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[摘 要]本文论述利用热等离子体技术从赤泥废物生产铁。赤泥还原熔炼进行了35千瓦的直流扩展电弧热等离子体反应器中。赤泥适当混合与通量和石墨（固定碳，99%）作为还原剂，按化学计量的要求，提出了一种新的热等离子体过程适用于直接炼铁，实现赤泥利用率显著提高。
[关键词]赤泥；冶炼；白云石；电弧热等离子体
中图分类号：TG172.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0061-02
1 简介
矾土是一种具有很高含量铝成分的矿石，这使得它可以作为一种提取铝的很好原料。在这一生成过程中，矾土中的铝成分在炼铝厂首先被烧碱化学溶解。这也是含有铝土矿的泥浆中本身就存在的一种自然物质。通过这一过程，这种赤泥残留物伴随着大量的强碱而留下来。每生成一吨的铝成品，就会伴随着产生1-1.5吨的赤泥。但是尚未有更经济的方法来处理用来炼铝的矾土，使其不再产生赤泥。由于涉及到转换期间和节能减排中的开销，铝的生产者们都要面对着一个关于赤泥不溶性的严重问题。有一种类型的赤泥中含有30%-50%的Fe2O3，并同时含有Al2O3和SiO2。同时还包含有钒，针铁矿，锐钛矿，石英和方钠石等成分。很明显，赤泥是许多金属的一种潜在资源。
对于散装利用率，附加值，以及向零污染转变的过程中，发展合适的冶金程序用于从赤泥中回收金属是很重要的。两项已经普遍应用于从赤泥中回收铁资源的方法都是基于：（a）伴随着磁选分离的赤泥固态还原来回收铁（b）高炉冶炼/电动/低竖炉生产生铁。在从赤泥中回收铁存在着几道工序，但没有一项可以认为是在进行商业运作。通过硬化处理，利用赤泥形成的一种新的建材形成了。热等离子体技术现在成为一种可考虑改善现有冶金过程的替代方法。在热等离子体技术中，高密度的离子电荷使热均匀的传至炉料。高温和高能量通量以及等离子体中的等离子状态下的应用，使得反应在短期内完成。这些都有利于直接利用原材料。
2 材料及方法
赤泥由某化学公司提供。赤泥化学分析及大小筛分析在表一表二中。
2.1 扩展转移弧等离子体反应器
冶炼研究在FIG1的35kw DC扩展转移弧热等离子体反应器中进行。这是一种锅式反应器的锆石涂层石墨坩埚炉膛并通过氧化铝泡沫隔热。石墨电极以垂直组态分布其中，其底部的电极（阳极）保持静止，其底部带有轴向孔的（阴极）用来通过为了电弧稳定而由齿条和齿轮机构驱动形成的等离子体形成气。炉底设置有石墨口挖掘金属和炉渣。反应堆的详细设计规格可在别处获得。
2.2 赤泥等离子熔炼
赤泥等离子熔炼实在一个扩展电弧等离子体反应器中进行的。这一冶炼过程是通过一个使用石墨粉末作为还原剂，在一个恒定的功率为12.5千瓦（供电电流：250A；和电压保持50-60V）。）的直流扩展电弧等离子炉来实现的。不同参数的影响，亦即对保持碱度通量的类型，还原剂（石墨）的变化和时间都进行的研究，以便形成一个优化参数集，从而以最便宜的成本来进行生产。在等离子体处理前，所有这些被带到相同的筛孔尺寸并通过干式球磨均匀混合。预热2-3分钟，以保持热状态并除去残留的水分，然后材料被等离子气体以1升/分钟的连续流动电流充电。对于小规模的原始样品，350克的石墨被作为每一个化学计量计算，磁通用以维持所需的碱（basicity=CaO+MgO/SiO2+Al2O3），在所有案例和化学分析做到的情况下，金属和炉渣没有明确分开。一系列在扩展转一户等离子反应器中所做的实验室为了研究影响从赤泥中回收金属百分比的因素。从大量赤泥中回收铁的含量=提取铁的重量/赤泥中铁的含量（原料）*100%[6]。
3 结果与讨论
3.1 原料的物理化学表征
赤泥主要含有铁，铝，硅，钠，钛的氧化物，以及少量的S和P。赤泥典型的化学成分是55.2wt% Fe2O3，16.5wt% Al2O3，6.3wt% SiO2，3.1wt% Na2O， 1.4wt% CaO，4.5wt% TiO2，0.1wt% S，and 0.08wt% P.点火的损失为12.5%。
据推断，最佳的冶炼时间大约是15分钟后，在此期间，黑色金属氧化物的还原反应被停止的百分比的铁回收率是不是100%，而是70%。
3.3 还原剂的影响
