从赤泥中提取钛的试验研究

李亮星，黄茜琳

（江西理工大学建筑与资源工程系（南昌校区），江西南昌 330013）

铝土矿生产氧化铝产生的赤泥中通常含有铁、钛、钪等有价金属。目前，富矿赤泥几乎作为固体废弃物堆存，不仅污染环境也造成资源浪费［1］。因此，研究了以某氧化铝厂赤泥为原料，采用浓硫酸分解法回收有价金属钛［2－3］，主要考察酸渣质量比、酸解温度、酸解时间、浸出时间及浸出液固体积质量比对钛浸出率的影响，确定了合理工艺条件。

1 试验部分

1.1 试验原料

试验原料为某氧化铝厂的副产物赤泥经盐酸处理后的浸出渣，其中主要金属元素质量分数分别为Fe 2.7%，Ca 13.65%，Al 14.17%，Ti 28.4%；钛主要以钙钛矿（Ca TiO3）和铁与钛氧化物复合（Fe2TiO4）形式存在。

1.2 试验原理

赤泥中铁的质量分数较高，在提取钛之前首先用低浓度的盐酸溶液浸出赤泥，将其中的铁溶解入浸出液中，而钛不被溶解，以Ca TiO3形式留在浸出渣中。用浓硫酸分解含钛浸出渣，钛则转变为易溶的TiOSO4·2H2O水合物，水浸后钛进入溶液而大部分杂质留在浸出渣中，从而实现钛与杂质的有效分离。主要反应式如下：

1.3 试验方法

将赤泥盐酸浸出渣和浓硫酸按一定比例在烧杯中搅拌均匀调成浆，加热至反应所需温度时开始计时，到达反应时间后取出冷却，加入一定量的水搅拌浸出，过滤后分析浸出液中钛的质量浓度，计算钛浸出率。

2 结果与讨论

2.1 酸渣质量比对钛浸出率的影响

酸渣质量比即浓硫酸的质量与渣的质量比。试验中渣的质量固定，改变浓硫酸的用量。取赤泥的盐酸浸出渣30 g，在200℃、酸解时间2 h、水浸液固体积质量比10∶1、浸出时间2 h条件下，考察酸渣质量比对钛浸出率的影响，试验结果如图1所示。

图1 酸渣质量比对钛浸出率的影响

从图1看出，当酸渣质量比在1.0～1.8之间时，随酸渣质量比增大，钛浸出率提高。但酸渣质量比过大，剩余酸量较多，浸出液中酸浓度较高，给后期钛液的水解造成困难，不利于钛的回收，因此试验确定适宜的酸渣质量比为1.4∶1，此时钛浸出率在89%以上。

2.2 酸解温度对钛浸出率的影响

在酸渣质量比为1.4∶1、酸解时间2 h、水浸液固体积质量比10∶1、浸出时间2 h条件下，酸解温度对钛浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 酸解温度对钛浸出率的影响

从图2看出：酸解温度显著影响钛浸出率：随酸解温度升高，钛浸出率明显升高；当酸解温度为300℃时，钛浸出率达到95%以上。从物相分析结果看出，赤泥中的大部分钛是以钙钛矿形式存在，而钙钛矿是一种难分解的物质，在常温下很难分解；但温度过高，硫酸挥发程度增大，所以确定酸解温度以300℃为宜。

2.3 酸解时间对钛浸出率的影响

在酸解温度300℃、水浸液固体积质量比为10∶1、浸出时间2 h条件下，酸解时间对钛浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 酸解时间对钛浸出率的影响

从图3看出：随酸解时间延长，钛浸出率升高；当酸解时间为2.0 h时，钛浸出率达97%以上；再继续延长酸解时间，钛浸出率提高幅度不大。因此，酸解时间控制在2.0 h以内为宜。

2.4 浸出时间对钛浸出率的影响

在酸解温度300℃、酸解时间2 h，水浸液固体积质量比10∶1条件下，浸出时间对钛浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 浸出时间对钛浸出率的影响

从图4看出：随浸出时间延长，钛浸出率略有提高；浸出时间为0.5 h时，钛浸出率为94.5%；浸出时间为1.5 h时，钛浸出率为96.7%；之后，钛浸出率提高幅度不大。综合考虑，选择浸出时间为1.5 h。

2.5 水浸液固质量体积比对钛浸出率的影响

在酸解温度300℃、酸解时间2.0 h、浸出时间1.5 h条件下，水浸液固体积质量比对钛浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 液固体积质量比对钛浸出率的影响

从图5看出，水浸时液固体积质量比的变化对钛浸出率影响不大。这是因为经过浓硫酸酸化后的固体产物比较疏松，钛的硫酸盐很容易被水浸出；但液固体积质量比不能太小，否则液体无法全部覆盖固体物；液固体积质量比过大，浸出液中钛的浓度较低，稳定性好，不易水解，给钛液水解回收钛带来一定的难度。综合考虑，水浸时，固液体积质量比以10∶1较为适宜。

2.6 赤泥盐酸浸出渣的酸解正交试验

采用L9（34）正交试验，因素为酸解温度、酸解时间、浸出时间和水浸液固比。每次试验取盐酸浸出渣30 g；取酸解浸出液分析其中钛的质量浓度，计算钛浸出率；浸出渣烘干后称量质量。试验结果见表1。

表1 硫酸酸解试验结果

从表1看出，影响钛浸出率的4个因素中，酸解温度的极差最大（8.74），说明酸解温度的变化对钛浸出率影响最大，是影响钛浸出的主要因素。影响钛浸出率的各因素顺序为：酸解温度＞酸解时间＞浸出时间＞水浸液固体积质量比。A3B2C1D2为试验条件下的最佳搭配，即酸解温度300℃，酸解时间为2.0 h，浸出时间为1.0～1.5 h，水浸液固比10∶1，在此条件下进行3次重复试验，得到钛浸出率平均为97%，浸出液中钛质量浓度为29.9 g／L。

3 结论

1）氧化铝厂赤泥中的钛主要以钙钛矿形式和铁与钛氧化物复合形式存在，其中钛经浓硫酸分解后可以TiOSO4·2 H2O形式进入溶液。

2）采用硫酸法提取赤泥酸浸渣中的钛是可行的，具有一定的社会效益和经济效益；但钛液中的铝含量较高，给钛液的水解造成一定困难。因此，从钛液中如何彻底脱铝还有待进一步研究。

3）酸解温度对钛浸出率影响较大，酸解法最佳条件为：酸渣质量比1.4∶1，酸解温度300℃，酸解时间2.0 h，浸出时间1.0～1.5 h，水浸液固体积质量比10∶1。最佳条件下，钛浸出率为97%，浸出液中钛质量浓度29.9 g／L。

［1］ 刘淑清.浅议赤泥的综合利用［J］.轻金属，2010（7）：26-28.

［2］ 孙道兴.赤泥脱碱处理和有价金属钛钪提取的研究［J］.无机盐工业，2008，40（10）：49-52.

［3］ 廖春发，姜平国，焦云芬，等.赤泥中钛硫酸浸出的工艺条件及动力学研究［J］.矿业研究与开发，2008（2）：45-47.