酸解残渣中矿粉的回收与利用分析

2022-04-15尚博文杨忠海翟晓康

中国资源综合利用 2022年3期

关键词：矿粉磁选收剂

尚博文，杨忠海，翟晓康

（安徽金星钛白（集团）有限公司，安徽马鞍山 243051）

当前，硫酸法是国内生产钛白粉的主流工艺，其生产过程中钛精矿或钛渣经硫酸酸解后会产生大量的酸解残渣。当前，有必要选择合适的回收方法，将酸解残渣的含钛物料加以利用。

1 回收方法的选择

1.1 酸浸法

酸解残渣不仅含有钛铁矿，还含有部分金属氧化物。这些金属氧化物在强酸环境下会溶解，而钛铁矿较稳定，会继续保持固体形态，通过过滤或沉降可实现固液分离，从而将酸解残渣中钛的品位提高。在高酸度环境下，钛铁矿也会与盐酸反应转移到液相中，因此盐酸浓度一般控制在较低水平，以不超过20%为宜。在低酸度下，铁、镁、铝等金属氧化物依然被有效浸出，综合浸出率保持在70%～90%。浸出时的温度以常温或不超过50 ℃为宜，温度较高会促使钛铁矿分解，要充分发挥盐酸的整体作用，减少损失。酸浸完毕后，依据精矿的过滤方式，调整砂滤范围，做好洗涤，做好酸碱浸出作业，选出的精矿返回酸解流程，当单独进行酸解时可与浓缩后的废酸反应，然后进行浸取除杂等作业。

1.2 萃取法

萃取法利用系统中组分在溶剂中有不同的溶解度来分离混合物，即利用物质在两种互不相溶（或微溶）的溶剂中溶解度或分配系数的不同，使溶质从一种溶剂内转移到另一种溶剂中。萃取过程只是物质的转移或富集，没有新物质的生成，因此属于物理变化。

萃取的关键是萃取液的选取，萃取液一般为有机溶剂，能选择性溶解某些物质，萃取液一般与原溶液互不相溶或微溶，这样有利于萃取液的分离。酸解残渣的主要萃取剂有对苯乙烯膦酸、水杨氧肟酸、十二烷基硫酸钠、油酸钠等。另外，含有羟基、羧基的有机溶剂也可用于酸解残渣的萃取，萃取剂可单独使用，也可混合使用多种萃取剂。这些萃取剂与水或酸性水不互溶，根据酸解残渣性质的不同，萃取率介于60%～80%，这些物质的萃取时间大体相同，基本为30～60 min。

1.3 重选法

重选法利用被分选矿物颗粒间的相对密度、粒度、形状的差异及其在介质（水、空气及其他流体）中运动速率和方向的不同，使之彼此分离。因此，重选法的前提是矿物之间有明显的密度差异，这种差异越大，越有利于矿物的分选。酸解残渣中主要的目的矿物为未分解的钛铁矿，该矿物粒度较细，密度较大，易于采用重选法分离。酸解残渣含有部分杂质，如铁、铝氧化物，酸解过后粒度极细，而且具有一定酸性，可采用旋流分离器或摇床进行分选。

1.4 浮选法

浮选法是根据矿物在水溶液中润湿性的不同而进行分离的，酸解残渣的捕收剂有苄基胂酸、苯乙烯磷酸、油酸钠、十二烷基硫酸钠等。酸解残渣含有部分硅酸盐矿物，为了抑制其上浮，可添加适量抑制剂，如水玻璃、草酸、羧甲基纤维素等，其都有较好的抑制效果。

酸解残渣具有很强的酸性，浮选前需要洗涤除去大部分H，使其呈弱酸性或中性。在该环境下，捕收剂能发挥最大作用，有时也在浮选过程中添加适量液碱调节pH，并调节浆料浓度，使其保持在30%～40%。pH调节完毕后，加入适量抑制剂抑制硅酸盐矿物，充分搅拌后添加捕收剂，捕收剂的添加量与钛铁矿品位有关，酸解残渣中钛品位越高，捕收剂添加量越大，捕收剂可单独使用，也有两种或多种混配使用，然后添加起泡剂进行捕收作业。