为了研究最佳还原剂的含量，对赤泥中不同比例的石墨都分别进行了研究，同时其他实验参数变化如图3所示，这些铁回收的参数伴随着赤泥中还原剂的增加而增加。当赤泥中还原剂超过11%时，铁的回收率下降。当使用还原剂而没使用电流时，铁的回收率最大能达到45%（表1，表2）。
3.4 通量的影响
使用石灰和白云石在金属的回收利用中效果显著，最大的金属回收率为70%，加11%的白云石，。当还原剂的百分比超过11%时中的金属回收率有一个急剧下降。
白云石对金属回收效果影响进行了研究。白云石从10%到16%之间变化，其结果示于图4。观察到71%的Fe的金属回收是实现了在12%的白云石时，超出则该金属回收率降低。用在8%和14%之间变化的石灰石可以见到类似的结果的情况。表明金属的回收最大值为65%的时候是10%。和其它因素保持不变，增加白云石超过10%，金属回收率降低。
富铝渣被发现含有近42%的SiO2，11%-16%的CaO，10%-20%的MgO，3%-10%金属铁和5%-20%未减数的FeO。炉渣的X射线衍射分析，表明不同的化合物的峰，如上面所述。
除了在还原剂在电荷的比例，冶炼和炉渣的碱度的持续时间的影响也进行了评价。从图2可以指出，回收的百分比最初随着等离子熔炼操作的持续时间延长而提高。但继续延长冶炼操作，回收开始下滑。
时间对金属后回收的影响上升到一定的水平之后，它表现出相反的趋势，即熔融铁金属进入炉渣中。其它两个参数例如还原剂和磁通表现以类似的方式，即，金屬回收率提高到一定水平然后逐渐下落。因为高温和热传递，热等离子体冶炼过程中对其他的传统冶炼技术具有更短的反应时间优势。在热等离子体的情况下，没有任何制粒的需要处理红泥废物是可行的[7]。 4 結论
本文提出了一个利用赤泥废物的创新的方法。从目前研究得出的重要结论如下：
1.热等离子体技术成功地从赤泥废物制备出生铁，一步到位；
2.铁的最大回收率发现是71%，对应于最佳条件是的12%的白云石，最佳的冶炼时间约15分钟350克配料。
参考文献
[1] H.K. Chandwani， V. Vishwanathan， R.N. Goyal， and P.M.Prasad， Recovery of iron and metal values from red mud possibilities in Indian scenario， NML Tech. J.， 39（1997）， No.3，p.117.
[2] R. Kumar， J.P. Srivastava， and Premchand， Utilisation of iron values of red mud for metallurgical applications， Environ. Waste Manage.， 30（1998）， p.108.
[3] A. Agrawal， K.K. Sahu， and B.D. Pandey， Solid waste management in non-ferrous industries in India， Resour. Conserv. Recycl.， 42（2004）， p.99.
[4] M. Andrejcak and G. Soucy， Patent review of red mud treatment- product of Bayer process， Acta Metall. Slovaca，10（2004）， No.4， p.347.
[5] E. Er Beng and R. Apak， Furnace smelting and extractive metallurgy of red mud： recovery of TiO2， Al2O3 and pig iron， J. Chem. Technol. Biotechnol.， 70（1997）， p.241.
[6] M. Pourbaix， Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions， National Association of Corrosion Engineers， Pergamon Press， Oxford， 1974.
