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鋁酸鈣爐渣冶金性能研究進(jìn)展

文檔作者：梁計(jì)育陳小紅文檔來源： 1．天津市大港油田天然氣公司 2．天津茂聯(lián)科技有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年03月05日
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文章編號：1672—1152(2013)03-0001—03
鋁酸鈣爐渣冶金性能研究進(jìn)展
梁計(jì)育t， 陳小紅z
(1．天津市大港油田天然氣公司， 天津300280；2．天津茂聯(lián)科技有限公司， 天津300400)
摘要：簡單介紹了爐渣在冶煉過程中的作用與重要性。分別對四元、五元、六元及六元以上鋁酸鈣爐渣冶金性
能的研究現(xiàn)狀歸納和總結(jié)。并提出了應(yīng)加強(qiáng)對高堿度、高元鋁酸鈣爐渣冶金性能的研究。
關(guān)鍵詞：赤泥鋁酸鈣爐渣COREX工藝 冶金性能
中圖分類號：TF534．3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2013—03—04
平果拜耳法赤泥因含大量的鐵和稀有金屬而具
有非常高的綜合利用價(jià)值 。目前，國內(nèi)外關(guān)于赤泥
的綜合利用的研究有很多2,3,4]，而應(yīng)用熔融還原煉鐵
技術(shù)COREX工藝處理平果赤泥，是有充分相關(guān)實(shí)
踐依據(jù)白勺[ 。通過COREX工藝還原熔煉回收鐵，還
原得到的鋁鈣熔渣濕磨溶出回收鋁、鈉，同時(shí)稀有金
屬在浸出渣中得到富集，以便進(jìn)一步回收，從而使這
三大冶金過程有機(jī)銜接在一起。而在這三大冶金過程
中，通過COREX工藝采用鋁酸鈣爐渣正常冶煉并獲
得合格生鐵及化學(xué)成分上適合于氧化鋁浸出的鋁酸
鈣爐渣是該工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。因此，對鋁酸鈣爐
渣渣系的冶金性能進(jìn)行研究具有十分重要的意義。
冶金爐渣是火法冶金中形成的以氧化物為主要
成分的多組分熔體，它是金屬提煉和精煉過程中，除
金屬熔體以外的另一產(chǎn) 6]。爐渣的主要作用是使
礦石和熔劑中的脈石和燃料中的灰分集中，并在高
溫下與主要的冶煉產(chǎn)物金屬、锍等分離 。俗話說
“煉鋼在于煉渣，好渣之下出好鋼”，生動說明了爐渣
在冶煉過程中起著非常重要的作用。通過控制爐渣
的化學(xué)成分、溫度及其所具有的物理化學(xué)性質(zhì)，如適
當(dāng)?shù)娜诨瘻囟?、較低的黏度和密度等，從而達(dá)到保證
冶煉操作順利進(jìn)行的目的。
鋁酸鈣爐渣的主要成分是CaO，A120，，SiO ，而
關(guān)于與CaO'A1 O 一SiO 三元渣系相關(guān)的研究已經(jīng)很
系統(tǒng)全面，因此主要對四元、五元、六元及六元以上
的鋁酸鈣爐渣渣系進(jìn)行概括總結(jié)，為下一步工作做
準(zhǔn)備。
作者簡介：梁計(jì)育(1983一)，男，天津市大港油田天然氣
公司，工程師。Te1：022-25972604，E-mail：liangjiyu2004@163．
1 四元鋁酸鈣爐渣渣系冶金性能
關(guān)于四元鋁酸鈣渣系的研究大都在
CaO—A1203一SiO2的基礎(chǔ)上分別加入MgO，TiO2，CaF2
等組元成分。
夏俊飛等8]建立了熔渣熔化溫度與熔渣堿度，
MgO含量和A1 0，含量的關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)隨著CaO含
量的增加，熔化溫度降低，熔化溫度和熔化熱焓增
大；隨著Si0 含量的增加，熔渣熔化溫度升高，熔化
區(qū)間增大。Ja-Yong CHOI等9]指出，在高 (A120，)
(13％)，低w(MgO)(4％～7％)渣型，入爐礦品位高，堿
度(m(CaO)Im(SiO ))為1．-1．3的條件下，當(dāng)
