發(fā)生置換反應(yīng)，分別生成Na2O·Al2O3和Na2O·SiO2，可將FeO釋放出來繼續(xù)與還原劑生成Fe，如圖3(c)所示。鈣硅酸鹽燒結(jié)反應(yīng)見(10)~(16)。同時(shí)Fe2O3會(huì)極易與堿性調(diào)控劑形成Na2O·Fe2O3相，Na2O·Fe2O3與C再次反應(yīng)生成Na2O。由于Na2O·Fe2O3更容易被C還原[23]，所以高溫過程持續(xù)一段時(shí)間后大量的Fe2O3被還原?？刂撇煌瑴囟群蜌夥湛梢钥刂七€原后的產(chǎn)物類型[19]。含鐵相還原涉及反應(yīng)見(17)~(23)。

3.2溫度對(duì)鋁鐵回收的影響

在三種固廢綜合回收利用的體系當(dāng)中，溫度具有至關(guān)重要的作用。燒結(jié)過程中還原劑C會(huì)形成氣態(tài)、堿性調(diào)控劑Na2CO3會(huì)轉(zhuǎn)化成液態(tài)與固廢中的礦物發(fā)生反應(yīng)。燒結(jié)溫度過低時(shí)不能使鐵氧化物還原生成Fe，影響鐵回收率及鐵品位；焙燒溫度過高時(shí)，反應(yīng)過程中會(huì)形成大量的液相填充礦物之間的空隙最終形成致密的堅(jiān)硬塊狀形態(tài)，鋁相會(huì)被堅(jiān)硬的鈣硅渣包覆，在堿浸提鋁過程中抑制鋁相的溶出。

為了探求溫度變化對(duì)鋁鐵回收的影響，對(duì)得到的所有過程產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下曲線圖4(a)所示。可以看出鐵回收率、鐵品位和鋁溶出率整體呈先增后降的趨勢(shì)，800℃時(shí)鋁溶出率為51.83%，1100℃時(shí)達(dá)到75.46%，在1200℃時(shí)又大幅度下降到46.6%；

800℃時(shí)鐵回收率為30.28%,從800℃到1100℃提升47.03%，在1200℃時(shí)有小幅度下降，綜合考慮選用1100℃為最佳燒結(jié)溫度條件。為了探求溫度影響鋁鐵回收的原因，對(duì)各個(gè)溫度下的燒結(jié)熟料、浸出樣品進(jìn)行XRD圖譜分析如下圖4(b)、(d)所示。赤泥、磷石膏中富含SiO2，高鋁粉煤灰中的鋁大多是活性低的莫來石(Al2O3·2SiO2),Na2CO3作為堿性調(diào)控劑的加入可以促進(jìn)莫來石的分解[24]，在800℃-900℃時(shí)形成NaAlSiO4。

800℃時(shí)由于溫度過低反應(yīng)式(24)不能充分反應(yīng)，隨著溫度的升高大量的NaAlSiO4生成，從圖4(b)可以看出：隨著溫度的升高鋁相峰逐漸增強(qiáng)，結(jié)合熱力學(xué)計(jì)算可知，在反應(yīng)體系中赤泥和粉煤灰中的Fe2O3與Na2CO3先反應(yīng)生成鐵酸鈉相，如圖3(a)所示。在高溫狀態(tài)下，鐵酸鈉與Al2O3置換出鋁酸鈉相，因此導(dǎo)致溫度升高鋁溶出率有所上升。固-固反應(yīng)的速度會(huì)隨著溫度的升高而加快，Na2CO3在851℃下會(huì)形成液相，為離子的轉(zhuǎn)移提供更快捷的通道；當(dāng)溫度升高至1200℃時(shí)有大量的液相出現(xiàn)堵塞物料間的孔隙，物料燒結(jié)完成冷卻后會(huì)形成質(zhì)地堅(jiān)硬的結(jié)塊狀態(tài)，阻止了堿液浸出過程中鋁物相溶解，導(dǎo)致1200℃時(shí)鋁的回收率明顯下降，結(jié)果如圖4(a)、(d)對(duì)比所示。

