盐酸浸出赤泥分离有价金属的工艺研究

姜平国，廖春发

(1.北京科技大学冶金与生态工程学院，北京 100083；2.江西理工大学材料与化学工程学院，江西 赣州 341000)

目前，赤泥的堆存已成为制约企业发展的瓶颈，赤泥的堆放对生态环境和人类的生活也存在潜在的严重威胁。赤泥中含有丰富的有价元素，特别是由二组份富矿熟料烧成工艺产生的赤泥[1]，由于赤泥产出率由高钙配方的38%降为14%～20%，有价金属得到了很大程度的富集，其中赤泥中钪、钛、铁、铝含量提高一倍以上，具有较好的提取价值。尤其在金属矿产资源日益减少、趋向枯竭和倡导节能减排，发展循环经济，建设节约型社会的情况下，从赤泥中综合回收各有价金属，具有重要现实意义。

1 实验

1.1 实验原料

实验用的赤泥成分分析结果如表1所示。

从赤泥的成分和物相[2]可以看出，由于Fe、Ca、Na多是以碱性氧化物的形式存在，而Si是以SiO2和硅酸盐的形式存在。我们在提取赤泥中的Fe、Al、Sc、Ti、Na等主要的元素方面做了大量的研究，选用盐酸浸出赤泥，易溶解Fe、Ca、Na、Sc的氧化物，而 Ti和Si很少溶于稀盐酸。赤泥中Fe、Na、K等元素占赤泥总量27%以上，Ti在浸出渣中含量会大幅提高。因此，选择盐酸浸出赤泥，可以初步分离Fe、Sc(在浸出液)和Ti(在渣中富集)，然后再从盐酸浸出液中回收Fe、Sc金属[3]。

因此，我们用盐酸浸出赤泥实验，研究赤泥中的Fe、Al、Sc、Ti、Na等主要的元素的分离状况。

1.2 实验

计算50g赤泥消耗的盐酸摩尔数：1.338mol，即为11mol/L浓盐酸体积用量：121.6mL，将定量的浓盐酸稀释成试验所需的浓度进行试验。

采用正交实验研究方法，找到合适的盐酸的浓度、浸出时间、浸出温度。确定盐酸为主要因素，然后再采用单因素实验研究方法，对盐酸的浓度、盐酸用算量、盐酸浸出时间进行单因素试验，得到最佳的工艺参数。

表1 赤泥成分分析

2 实验结果及讨论

2.1 盐酸浸出赤泥正交实验

选择三因素三水平正交试验(表2和表3)，找到合适的盐酸的浓度、浸出时间、浸出温度。

表2 正交试验因素-水平表

表3 正交试验表

浸出试验结果如表4所示。

从表4正交试验结果可以看出,Fe在渣中含量降低的幅度很大，Ti的提升幅度也很大，铝的浸出基本是一半。从实验结果可以看出，用低浓度的盐酸浸出赤泥，赤泥中的Ti基本不会溶解，盐酸的浓度是很重要的参数，浸出时间也比较重要，但是浸出温度影响不大。由于本次试验的盐酸浓度稍低(0.6mol/L、0.9mol/L、1.2mol/L)，从试验结果来看，采用低于1.2mol/L的盐酸浸出赤泥时，Fe3+很容易水解。试验证明盐酸的浓度高，有利于铁、钙等金属的浸出。但是，采用高浓度的盐酸浸出赤泥，赤泥当中的Si也会被盐酸浸出，浓度越高Si的浸出率也越高，形成硅酸，吸附金属离子，从而影响金属离子回收率。

根据赤泥盐酸浸出的试验研究结果，盐酸的浓度需要再进一步确定。希望Sc、Fe、Ca、Na的浸出率高，同时Ti的浸出率低。因此，有必要做盐酸浓度的单因素试验，考察Fe、Sc、Ti等元素的浸出率。由于前面试验结果得出温度对各元素的浸出率影响不大，因此，下面试验选择在室温下进行。

表4 浸出实验试样分析

2.2 盐酸浸出单因素试验

根据上述试验步骤，对盐酸的浓度、盐酸用算量、盐酸浸出时间进行单因素试验。

2.2.1 盐酸浓度对铁浸出率的影响

在室温下，每次称取赤泥50g进行试验，搅拌浸出3 h，考察盐酸浓度对铁浸出率的影响，盐酸的浸出浓度分别为：0.5mol/L、0.8mol/L、1.0mol/L、1.3mol/L、1.5mol/L、1.8mol/L、2.0mol/L、2.3mol/L、2.5mol/L、2.8mol/L、3.0mol/L。试验方案如表5所示。试验结果如表6所示。