W (A120，)超過13％時(shí)，爐渣黏度隨著 (A120，)增加
而降低，直到w(A120 )達(dá)到約15％左右，爐渣黏度才
達(dá)到一個(gè)最低值。
郭興忠等加J系統(tǒng)地研究了CaO—A1 0，一SiO 一TiO：
四元中鈦型爐渣( (Ti0 )=5％～15％)的冶金性能，
研究表明：隨 (TiO )的增加，黏度增大，熔化性溫度
降低，爐渣脫硫能力降低；隨著堿度的升高，黏度降
低，熔化性溫度升高，爐渣脫硫能力增強(qiáng)；Mgo對黏
度的影響不大。隨 (MgO)的增加，熔化性溫度升
高，爐渣脫硫能力降低。
豆志河 “]通過計(jì)算CaO—A1 0，一CaFz-SiO2渣
系的的黏流活化能發(fā)現(xiàn)隨著caF2含量的增加以及
A1：0，含量的減少，熔渣的黏度降低。龍防等·2]通過調(diào)
整富A1 0 爐渣中的堿度與MgO含量以及添加少量
CaF 等措施，從而保證高爐生產(chǎn)合適的爐渣黏度。
2 五元鋁酸鈣爐渣渣系冶金性能
李瑾等 3]利用正交試驗(yàn)對CaO—A1203-_SiOrM 一
caF2渣的熔點(diǎn)進(jìn)行研究，最終得到各組分的最佳含
量為：R2=7，w(A1203)=25％，w(MgO)=7％， (CaF2)=6％。
豆志河等 4]對CaF2-CaO—A1203一MgO—SiO 五元精煉
山西冶金
E—mail：veiinsx@126．corn
第36卷
渣系性能研究則認(rèn)為：當(dāng)m(CaO)／m(A1 03)一定時(shí)，
隨著CaF2含量增加，SiO 含量減少，精煉渣的黏度
減小，電導(dǎo)率增大。
黃潤等-s]以水鋼低鈦渣 (TiO )<5％)為原料
進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，黏度與堿度成正比，w(TiO：)在3％～4％
范圍內(nèi)時(shí)，能爐渣的黏度和溶化性溫度降低，TiO 含
量過高則會增大爐渣的黏度和熔化性溫度。
Amitabh Shankar等 胡對CaO—SiO2-MgO—A12O3一TiO2
渣系的黏度研究表明，當(dāng)堿度在O．46～0．8之間時(shí)，黏
度與堿度成反比；堿度固定為0．8，增加 (Ti0：)或者
減少w(SiO )都將減小爐渣的黏度。
祝貞學(xué)等"]在CaO—SiO2-A12O3一CaF 渣系中加
入BaO替代等量的CaO或加入B20 替代等量的
CaF ，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入BaO能提高爐渣的脫硫
率；Jm人B20，雖對脫硫性能無明顯影響，但B20 能
作為助溶劑加入到爐渣中，從而減小caF2對爐襯的
腐蝕和對環(huán)境的污染。
3 六元鋁酸鈣爐渣渣系冶金性能
劉承軍等18]采用二次回歸正交設(shè)計(jì)，分別研究
了黏度、結(jié)晶溫度、黏性活化能與堿度、NaO含量、CaF2
含量、Al20 含量、Mgo含量之間的關(guān)系，并得到相應(yīng)
的回歸方程，利用回歸方程為設(shè)計(jì)開發(fā)連鑄保護(hù)渣
提供了理論依據(jù)。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著堿度、NaO含量、
CaF2含量、MgO含量的增加，爐渣的黏度減小，黏性
活化能與黏度有相似的變化規(guī)律，并且MgO在減小
黏度的同時(shí)能降低結(jié)晶溫度。
GAO Yanhong等 對CaO—SiO2-BaO—CaF2-
A120 一MgO精煉渣的脫硫性能進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，堿
度和CaF：能明顯增加爐渣脫硫效率，A1 O，對脫硫
則有負(fù)面的影響，BaO由于其影響的復(fù)雜性，最優(yōu)含
量在6％～10％之間。
王成立等加]對含有堿金屬氧化物、TiO 的廣鋼
高爐渣黏度、熔化性溫度和脫硫能力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，
