矿渣中金属元素的再回收分析

李 娜

武汉市江夏区环境监测站 湖北武汉 430200

一、矿渣中金属回收的背景

矿渣产地不同，则其化学组成不同，这主要取决于矿石的成分及所生产的生铁的种类。矿渣主要含有CaO、SiO2、A l2O3等氧化物[1]，其总量一般在90%以上，还有少量的MgO、FeO和一些硫化物等。

目前提取矿渣中金属的方法主要是机械法、火法冶金、湿法冶金[2]。机械法对环境友好，早期投资很大，实行起来有一定难度；火法冶金在焚烧过程中会产生大量有害气体，形成二次污染，而且大量浮渣的排放增加了二次固体废弃物，对环境不够友好。湿法处理工艺因原料适用性强、规模可调、元素回收率高等优点而受到关注。

二、实验分析

1、实验原理

本论文通过对矿渣是否进行烧矿处理，然后通过称量反应后所产生的金属盐沉淀从而得出更好的矿渣回收方法。首先用湿法磷酸的理论，即称量100g矿渣分别与50%，55%，60%，63%，65%，67%，70%，75%不同浓度的硫酸溶液反应，然后将反应后的溶液抽滤，将滤液与碳酸钠溶液反应，根据不同碳酸金属盐和氢氧化物的金属盐沉淀的pH值不同，从而将金属盐沉淀分离。

2、实验过程

（1）常温矿渣的酸化反应

a.用98%的浓硫酸与水分别配制出50%，55%，60%，63%，65%，67%，70%，75%的不同

硫酸溶液。

b.用电子天平（精度为0.0001）称100g磷矿渣于烧杯中。

c.配制50%的硫酸溶液。

d.将50%的硫酸溶液倒入装有矿渣的烧杯中，边倒边用竹筷搅拌，搅拌5分钟之后放入磁力搅拌器上搅拌1小时，矿渣与硫酸溶液反应2小时。

e.将反应后的矿渣溶液倒入布氏漏斗中抽滤，真空泵上压力显示为0.1Mpa。20分钟之后，用抽滤瓶中的滤液洗涤装过矿渣的烧杯，然后继续抽滤。

f.真空泵上的压力下降后，停止抽滤。将抽滤瓶中的滤液用100m L量筒测量后倒入玻璃瓶

中放好，并贴上标签（①号滤液）。

g.按照步骤a-f的程序，每次用电子天平称取100g矿渣，分别与55%、60%、63%、65%、

67%、70%、75%的硫酸溶液反应，得到不同的滤液，依次标号②-⑧。

（2）烧矿后矿渣的酸化反应

a.用98%的浓硫酸与水分别配制出50%，55%，60%，63%，65%，67%，70%，75%的不同

硫酸溶液。

b.用电子天平称100g矿渣，放入马弗炉中（设定温度为200℃）烧矿1.5小时。

c.将烧过的矿渣冷却至室温后分别与50%，55%，60%，63%，65%，67%，70%，75%的硫酸溶

液反应，具体操作过程与(1)中的步骤b-f过程一样。将抽滤后所得的滤液分别标号11-18号。

（3）沉淀反应

a.配制0.1mol/L的碳酸钠溶液。

b.用量筒量取50m L滤液倒入200m L烧杯中。

c.将碳酸钠溶液倒入碱式滴定管中，记下滴定管上的刻度，向滤液中慢慢滴加碳酸钠溶液，

直至出现浑浊现象。记下此时所消耗的碳酸钠溶液的用量。

d.将浑浊溶液倒入离心管中，然后放入离心机中进行离心分离，每次离心5-10分钟。

e.将离心管中的清液倒入烧杯中，沉淀物质用滴管吸到表面皿中，然后放入烘箱中将水分

烘干（大约1h），最后将表面皿从烘箱中拿出冷却至室温，用分析天平称量沉淀的质量，

将沉淀的质量用记录本记好。

f.将离心后的清液继续滴加碳酸钠溶液，每次出现浑浊现象后按步骤d-e操作，直至出现

浑浊物质pH在6-7时，停止向清液中滴加碳酸钠溶液，将所有的沉淀物质用小玻璃瓶

装好，贴上标签。

三、结果与分析

1、湿法磷酸滤液沉淀量的分析

在矿渣与硫酸进行酸化反应后，再与碳酸钠溶液进行沉淀反应后生成的金属盐沉淀量通过图形对沉淀物质进行分析。由⑥号滤液（即磷矿渣与67%的硫酸溶液反应所得）与碳酸钠溶液反应所得的金属盐沉淀是最多的。

2、烧矿后湿法磷酸滤液沉淀量的分析

将烧矿后所得的11-18号滤液与碳酸钠溶液反应后所得的沉淀的总质量，由14号滤液（即磷矿渣与63%的硫酸溶液反应所得）与碳酸钠溶液反应所得的金属盐沉淀是最多的。

3、烧矿前后湿法磷酸金属盐沉淀量的比较分析

将烧矿前的⑥号滤液与烧矿后的14号滤液分别与碳酸钠溶液生成的金属盐沉淀量进行比较分析，以得出最优方案。

14号滤液与碳酸钠溶液反应所得的沉淀量更多。因此，综合实验结果可以得出如下结论：将磷矿矿渣放入马弗炉中烧矿1.5小时后与硫酸溶液反应后，比没有烧矿的磷矿矿渣进行酸化后与碳酸钠溶液反应之后得到的金属盐沉淀也更多，即烧矿之后的磷矿矿渣更有利于其中的金属离子浸取出来，从而有利于沉淀分离。

因此，本实验得出的最优方案为：100g烧矿后矿渣与63%的硫酸溶液反应析出的金属离子最多。