·1332· 工程科学学报，第39卷，第9期 Bayer red mud at a lower temperature,which is about 200C lower than that of coal-based reduction. KEY WORDS biomass;pulverized coal;high-iron Bayer process red mud;roasting;pyrolysis 赤泥是氧化铝在生产过程中排出的固体废渣，具 同时煤基培烧还原使得产品硫含量超标，脱硫成本高： 有强碱性]，因含大量氧化铁呈红色故被称为赤泥 燃煤产生的大气污染以及碳排放已经成为当前社会关 赤泥主要组份是Si02、Ca0、Fe,03、Al,03、Na,0等，此 注的重点问题 外还含灼碱成分和微量有色金属等].因矿石品位、 随着环境的日益恶化，全国大范围雾霾化程度加 生产方法和技术水平的不同，大多数生产厂每生产1t 重，人们逐渐认识到新型清洁能源的重要性.生物质 氧化铝要排放0.8~1.5t的赤泥，近年来随着矿石 能源是近年来人们较为关注的一种新型能源.众所周 品位不断下降每生产1t要排放1.0~2.0t的赤泥.我 知生物质是地球上最广泛存在的物质，它包括所有动 国氧化铝厂大多采用露天筑坝的方式堆存赤泥，这种 物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和 方式不仅浪费赤泥中的金属资源而且占用大量的土 代谢的许多有机质).生物质有许多优点，例如，生物 地，赤泥中的碱会渗透到地下造成土壤和地下水污染， 质分布广泛，远比石油、煤炭等化石燃料丰富，并且可 裸露在地表的赤泥容易风化污染空气，对人类的健康 以再生：生物质是一种清洁能源，有利于环境的保护； 造成极大危害).2016年底我国氧化铝产量6090.5 从生物质能资源中提取或转化得到的能源载体更具有 万t,2017年氧化铝新增产能615万t,全年来看预计 市场竞争力.它不仅清洁可再生而且具有碳中和 氧化铝供应量为7130万，赤泥排放量预计将达 性[).生物质由纤维素、半纤维素、木质素等构成，其 8000万t左右，其中近一半为高铁拜耳法赤泥.近年 主要组成元素为C、H、O、N、S和少量灰分.通过热化 来，我国出台了一系列赤泥综合利用的政策文件和鼓 学转换技术（生物质气化和生物质热解）可以将生物 励措施，“十二五”初，科技部联合发改委、环保部等部 质转换为具有还原性质的固体产物（木炭）、液体产物 门制定了《废物资源化科技工程“十二五”专项规划》； (焦油)和气体产物（一氧化碳、氢气、甲烷等）.目 国家发展改革委于2011年发布了《“十二五”资源综 前越来越多的研究人员开始关注生物质能在工业中的 合利用指导意见》和《大宗固体废物综合利用实施方 应用.汪永斌等]利用褐煤和生物质处理褐铁矿时 案》，明确提出加快共性关键技术研发，实现赤泥科学 发现生物质磁选效果比褐煤好而且温度较褐煤在750 高效利用，重点发展赤泥提取有用组分生产建材) ℃时低100℃.本文将通过对生物质进行热化学转换 Paredes等I)以赤泥为原料制备了3种铁基催化剂 (生物质热解技术)利用生物质炭和还原挥发性产物 (RM、ARM、和PARM)用于甲烷的催化燃烧，研究其催 (焦油和气体)在中低温下处理拜耳法赤泥将弱磁性 化活性和稳定性.目前国内采用传统的煤基还原赤泥 或者非磁性铁氧化物转化为强磁性铁氧化物对生物质 提铁，经850℃焙烧40~50min后磁选得到铁品位 基代替煤基还原剂中低温下磁化还原拜耳法赤泥进行 60%左右，铁回收率96.6%的铁精矿.