結(jié)果表明：含堿金屬爐渣的黏度、熔化性溫度比不含
堿金屬爐渣的低；當(dāng)堿金屬氧化物的含量小于0．9％，
尺 控制在0．96～1．06之間，W(A1 O，)<14％，w(MgO)
控制在12％ 15％之間時(shí)，爐渣具有較好的黏度、熔
化性溫度和脫硫性能。
4 六元以上鋁酸鈣爐渣渣系冶金性能
對于六元以上的鋁酸鈣爐渣渣系，由于渣系的
復(fù)雜性，對于其冶金性能的研究較少。
郝占全等 · 針對含鈦不銹鋼連鑄過程結(jié)晶器液
渣層中TiO 含量明顯增加的問題，研究了TiO 對不
同堿度保護(hù)渣的結(jié)晶溫度、熔化溫度、黏度和凝固溫
度的影響。結(jié)果表明： (TiO )的4．5％使堿度為0．85
爐渣的結(jié)晶溫度降低，繼續(xù)增加TiO 含量，結(jié)晶溫
度不再變化；堿度為1時(shí)，隨TiO 含量增加，結(jié)晶溫
度先降低后升高,w(TiO )=8％時(shí)，結(jié)晶溫度最低；w(TiO0
在0～12％范圍增加時(shí)，提高了保護(hù)渣的熔化溫度，降
低了保護(hù)渣的黏度和凝固溫度。
Bo Song等22]研究含Mn、P爐渣的熱力學(xué)行為
后發(fā)現(xiàn)，Mn在爐渣與鐵液間分配比例( №)隨著Fe 0
含量的增加、堿度的降低而增大；P在爐渣與鐵液間
分配比例( )隨著Fe O含量、堿度的增加而增大；
Al 0，的存在能明顯增大￡№， 。
張盟等矧基于離子和分子共存理論(IMCT)結(jié)
合CaO—Si02-MgO—FeO—Fe2O3一MnO—A12O3一P205煉鋼
渣系結(jié)構(gòu)單元或離子對的質(zhì)量作用濃度模型，建立
了頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼爐渣和鋼液間的磷分配比熱力
學(xué)模型；爐渣中的CaO+Fe O的綜合作用控制著煉鋼
過程中的脫磷反應(yīng)，其主要產(chǎn)物是3CaO·P20 和
4CaO·P2O5。
5 結(jié)語
隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，對爐渣的要求也
越來越高。因此，在前人的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)
和理論研究，對鋁酸鈣爐渣的冶金性能進(jìn)行深入、系
統(tǒng)全面的研究，從而找到適合冶煉的合理渣型，為熔
融還原煉鐵技術(shù)COREX工藝處理平果赤泥提供理
論指導(dǎo)。
參考文獻(xiàn)
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2001，8(3)：171—176．
張盟，段建平，張永亮，等．頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中
CaO—SiO2-MgO—FeO—Fe203一MnO—A120rP2 渣系與鋼液間的
磷分配比熱力學(xué)模型[G]．第十五屆(2011年)冶金反應(yīng)工程學(xué)
會議論文集。201 1：663—672．
(編輯：苗運(yùn)平)
Advance of M etallurgy Properties Research of Calcium
Aluminate Slag
LIANG Jiyu，CHEN Xiaohong
(1．Tianjin Dagang Oil Natural Gas Co．，Ti肌jin 300280，China；
2．Tianjin Maolian Technology Co．，Ltd．，Tianjin 300400，China)
Abstract：This article briefly discusses the role and importance of the slag in the smelting process．
And summarized the research of the four，five，six an d more than six yuan metallurgical properties of
