农业废弃物甘蔗渣促进赤铁矿磁化转化的创新工艺及其在铝工业可持续发展中的应用

针对高铁铝土矿处理过程中赤铁矿(Fe2O3)磁性弱导致铁回收率低的问题，研究人员创新性地利用甘蔗渣作为还原剂，在模拟拜耳法(Bayer process)280℃碱性体系中实现赤铁矿向磁铁矿(Fe3O4)的高效转化（还原率95.41%），同步提升氧化铝回收率至89.11%。该研究为赤泥资源化处置提供了经济可行的解决方案，推动铝工业绿色转型。

　　

随着中国氧化铝产量占据全球60%的份额，高铁铝土矿的大量进口带来严峻的赤泥堆积问题——每生产1吨氧化铝就产生1-2吨赤泥，其中含铁矿物主要以弱磁性的赤铁矿形式存在。截至2024年，全球赤泥堆存量已突破40亿吨，中国占比达40%，不仅占用大量土地，更存在溃坝风险。传统磁选法对赤铁矿回收效率低下，而现有还原工艺又面临成本过高难题，这成为制约铝工业可持续发展的关键瓶颈。

东北大学（ Northeastern University，根据国内惯例翻译）张廷安团队创新性地将目光投向制糖业废弃物甘蔗渣。这种在广西（中国主要氧化铝产区）年产量巨大的农业废弃物，通常被简单焚烧处理。研究人员发现其富含的有机质可在碱性体系中作为理想还原剂，通过系统性实验证明：在模拟拜耳法条件下（Na₂O浓度240 g/L、液固比4:1），当温度升至280℃、甘蔗渣与赤铁矿质量比达1:4时，仅需60分钟即可实现95.41%的赤铁矿转化率。借助X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)等表征手段，首次揭示了甘蔗渣热解产生的活性基团与赤铁矿的相互作用机制。

主要技术方法
研究团队构建模拟拜耳法反应体系，通过控制温度（220-300℃）、碱浓度（200-280 g/L Na₂O）等变量，结合气相色谱-质谱联用(GC-MS)追踪甘蔗渣热解产物；采用振动样品磁强计(VSM)定量磁铁矿转化率，激光粒度分析仪(LPSA)和静态沉降-ζ电位分析(SSZPA)表征矿物表面特性差异。

关键研究发现

1. 温度效应：280℃时磁化率突增至65.3 emu/g，SEM显示赤铁矿晶体由板状重构为立方体磁铁矿（图5）
2. 剂量优化：甘蔗渣添加量超过20%时，还原效率提升斜率趋缓（图6）
3. 协同机制：脱硅产物(DSP)与新生磁铁矿表面ζ电位差达-15.6 mV，促进矿物解离
4. 工业验证：实际高铁铝土矿处理中，氧化铝回收率与赤铁矿还原率同步提升至89.11%和87.15%

该研究开创了"以废治废"的新范式：既解决了甘蔗渣焚烧污染，又大幅降低赤泥铁回收成本（较铁粉还原法降低83%）。通过碱性热还原过程中矿物相定向调控，实现了铝铁资源的协同提取，为《赤泥资源化利用专项行动方案》提出的2027年15%利用率目标提供了关键技术支撑。研究团队特别指出，该方法可直接整合至现有拜耳法生产线，无需新增设备，具有显著的工业化应用前景。未来研究将聚焦甘蔗渣衍生还原剂的标准化制备，以及磁选后尾渣在建材领域的增值利用途径。