煤基还原相对 理论及工艺研究 于氢气、一氧化碳等气体还原价格更加的便宜，而且煤 1试验原料及研究方法 基还原对设备要求不高，因此国内普遍采用煤基磁化 焙烧还原方法.但是煤基焙烧还原温度一般在800~ 1.1试验原料 1000℃之间，这个温度磁化还原赤泥容易发生过还 试验所用赤泥为中国铝业山东分公司高铁拜耳法 原，而且能耗较高：煤炭中的灰分和硫含量普遍很高， 赤泥，经烘干粉磨后得粒径小于0.08mm的细粉，利用 同时煤中存在的灰分(SiO,和L,0,)会在高温下与铁 X射线荧光分析(XF)对赤泥化学成分进行分析结果 矿石中铁氧化物生成低熔点物质，降低焙烧矿的质量. 如表1所示 表1赤泥主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical composition of red mud 邮 Fe203 Na,0 Mgo A203 Si02 P305 S03 K,0 Ca0 TiO, 烧失量 37.98 12.08 0.23 22.79 19.12 0.21 1.00 0.24 2.60 3.24 4.62 试验所用生物质为松木锯末，取自北京市昌平区 进行分析，分析结果如表2. 某木材加工厂.将所选原料经自然风干、破碎，然后烘 试验所用的煤基还原剂是烟煤，取自石家庄，将所 干(105℃)后经粒径小于0.25mm的筛子筛分.生物 用烟煤烘干(105℃)、破碎、磨粉后得到粒径小于 质的元素分析根据标准GB/T212一2001和TB/T214一 0.08mm的烟煤.对烟煤的成分进行了分析，分析结 2001进行分析，工业分析按照ASTME1755一95标准 果如表3.工程科学学报,第 39 卷,第 9 期 Bayer red mud at a lower temperature, which is about 200 益 lower than that of coal鄄based reduction. KEY WORDS biomass; pulverized coal; high鄄iron Bayer process red mud; roasting; pyrolysis 赤泥是氧化铝在生产过程中排出的固体废渣,具 有强碱性[1鄄鄄2] ,因含大量氧化铁呈红色故被称为赤泥. 赤泥主要组份是 SiO2 、CaO、Fe2O3 、Al 2 O3 、Na2 O 等,此 外还含灼碱成分和微量有色金属等[3] . 因矿石品位、 生产方法和技术水平的不同,大多数生产厂每生产 1 t 氧化铝要排放 0郾 8 ~ 1郾 5 t 的赤泥[4] ,近年来随着矿石 品位不断下降每生产 1 t 要排放 1郾 0 ~ 2郾 0 t 的赤泥. 我 国氧化铝厂大多采用露天筑坝的方式堆存赤泥,这种 方式不仅浪费赤泥中的金属资源而且占用大量的土 地,赤泥中的碱会渗透到地下造成土壤和地下水污染, 裸露在地表的赤泥容易风化污染空气,对人类的健康 造成极大危害[5] . 2016 年底我国氧化铝产量 6090郾 5 万 t,2017 年氧化铝新增产能 615 万 t,全年来看预计 氧化铝供应量为 7130 万 t [6] ,赤泥排放量预计将达 8000 万 t 左右,其中近一半为高铁拜耳法赤泥. 近年 来,我国出台了一系列赤泥综合利用的政策文件和鼓 励措施,“十二五冶初,科技部联合发改委、环保部等部 门制定了《废物资源化科技工程“十二五冶专项规划》; 国家发展改革委于 2011 年发布了《“十二五冶资源综 合利用指导意见》 和《大宗固体废物综合利用实施方 案》,明确提出加快共性关键技术研发,实现赤泥科学 高效利用,重点发展赤泥提取有用组分生产建材[7] . Paredes 等[8]以赤泥为原料制备了 3 种铁基催化剂 (RM、ARM、和 PARM)用于甲烷的催化燃烧,研究其催 化活性和稳定性. 