calcium aluminate slag．Finally，the high alkalinity，the high element calcium aluminate slag
metallurgical properties should be strengthened in the future．
Key words：red mud，calcium aluminate slag，COREX process，metallurgcal property2蓋 SHANXI山 M西E冶TA金L LURGY NTo．t3al， 2104133
文章編號：1672—1152(2013)03-0001—03
鋁酸鈣爐渣冶金性能研究進(jìn)展
梁計(jì)育t， 陳小紅z
(1．天津市大港油田天然氣公司， 天津300280；2．天津茂聯(lián)科技有限公司， 天津300400)
摘要：簡單介紹了爐渣在冶煉過程中的作用與重要性。分別對四元、五元、六元及六元以上鋁酸鈣爐渣冶金性
能的研究現(xiàn)狀歸納和總結(jié)。并提出了應(yīng)加強(qiáng)對高堿度、高元鋁酸鈣爐渣冶金性能的研究。
關(guān)鍵詞：赤泥鋁酸鈣爐渣COREX工藝 冶金性能
中圖分類號：TF534．3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2013—03—04
平果拜耳法赤泥因含大量的鐵和稀有金屬而具
有非常高的綜合利用價(jià)值 。目前，國內(nèi)外關(guān)于赤泥
的綜合利用的研究有很多2,3,4]，而應(yīng)用熔融還原煉鐵
技術(shù)COREX工藝處理平果赤泥，是有充分相關(guān)實(shí)
踐依據(jù)白勺[ 。通過COREX工藝還原熔煉回收鐵，還
原得到的鋁鈣熔渣濕磨溶出回收鋁、鈉，同時(shí)稀有金
屬在浸出渣中得到富集，以便進(jìn)一步回收，從而使這
三大冶金過程有機(jī)銜接在一起。而在這三大冶金過程
中，通過COREX工藝采用鋁酸鈣爐渣正常冶煉并獲
得合格生鐵及化學(xué)成分上適合于氧化鋁浸出的鋁酸
鈣爐渣是該工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。因此，對鋁酸鈣爐
渣渣系的冶金性能進(jìn)行研究具有十分重要的意義。
冶金爐渣是火法冶金中形成的以氧化物為主要
成分的多組分熔體，它是金屬提煉和精煉過程中，除
金屬熔體以外的另一產(chǎn) 6]。爐渣的主要作用是使
礦石和熔劑中的脈石和燃料中的灰分集中，并在高
溫下與主要的冶煉產(chǎn)物金屬、锍等分離 。俗話說
“煉鋼在于煉渣，好渣之下出好鋼”，生動說明了爐渣
在冶煉過程中起著非常重要的作用。通過控制爐渣
的化學(xué)成分、溫度及其所具有的物理化學(xué)性質(zhì)，如適
當(dāng)?shù)娜诨瘻囟?、較低的黏度和密度等，從而達(dá)到保證
冶煉操作順利進(jìn)行的目的。
鋁酸鈣爐渣的主要成分是CaO，A120，，SiO ，而
關(guān)于與CaO'A1 O 一SiO 三元渣系相關(guān)的研究已經(jīng)很
系統(tǒng)全面，因此主要對四元、五元、六元及六元以上
的鋁酸鈣爐渣渣系進(jìn)行概括總結(jié)，為下一步工作做
準(zhǔn)備。
作者簡介：梁計(jì)育(1983一)，男，天津市大港油田天然氣
公司，工程師。Te1：022-25972604，E-mail：liangjiyu2004@163．
1 四元鋁酸鈣爐渣渣系冶金性能
關(guān)于四元鋁酸鈣渣系的研究大都在
CaO—A1203一SiO2的基礎(chǔ)上分別加入MgO，TiO2，CaF2
等組元成分。
夏俊飛等8]建立了熔渣熔化溫度與熔渣堿度，
MgO含量和A1 0，含量的關(guān)系式，發(fā)現(xiàn)隨著CaO含
量的增加，熔化溫度降低，熔化溫度和熔化熱焓增
大；隨著Si0 含量的增加，熔渣熔化溫度升高，熔化
區(qū)間增大。Ja-Yong CHOI等9]指出，在高 (A120，)
(13％)，低w(MgO)(4％～7％)渣型，入爐礦品位高，堿
度(m(CaO)Im(SiO ))為1．-1．3的條件下，當(dāng)