鐵還原體系當(dāng)中反應(yīng)(18)在300℃-400℃發(fā)生反應(yīng)，大于800℃時(shí)反應(yīng)(19)、(22)才會(huì)發(fā)生，在800℃時(shí)最終含鐵物相以Fe3O4為主，由圖4(b)的方框局部放大圖圖(c)所示，在800℃時(shí)含鐵物相主要由Fe3O4和鐵鈣氧化物組成，強(qiáng)度峰較低，導(dǎo)致鐵回收，鐵品位較低。

隨著溫度的不斷升高反應(yīng)(19)、(22)更加充分，F(xiàn)e3O4及鐵和鈣的氧化物逐漸消失，同時(shí)出現(xiàn)了一定量的鐵和硫的氧化物。隨著Fe3O4相的逐漸消失，F(xiàn)e相出現(xiàn)并逐漸增強(qiáng)。鐵物相在不同溫度下的XRD變化如圖4(b)所示。

800°C和1100°C下磁性樣品的SEM圖譜如圖5所示。在800℃時(shí)，磁性樣品的磁性顆粒凝聚較少，形狀不規(guī)則(見圖5(a))。大多數(shù)磁性樣品以小顆粒的形式分散，導(dǎo)致鐵品位較低。從局部放大(圖5(b))所示，由嵌入大量不規(guī)則小顆粒的磁性顆粒聚集而成，結(jié)合EDS(圖5(c))可知還細(xì)小顆粒為鈣硅氧化物，導(dǎo)致含鐵相難以與其他渣相分離，使鐵回收率低。也表明在800°C時(shí)，堿性浸出過程只能溶解少量鋁，鋁的回收率很低。從1100℃的磁性樣品的圖5(d)可以看出，生成的磁性顆粒大均等，具有良好的聚集性，幾乎沒有分散的小磁性顆粒。從圖5(e)中可以清楚地看到，鐵顆粒尺寸大，表面光滑，鈣氧化合物以附著的形式在磁性顆粒上，易于與非磁性樣品分離。因此鐵品位和鐵回收率明顯提高。

3.3保溫時(shí)間對(duì)鋁鐵回收的影響

保溫時(shí)間是保證高溫環(huán)境下物料能否充分反應(yīng)的重要因素，保溫時(shí)間過短會(huì)使物料之間反應(yīng)不完全，保溫時(shí)間過長會(huì)使大量液相出現(xiàn)，導(dǎo)致物料過度沾粘形成質(zhì)地堅(jiān)硬的塊狀難以研磨，影響回收指標(biāo)。由曲線圖6(a)可以看出，隨著保溫時(shí)間的延長鐵品位持續(xù)升高，在保溫時(shí)間50min時(shí)鐵品位出現(xiàn)1.18%的微量下降；鋁和鐵的回收率呈規(guī)律性先增后降，在保溫時(shí)間30min時(shí)鋁、鐵回收指標(biāo)分別為74.49%、76.4%達(dá)到最優(yōu)效果。保溫50min后，鐵和鋁的回收率均有明顯下降。較長的保溫時(shí)間減少了鋁和鐵的回收，同時(shí)也消耗了更多的能源。因此，確定30min為最佳保溫時(shí)間。為了探求保溫時(shí)間對(duì)鋁鐵回收的影響，對(duì)不同保溫時(shí)間下的燒結(jié)熟料進(jìn)行XRD圖譜分析如下圖6所示。