目前国内采用传统的煤基还原赤泥 提铁,经 850 益 焙烧 40 ~ 50 min 后磁选得到铁品位 60% 左右,铁回收率 96郾 6% 的铁精矿. 煤基还原相对 于氢气、一氧化碳等气体还原价格更加的便宜,而且煤 基还原对设备要求不高,因此国内普遍采用煤基磁化 焙烧还原方法. 但是煤基焙烧还原温度一般在 800 ~ 1000 益之间,这个温度磁化还原赤泥容易发生过还 原,而且能耗较高;煤炭中的灰分和硫含量普遍很高, 同时煤中存在的灰分( SiO2和 Al 2O3 )会在高温下与铁 矿石中铁氧化物生成低熔点物质,降低焙烧矿的质量. 同时煤基焙烧还原使得产品硫含量超标,脱硫成本高; 燃煤产生的大气污染以及碳排放已经成为当前社会关 注的重点问题. 随着环境的日益恶化,全国大范围雾霾化程度加 重,人们逐渐认识到新型清洁能源的重要性. 生物质 能源是近年来人们较为关注的一种新型能源. 众所周 知生物质是地球上最广泛存在的物质,它包括所有动 物、植物和微生物以及由这些有生命物质派生、排泄和 代谢的许多有机质[9] . 生物质有许多优点,例如,生物 质分布广泛,远比石油、煤炭等化石燃料丰富,并且可 以再生;生物质是一种清洁能源,有利于环境的保护; 从生物质能资源中提取或转化得到的能源载体更具有 市场竞争力. 它不仅清洁可再生而且具有碳中和 性[10] . 生物质由纤维素、半纤维素、木质素等构成,其 主要组成元素为 C、H、O、N、S 和少量灰分. 通过热化 学转换技术(生物质气化和生物质热解) 可以将生物 质转换为具有还原性质的固体产物(木炭)、液体产物 (焦油)和气体产物(一氧化碳、氢气、甲烷等) [11] . 目 前越来越多的研究人员开始关注生物质能在工业中的 应用. 汪永斌等[12] 利用褐煤和生物质处理褐铁矿时 发现生物质磁选效果比褐煤好而且温度较褐煤在 750 益时低 100 益 . 本文将通过对生物质进行热化学转换 (生物质热解技术) 利用生物质炭和还原挥发性产物 (焦油和气体) 在中低温下处理拜耳法赤泥将弱磁性 或者非磁性铁氧化物转化为强磁性铁氧化物对生物质 基代替煤基还原剂中低温下磁化还原拜耳法赤泥进行 理论及工艺研究. 1 试验原料及研究方法 1郾 1 试验原料 试验所用赤泥为中国铝业山东分公司高铁拜耳法 赤泥,经烘干粉磨后得粒径小于 0郾 08 mm 的细粉,利用 X 射线荧光分析(XRF)对赤泥化学成分进行分析结果 如表 1 所示. 表 1 赤泥主要化学成分(质量分数) Table 1 Main chemical composition of red mud % Fe2O3 Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO3 K2O CaO TiO2 烧失量 37郾 98 12郾 08 0郾 23 22郾 79 19郾 12 0郾 21 1郾 00 0郾 24 2郾 60 3郾 24 4郾 62 试验所用生物质为松木锯末,取自北京市昌平区 某木材加工厂. 将所选原料经自然风干、破碎,然后烘 干(105 益 )后经粒径小于 0郾 25 mm 的筛子筛分. 生物 质的元素分析根据标准 GB/ T212—2001 和 TB/ T214— 2001 进行分析,工业分析按照 ASTME1755—95 标准 进行分析,分析结果如表 2. 试验所用的煤基还原剂是烟煤,取自石家庄,将所 用烟煤烘干 ( 105 益 )、 破 碎、 磨 粉 后 得 到 粒 径 小 于 0郾 08 mm 的烟煤. 对烟煤的成分进行了分析,分析结 果如表 3. ·1332·