过程工程学报 ›› 2026, Vol. 26 ›› Issue (6): 672-681.DOI: 10.12034/j.issn.1009-606X.225289
陆晓杰1, 薛佳佳2, 刘子薇2, 詹雯钧2, 吕诚立2, 王广斌3, 刘腾轼1,2*, 董瀚1,2
Xiaojie LU1, Jiajia XUE2, Ziwei LIU2, Wenjun ZHAN2, Chengli LÜ2, Guangbin WANG3, #br# Tengshi LIU1,2*, Han DONG1,2
摘要: 为实现赤泥中铁资源的高效清洁回收,针对氧化铝工业产生的大宗危险固体废弃物——赤泥所面临的资源化难题,本研究提出了一种“氢气还原-电弧熔分”相结合的新型处理工艺。以拜耳法赤泥为原料,系统研究了在氢气气氛下,还原温度(500~1100℃)对铁氧化物相变行为及金属化率的影响,并借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)和热重-差热分析(TG-DSC)对还原产物进行表征。结果表明,赤泥中Fe2O3的氢气还原路径遵循Fe2O3→Fe3O4→Fe的逐步转化过程,其中Fe3O4还原为金属铁为主控吸热反应,其反应速率峰值出现在约760℃。还原温度是决定金属化率的关键因素,在1100℃下还原2 h后,金属铁含量达到42.9wt%,对应金属化率为91.5%。微观结构分析表明,在1100℃下金属铁颗粒经表面扩散与晶界扩散发生显著烧结,形成连续多孔的铁相网络,属于固态烧结中期的典型特征。该相互连接的铁结构极大缩短了后续熔分过程中铁液滴聚合所需的扩散距离。通过对还原产物在1800℃进行电弧熔分,成功实现了铁与渣的高效分离,并获得铁纯度高达98.000wt%的重熔铁产品。本研究为赤泥的大规模资源化利用及低碳冶金提供了一条绿色、高效的新途径。