[7] S.S. Rath， K. Jayasankar， B.K. Satapathy， B.K. Mishra， and P.S. Mukherjee， Kinetics and statistical behaviour of iron recovery from red mud using plasma arc furnace， High Temp.Mater. Process.， 30（2011）， p.211.
[关键词]赤泥；冶炼；白云石；电弧热等离子体
中图分类号：TG172.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0061-02
1 简介
矾土是一种具有很高含量铝成分的矿石，这使得它可以作为一种提取铝的很好原料。在这一生成过程中，矾土中的铝成分在炼铝厂首先被烧碱化学溶解。这也是含有铝土矿的泥浆中本身就存在的一种自然物质。通过这一过程，这种赤泥残留物伴随着大量的强碱而留下来。每生成一吨的铝成品，就会伴随着产生1-1.5吨的赤泥。但是尚未有更经济的方法来处理用来炼铝的矾土，使其不再产生赤泥。由于涉及到转换期间和节能减排中的开销，铝的生产者们都要面对着一个关于赤泥不溶性的严重问题。有一种类型的赤泥中含有30%-50%的Fe2O3，并同时含有Al2O3和SiO2。同时还包含有钒，针铁矿，锐钛矿，石英和方钠石等成分。很明显，赤泥是许多金属的一种潜在资源。
对于散装利用率，附加值，以及向零污染转变的过程中，发展合适的冶金程序用于从赤泥中回收金属是很重要的。两项已经普遍应用于从赤泥中回收铁资源的方法都是基于：（a）伴随着磁选分离的赤泥固态还原来回收铁（b）高炉冶炼/电动/低竖炉生产生铁。在从赤泥中回收铁存在着几道工序，但没有一项可以认为是在进行商业运作。通过硬化处理，利用赤泥形成的一种新的建材形成了。热等离子体技术现在成为一种可考虑改善现有冶金过程的替代方法。在热等离子体技术中，高密度的离子电荷使热均匀的传至炉料。高温和高能量通量以及等离子体中的等离子状态下的应用，使得反应在短期内完成。这些都有利于直接利用原材料。
2 材料及方法
赤泥由某化学公司提供。赤泥化学分析及大小筛分析在表一表二中。
2.1 扩展转移弧等离子体反应器
冶炼研究在FIG1的35kw DC扩展转移弧热等离子体反应器中进行。这是一种锅式反应器的锆石涂层石墨坩埚炉膛并通过氧化铝泡沫隔热。石墨电极以垂直组态分布其中，其底部的电极（阳极）保持静止，其底部带有轴向孔的（阴极）用来通过为了电弧稳定而由齿条和齿轮机构驱动形成的等离子体形成气。炉底设置有石墨口挖掘金属和炉渣。反应堆的详细设计规格可在别处获得。
2.2 赤泥等离子熔炼
赤泥等离子熔炼实在一个扩展电弧等离子体反应器中进行的。这一冶炼过程是通过一个使用石墨粉末作为还原剂，在一个恒定的功率为12.5千瓦（供电电流：250A；和电压保持50-60V）。）的直流扩展电弧等离子炉来实现的。不同参数的影响，亦即对保持碱度通量的类型，还原剂（石墨）的变化和时间都进行的研究，以便形成一个优化参数集，从而以最便宜的成本来进行生产。在等离子体处理前，所有这些被带到相同的筛孔尺寸并通过干式球磨均匀混合。预热2-3分钟，以保持热状态并除去残留的水分，然后材料被等离子气体以1升/分钟的连续流动电流充电。对于小规模的原始样品，350克的石墨被作为每一个化学计量计算，磁通用以维持所需的碱（basicity=CaO+MgO/SiO2+Al2O3），在所有案例和化学分析做到的情况下，金属和炉渣没有明确分开。一系列在扩展转一户等离子反应器中所做的实验室为了研究影响从赤泥中回收金属百分比的因素。从大量赤泥中回收铁的含量=提取铁的重量/赤泥中铁的含量（原料）*100%[6]。
3 结果与讨论
3.1 原料的物理化学表征
赤泥主要含有铁，铝，硅，钠，钛的氧化物，以及少量的S和P。赤泥典型的化学成分是55.2wt% Fe2O3，16.5wt% Al2O3，6.3wt% SiO2，3.1wt% Na2O， 1.4wt% CaO，4.5wt% TiO2，0.1wt% S，and 0.08wt% P.点火的损失为12.5%。
据推断，最佳的冶炼时间大约是15分钟后，在此期间，黑色金属氧化物的还原反应被停止的百分比的铁回收率是不是100%，而是70%。
3.3 还原剂的影响
为了研究最佳还原剂的含量，对赤泥中不同比例的石墨都分别进行了研究，同时其他实验参数变化如图3所示，这些铁回收的参数伴随着赤泥中还原剂的增加而增加。当赤泥中还原剂超过11%时，铁的回收率下降。当使用还原剂而没使用电流时，铁的回收率最大能达到45%（表1，表2）。