W (A120，)超過13％時(shí)，爐渣黏度隨著 (A120，)增加
而降低，直到w(A120 )達(dá)到約15％左右，爐渣黏度才
達(dá)到一個(gè)最低值。
郭興忠等加J系統(tǒng)地研究了CaO—A1 0，一SiO 一TiO：
四元中鈦型爐渣( (Ti0 )=5％～15％)的冶金性能，
研究表明：隨 (TiO )的增加，黏度增大，熔化性溫度
降低，爐渣脫硫能力降低；隨著堿度的升高，黏度降
低，熔化性溫度升高，爐渣脫硫能力增強(qiáng)；Mgo對黏
度的影響不大。隨 (MgO)的增加，熔化性溫度升
高，爐渣脫硫能力降低。
豆志河 “]通過計(jì)算CaO—A1 0，一CaFz-SiO2渣
系的的黏流活化能發(fā)現(xiàn)隨著caF2含量的增加以及
A1：0，含量的減少，熔渣的黏度降低。龍防等·2]通過調(diào)
整富A1 0 爐渣中的堿度與MgO含量以及添加少量
CaF 等措施，從而保證高爐生產(chǎn)合適的爐渣黏度。
2 五元鋁酸鈣爐渣渣系冶金性能
李瑾等 3]利用正交試驗(yàn)對CaO—A1203-_SiOrM 一
caF2渣的熔點(diǎn)進(jìn)行研究，最終得到各組分的最佳含
量為：R2=7，w(A1203)=25％，w(MgO)=7％， (CaF2)=6％。
豆志河等 4]對CaF2-CaO—A1203一MgO—SiO 五元精煉
山西冶金
E—mail：veiinsx@126．corn
第36卷
渣系性能研究則認(rèn)為：當(dāng)m(CaO)／m(A1 03)一定時(shí)，
隨著CaF2含量增加，SiO 含量減少，精煉渣的黏度
減小，電導(dǎo)率增大。
黃潤等-s]以水鋼低鈦渣 (TiO )<5％)為原料
進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，黏度與堿度成正比，w(TiO：)在3％～4％
范圍內(nèi)時(shí)，能爐渣的黏度和溶化性溫度降低，TiO 含
量過高則會增大爐渣的黏度和熔化性溫度。
Amitabh Shankar等 胡對CaO—SiO2-MgO—A12O3一TiO2
渣系的黏度研究表明，當(dāng)堿度在O．46～0．8之間時(shí)，黏
度與堿度成反比；堿度固定為0．8，增加 (Ti0：)或者
減少w(SiO )都將減小爐渣的黏度。
祝貞學(xué)等"]在CaO—SiO2-A12O3一CaF 渣系中加
入BaO替代等量的CaO或加入B20 替代等量的
CaF ，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加入BaO能提高爐渣的脫硫
率；Jm人B20，雖對脫硫性能無明顯影響，但B20 能
作為助溶劑加入到爐渣中，從而減小caF2對爐襯的
腐蝕和對環(huán)境的污染。
3 六元鋁酸鈣爐渣渣系冶金性能
劉承軍等18]采用二次回歸正交設(shè)計(jì)，分別研究
了黏度、結(jié)晶溫度、黏性活化能與堿度、NaO含量、CaF2
含量、Al20 含量、Mgo含量之間的關(guān)系，并得到相應(yīng)
的回歸方程，利用回歸方程為設(shè)計(jì)開發(fā)連鑄保護(hù)渣
提供了理論依據(jù)。研究還發(fā)現(xiàn)，隨著堿度、NaO含量、
CaF2含量、MgO含量的增加，爐渣的黏度減小，黏性
活化能與黏度有相似的變化規(guī)律，并且MgO在減小
黏度的同時(shí)能降低結(jié)晶溫度。
GAO Yanhong等 對CaO—SiO2-BaO—CaF2-
A120 一MgO精煉渣的脫硫性能進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，堿
度和CaF：能明顯增加爐渣脫硫效率，A1 O，對脫硫
則有負(fù)面的影響，BaO由于其影響的復(fù)雜性，最優(yōu)含
量在6％～10％之間。
王成立等加]對含有堿金屬氧化物、TiO 的廣鋼
高爐渣黏度、熔化性溫度和脫硫能力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，
結(jié)果表明：含堿金屬爐渣的黏度、熔化性溫度比不含
堿金屬爐渣的低；當(dāng)堿金屬氧化物的含量小于0．9％，