表5 样品与盐酸浓度表

表6 盐酸浓度单因素试验结果

实验结果表明：在盐酸浓度低于1.0mol/L时，Fe3+会发生水解。在盐酸浓度高于2.3mol/L时，浸出液会生成硅酸。生成硅胶之后，溶液过滤比较困难，同时也给后面铁的萃取分离带来较大的难度。因此我们可以得出，盐酸的浓度必须选择在1.0～2.3mol/L之间。随着盐酸浓度的增加，Fe、Sc浸出率得到提高。当盐酸浓度达到2.0mol/L时，Fe浸出率在90%以上、Sc的浸出率在70%以上，而Ti几乎不能被浸出。

由于盐酸的消耗量就是赤泥当中的碱性氧化物与盐酸反应的耗酸量，因此，从表6的盐酸浓度单因素试验结果来看，盐酸浓度超过2.0mol/L时，浸出的效果几乎不再变化。考虑到不生成硅酸，初步确定浸出赤泥所用盐酸的浓度为2.0mol/L。采用盐酸过量的方法来提高能被盐酸浸出的各元素的浸出率，有必要确定盐酸的最佳用量。

2.2.2 盐酸用量对铁浸出率的影响

用根据平衡计算的盐酸浸出赤泥，赤泥当中铁、钪的浸出率偏低。为了提高赤泥中钪的浸出率，盐酸应该过量一些，通过实验进行研究，确定最佳的盐酸过量系数。

在平衡条件下，选取盐酸过量系数分别为0.05、0.10、0.15、0.20，即分别为理论用量的1.05、1.10、1.15、1.20倍进行试验。试验条件：盐酸浓度2mol/L，浸出时间3h，搅拌速度400r/min。试验结果如表7所示。

表7试验结果表明，当盐酸过量系数为0.15时，Sc、Fe浸出率达到95%，当盐酸过量系数为0.20时，Ca的浸出率明显提高。从浸出液中提取Fe，希望50g赤泥消耗121.6mL的11mol/L浓盐酸(37%)且浸出杂质较少。当然Ca、Al浸出率低，有利于Fe和Sc的提纯。因此，选择盐酸过量系数为0.15，即50g赤泥消耗11mol/L浓盐酸121.6mL。

表7 耗酸过量条件下有价金属元素的浸出率

2.2.3 浸出时间对铁、钪浸出率的影响

由前面试验结果可以得出，低浓度的盐酸对赤泥中钛的浸出率相当低。 在上述试验确定了盐酸的浓度为2.0mol/L以及盐酸过量系数为0.15的情况下，考察浸出时间对铁、钪浸出率的影响。试验结果如图1所示。

图1 浸出时间对Fe、Sc浸出率的影响

由图1可以看出，开始时，随着浸出时间的延长，Fe和Sc的浸出率不断升高；当浸出时间超过2h时，Fe的浸出率变化不大，而Sc的浸出率略有所升高；当浸出时间为2.5h时，Fe和Sc的浸出率都趋于平衡，再延长浸出时间对Fe和Sc的浸

出率影响不大。考虑到生产周期和效率，因此，选择最佳浸出时间为2.5h。

3 结论

通过上述试验基本可以确定，采用低浓度的盐酸浸出赤泥当中的Fe和Sc，能取得高浸出率，同时与Ti的分离效果好。最佳条件是盐酸浓度为2.0mol/L，盐酸过量系数为0.15，浸出时间为2.5h，搅拌速度400r/min，Fe的浸出率可以达到95.6%，Sc的浸出率在70%以上，Ti的回收率为99.5%。

[1] 中铝山东分公司技术研究中心. 赤泥综合利用调研报告[R]. 2006.

[2] 姜平国，王鸿振. 从赤泥中浸出钛的研究[J]. 中国有色冶金，2008(4)：52-54.

[3] 姜平国，吴筱，廖春发. 用N235从赤泥浸出液中提取铁的工艺研究[J]. 江西理工大学学报，2009(2)：14-16.