3.4 通量的影响
使用石灰和白云石在金属的回收利用中效果显著，最大的金属回收率为70%，加11%的白云石，。当还原剂的百分比超过11%时中的金属回收率有一个急剧下降。
白云石对金属回收效果影响进行了研究。白云石从10%到16%之间变化，其结果示于图4。观察到71%的Fe的金属回收是实现了在12%的白云石时，超出则该金属回收率降低。用在8%和14%之间变化的石灰石可以见到类似的结果的情况。表明金属的回收最大值为65%的时候是10%。和其它因素保持不变，增加白云石超过10%，金属回收率降低。
富铝渣被发现含有近42%的SiO2，11%-16%的CaO，10%-20%的MgO，3%-10%金属铁和5%-20%未减数的FeO。炉渣的X射线衍射分析，表明不同的化合物的峰，如上面所述。
除了在还原剂在电荷的比例，冶炼和炉渣的碱度的持续时间的影响也进行了评价。从图2可以指出，回收的百分比最初随着等离子熔炼操作的持续时间延长而提高。但继续延长冶炼操作，回收开始下滑。
时间对金属后回收的影响上升到一定的水平之后，它表现出相反的趋势，即熔融铁金属进入炉渣中。其它两个参数例如还原剂和磁通表现以类似的方式，即，金屬回收率提高到一定水平然后逐渐下落。因为高温和热传递，热等离子体冶炼过程中对其他的传统冶炼技术具有更短的反应时间优势。在热等离子体的情况下，没有任何制粒的需要处理红泥废物是可行的[7]。 4 結论
本文提出了一个利用赤泥废物的创新的方法。从目前研究得出的重要结论如下：
1.热等离子体技术成功地从赤泥废物制备出生铁，一步到位；
2.铁的最大回收率发现是71%，对应于最佳条件是的12%的白云石，最佳的冶炼时间约15分钟350克配料。
参考文献
[1] H.K. Chandwani， V. Vishwanathan， R.N. Goyal， and P.M.Prasad， Recovery of iron and metal values from red mud possibilities in Indian scenario， NML Tech. J.， 39（1997）， No.3，p.117.
[2] R. Kumar， J.P. Srivastava， and Premchand， Utilisation of iron values of red mud for metallurgical applications， Environ. Waste Manage.， 30（1998）， p.108.
[3] A. Agrawal， K.K. Sahu， and B.D. Pandey， Solid waste management in non-ferrous industries in India， Resour. Conserv. Recycl.， 42（2004）， p.99.
[4] M. Andrejcak and G. Soucy， Patent review of red mud treatment- product of Bayer process， Acta Metall. Slovaca，10（2004）， No.4， p.347.
[5] E. Er Beng and R. Apak， Furnace smelting and extractive metallurgy of red mud： recovery of TiO2， Al2O3 and pig iron， J. Chem. Technol. Biotechnol.， 70（1997）， p.241.
[6] M. Pourbaix， Atlas of Electrochemical Equilibria in Aqueous Solutions， National Association of Corrosion Engineers， Pergamon Press， Oxford， 1974.
[7] S.S. Rath， K. Jayasankar， B.K. Satapathy， B.K. Mishra， and P.S. Mukherjee， Kinetics and statistical behaviour of iron recovery from red mud using plasma arc furnace， High Temp.Mater. Process.， 30（2011）， p.211.