1.5 磁选法

钛铁矿具有弱磁性，可用强磁选机进行分离，而主要的脉石矿物（氧化硅等）无磁性，因此，磁选提纯酸解残渣可得到较好的效果。目前，该方法在生产中有一定应用，酸解残渣中钛的回收率为70%～90%，选出的精矿可直接用于酸解。

酸解残渣经沉降后送入压滤机，得到的滤液含有一定的可溶钛，被称为淡钛液，可返回沉降池进行回收利用。压滤后的滤饼加水后打浆，并均匀通入强磁选机中，得到的精矿过滤并干燥除去大部分的水，滤液返回工艺流程或进行废水处理，但要注意返回工艺流程对产品吸油量、白度等的影响，尾矿处理后排放。该方法能实现连续作业，得到较好的回收率，处理量也较大，精矿指标稳定，具有较高的经济效益。

2 回收矿粉分析试验

2.1 试验方案

收集100 kg泥浆压滤工序得到的滤饼，进行磁选回收，对得到的磁选回收精矿进行分析。按照安徽金星钛白（集团）有限公司对矿源分析的要求，分别进行细度、纯净度、品位对比和酸解试验。为做对比，取本公司现生产用矿进行对照试验，控制其他条件一致，唯一变量为矿粉来源。

2.2 细度对比

分别称取10.00 g生产用矿和回收精矿做325目筛余，结果如下：生产用矿余4.1%，回收精矿余12.7%，回收研磨余6.5%。因为后面的酸解试验需要将矿粉细度控制在10以内，所以将回收精矿放入研磨机中研磨2 h，避免酸解试验中细度差异过大。

2.3 纯净度对比

分别称取10.00 g生产用矿和回收精矿，将其分别置于两个400 mL烧杯中，各加入300 mL水，搅拌均匀后静置2 h，观察其情况。观察发现，生产用矿的液面有杂质，其为配矿时带入的极细矿粉和灰尘；而回收矿的液面干净，下层在矿粉上覆盖了一层灰色杂质。

2.4 品位对比

取适量生产用矿和回收精矿送至检测中心做荧光组分，结果如表1所示。

表1 生产用矿和回收精矿的荧光组分

2.5 酸解试验

试验反应浓度为87%，各种矿的酸矿比、酸解条件和浸取水量如表2所示。试验反应容器采用400 mL烧杯，78 g矿粉体积约为40 cm，投矿体积与反应容器体积比为1∶10，与实际生产相近。先向400 mL的烧杯中加入定量的浓硫酸（93%），再倒入称量好的矿粉，充分搅拌10 min，杯底没有明显的结团后加入引发水。引发水加入后继续搅拌，待杯中温度开始上升，将烧杯置于事先已经升好温的电炉上，搅拌到反应开始，至冒泡最高点关电源。记录每种矿反应时间（从开始加热至冒泡的时间）和固相物高度、颜色。

表2 各种矿的酸矿比、酸解条件和浸取水量对比

生产用矿反应较为平稳，冒烟后酸矿混合物液位缓慢上升至最高点，反应结束后逐渐下降形成固相物，固相物较为坚硬紧密，表面有少许气孔；生产∶回收2∶1和生产∶回收1∶1与生产用矿反应情况相似，略微剧烈一些。回收研磨反应最为剧烈，冒烟后酸矿混合物液位迅速上升至最高点，反应结束后逐渐下降形成固相物，固相物较为疏松，且裂缝较多。

酸解反应结束后，将烧杯放入105 ℃的烘箱内熟化0.5 h，取出后加入浸取水，置于65 ℃水浴锅中加热浸取4 h。

浸取4 h后，都加入5.5 g同种铁粉进行还原，待反应至无明显气泡产生时，用硫氰酸铵指示剂检测，未变红说明三价铁已经除尽。还原完将钛液搅拌均匀，取100 mL测酸解率，其余钛液全部抽滤，将滤渣烘干，测泥浆残钛含量。

生产用矿实际泥浆残钛含量一般在30%左右，试验中采用真空抽滤，其过滤性能相比卧式板框较差，泥浆残钛结果偏高，结果如表3所示。