尺 控制在0．96～1．06之間，W(A1 O，)<14％，w(MgO)
控制在12％ 15％之間時(shí)，爐渣具有較好的黏度、熔
化性溫度和脫硫性能。
4 六元以上鋁酸鈣爐渣渣系冶金性能
對于六元以上的鋁酸鈣爐渣渣系，由于渣系的
復(fù)雜性，對于其冶金性能的研究較少。
郝占全等 · 針對含鈦不銹鋼連鑄過程結(jié)晶器液
渣層中TiO 含量明顯增加的問題，研究了TiO 對不
同堿度保護(hù)渣的結(jié)晶溫度、熔化溫度、黏度和凝固溫
度的影響。結(jié)果表明： (TiO )的4．5％使堿度為0．85
爐渣的結(jié)晶溫度降低，繼續(xù)增加TiO 含量，結(jié)晶溫
度不再變化；堿度為1時(shí)，隨TiO 含量增加，結(jié)晶溫
度先降低后升高,w(TiO )=8％時(shí)，結(jié)晶溫度最低；w(TiO0
在0～12％范圍增加時(shí)，提高了保護(hù)渣的熔化溫度，降
低了保護(hù)渣的黏度和凝固溫度。
Bo Song等22]研究含Mn、P爐渣的熱力學(xué)行為
后發(fā)現(xiàn)，Mn在爐渣與鐵液間分配比例( №)隨著Fe 0
含量的增加、堿度的降低而增大；P在爐渣與鐵液間
分配比例( )隨著Fe O含量、堿度的增加而增大；
Al 0，的存在能明顯增大￡№， 。
張盟等矧基于離子和分子共存理論(IMCT)結(jié)
合CaO—Si02-MgO—FeO—Fe2O3一MnO—A12O3一P205煉鋼
渣系結(jié)構(gòu)單元或離子對的質(zhì)量作用濃度模型，建立
了頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼爐渣和鋼液間的磷分配比熱力
學(xué)模型；爐渣中的CaO+Fe O的綜合作用控制著煉鋼
過程中的脫磷反應(yīng)，其主要產(chǎn)物是3CaO·P20 和
4CaO·P2O5。
5 結(jié)語
隨著時(shí)代的進(jìn)步和技術(shù)的發(fā)展，對爐渣的要求也
越來越高。因此，在前人的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)
和理論研究，對鋁酸鈣爐渣的冶金性能進(jìn)行深入、系
統(tǒng)全面的研究，從而找到適合冶煉的合理渣型，為熔
融還原煉鐵技術(shù)COREX工藝處理平果赤泥提供理
論指導(dǎo)。
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(編輯：苗運(yùn)平)
Advance of M etallurgy Properties Research of Calcium
Aluminate Slag
LIANG Jiyu，CHEN Xiaohong
(1．Tianjin Dagang Oil Natural Gas Co．，Ti肌jin 300280，China；
2．Tianjin Maolian Technology Co．，Ltd．，Tianjin 300400，China)
Abstract：This article briefly discusses the role and importance of the slag in the smelting process．
And summarized the research of the four，five，six an d more than six yuan metallurgical properties of
calcium aluminate slag．Finally，the high alkalinity，the high element calcium aluminate slag
metallurgical properties should be strengthened in the future．
Key words：red mud，calcium aluminate slag，COREX process，metallurgcal property

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