從圖6(b)可以明顯看出，不同保溫時(shí)間的最終產(chǎn)物都為CaTiO3、CaS、Na1.55Al1.55Si0.45O4、Ca2SiO4、Fe，只是物相峰強(qiáng)不同，證明整個(gè)體系在1100℃時(shí)保溫10~50min都可以充分反應(yīng)。保溫時(shí)間增加含鋁相Na1.55Al1.55Si0.45O4峰逐漸增強(qiáng)，保溫50min鋁相峰有少量降低。下圖7為五種保溫時(shí)間的熟料樣品圖和30min與50min下的熟料、浸出樣品SEM對(duì)比圖，從圖7(a)~(e)可以明顯看出隨著保溫時(shí)間的增加，形成過燒結(jié)狀態(tài)，此時(shí)熟料的體積逐漸縮小，樣品收縮強(qiáng)度增加、質(zhì)地緊實(shí)、密度變大。保溫40min和50min時(shí)的熟料尤為明顯。通過圖7(f)和(g)對(duì)比可見：保溫50min的熟料表面顆粒光滑圓潤、似物質(zhì)熔化冷卻后形成的沾粘凝結(jié)成塊狀態(tài)；保溫30min的熟料顆粒棱角分明，以不同大小塊狀相貼合分布，大顆粒表面明顯由較多小顆粒附著。對(duì)該兩種熟料樣品進(jìn)行相同時(shí)間的研磨破碎，與保溫30min的熟料相比保溫50min的熟料不能充分破壞沾粘凝結(jié)成塊狀態(tài)。導(dǎo)致保溫50min比30min的熟料在堿液浸出過程中鋁相的溶解度減弱，最終使得鋁回收率下降。同樣對(duì)比圖7(h)和(i)可知保溫50min浸出樣品顆粒體積遠(yuǎn)大于30min浸出樣品，在磁選過程中非磁性物質(zhì)會(huì)過多的與鐵相沾粘被磁極吸附，最終使得鐵品位、鐵回收率下降。

3.4鈣比對(duì)鋁鐵回收的影響

從圖8(a)以看出,鈣比為1.8和2.0時(shí)，鋁的回收率分別為53.42%和75.9%。主要原因是磷石膏添加量過少時(shí)，高溫狀態(tài)下不能生成足量的CaO與硅酸鹽生成硅酸鈣[25,26]，隨著鈣比增加生成足夠CaO可以促進(jìn)物料中鈣硅元素的結(jié)合形成不溶于堿液的硅酸鈣，使得在堿液浸出過程當(dāng)中有效分離鈣硅渣，提高鋁回收率。而鐵回收率、鐵品位隨著鈣比的增加而呈先增后降的趨勢(shì)。如下圖8(b)為不同鈣比的熟料XRD結(jié)果表明，不同鈣比燒結(jié)后熟料含鋁物相均為Na1.55Al1.55Si0.45O4。在鈣比為2.1、2.2時(shí)磷石膏的添加量增大，高溫下鐵物相主要是Fe3Ti3O10、Ca3Fe15O25導(dǎo)致鐵品位和鐵回收率降低。

下圖9為鈣比1.8和2.0的磁性物料SEM-EDS對(duì)比圖，可見鈣比1.8圖(a)熟料團(tuán)聚不均勻，因?yàn)榱资嗟奶砑恿坎蛔阋陨勺銐虻腃aO，大量的硅酸鹽保持原狀。隨著鈣比的增加足量的CaO與硅酸鹽生成不溶于堿液的硅酸鈣，冷卻后呈現(xiàn)均勻分布的顆粒狀。如鈣比2.0圖(e)所示。對(duì)比浸出渣SEM圖(b)、圖(f)可知鈣比過低鋁物相與鈣硅渣鑲嵌形成大塊團(tuán)聚不利于鋁物相的溶出；對(duì)比磁性物料圖(c)、圖(g)結(jié)合EDS圖譜可以明顯看出，鈣比的增加有助于鐵的團(tuán)聚提高鐵品位、鐵回收率。

3.5RM+PG與RM+FA+PG綜合利用效果對(duì)比

本節(jié)在前期YuanDanXiao等[19]人協(xié)同利用RM和PG兩種固體廢物回收鋁、鐵的研究成果基礎(chǔ)上，引入FA研究鋁、鐵回收效果，指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如下表2所示?？梢钥闯龇勖夯业募尤耄X、鐵回收率有1%~2%的提升，但鐵品位下降了9.3%。圖10為三種固體廢物(RM+FA+PG)與前人兩種固體廢物(RM+PG)綜合利用的熟料、浸出渣、磁選渣XRD物相對(duì)比圖譜，從圖10(a)可以看出RM+FA+PG組的鋁相Na1.55Al1.55Si0.45O4峰更強(qiáng)。對(duì)比熟料物相圖(a)、浸出渣(b)可知RM+FA+PG組仍有未完全溶出鋁相，結(jié)合圖1(b)可知粉煤灰的主要鋁物相存在于莫來石和鋁硅玻璃相，莫來石活性極低，鋁硅玻璃相在1100℃為液態(tài)呈介穩(wěn)結(jié)構(gòu)，而磷石膏碳熱分解產(chǎn)生的CaO和配比物料中加入的Na2CO3只能在一定程度上促進(jìn)激發(fā)部分粉煤灰活性、降低晶相轉(zhuǎn)變溫度的作用。所以RM+FA+PG組鋁溶出率相對(duì)RM+PG組鋁溶出率只有少量提升。圖10(b)可以看出RM+FA+PG組中鐵相峰較強(qiáng)，這直接導(dǎo)致鐵回收率有所提升。從圖10(c)磁選渣可以看出RM+FA+PG組中含有CaTiO3非磁性物相，導(dǎo)致鐵品位下降，原因可能是粉煤灰的加入引入了更多的非磁雜質(zhì)附著在磁性顆粒表面，在浸出渣中不能完全破壞附著結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鐵品位有所降低。

整個(gè)工藝過程中Na2CO3的加入能夠與物料中的Al2O3反應(yīng)生成可溶鋁相，通過堿液浸出可實(shí)現(xiàn)鋁的回收，在分離浸出渣和浸出液過程中有93%以上的堿溶于浸出液，如下表3所示。因此浸出液可以被用于二次浸出過程，可在浸出過程中實(shí)現(xiàn)堿循環(huán)；磷石膏主要成分CaSO4，在燒結(jié)過程中有20%的硫以SO2氣體排除，聯(lián)用尾氣收集裝置可制硫酸；同時(shí)80%的硫以CaS形式存在，實(shí)現(xiàn)硫元素的固定，在工藝過程中可生成2CaO·SiO2，2CaO·SiO2是制作硫鋁酸鹽水泥的原料之一，因此后續(xù)可以實(shí)現(xiàn)制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥[27]。該工藝最佳配比條件下消耗10g赤泥、6.5g粉煤灰、15g磷石膏可產(chǎn)出3g鐵精礦、回收75.9%的鋁。

4結(jié)論

赤泥、粉煤灰、磷石膏是中國三大工業(yè)支柱生產(chǎn)過程中的工業(yè)廢渣，特點(diǎn)是產(chǎn)生量巨大，利用率低。赤泥呈堿性、磷石膏呈酸性等的特點(diǎn)，限制了對(duì)其綜合利用的方法，目前主要以堆存的形式存放，且對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此本文針對(duì)該問題對(duì)赤泥、粉煤灰、磷石膏進(jìn)行物料配比-高溫?zé)Y(jié)-堿浸提鋁-磁選提鐵綜合回收有價(jià)金屬進(jìn)行了不同條件的實(shí)驗(yàn)研究，研究消耗固廢的有效方法。得出以下結(jié)論:

（1）通過多組實(shí)驗(yàn)證明赤泥、粉煤灰、磷石膏綜合回收鋁、鐵最佳實(shí)驗(yàn)條件：燒結(jié)溫度為1100℃、保溫時(shí)間30min、鈣比為2.0，最終鐵回收率為79.2%、鐵品位可為74.5%、鋁溶出率為75.9%。

（2）燒結(jié)溫度升高有利于鐵、鋁回收，溫度高于1100℃熟料會(huì)出現(xiàn)沾粘結(jié)構(gòu)阻礙鋁的溶出；保溫時(shí)間對(duì)鋁鐵回收影響較少；CaO與Na2CO3有助于激活粉煤灰中莫來石的活性提高鋁回收率，磷石膏添加過量高溫下會(huì)生成Fe3Ti3O10、Ca3Fe15O25導(dǎo)致鐵品位和鐵回收率降低。

（3）在整個(gè)工藝流程中使用1噸赤泥、0.5噸粉煤灰、1.5噸磷石膏可回收75.9%的鋁和0.3噸鐵精礦，在工藝生產(chǎn)中可實(shí)現(xiàn)堿循環(huán)，同時(shí)為制硫酸聯(lián)產(chǎn)水泥提供一定的原料，有效的消耗工業(yè)固廢。