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技術(shù)前沿

赤泥中有價金屬提取與綜合利用進展

時間:2022-03-16

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赤泥的物質(zhì)組成及性質(zhì)


1.1 化學(xué)組成和礦物組成


赤泥中含有各種化合物,它的物質(zhì)組成有 :化學(xué)成分和礦物成分,有價金屬和非金屬就構(gòu)成了它的化學(xué)成分,如 Fe2O3、SiO2 等,赤泥中常見化學(xué)元素種類比較豐富,如鈣、鋁、鈦等,它的成分中還有很少一部分稀土元素,比如釩、鎵、鉻等,這些元素在赤泥中分布不均勻,處于分散的狀態(tài),以均質(zhì)形式存在。


赤泥在每個地方的化學(xué)成分和礦物成分是不相同的,主要原因有 :鋁土礦自身的成分不一樣,氧化鋁的生產(chǎn)工藝不一樣,以及在冶煉氧化鋁時使用的添加劑的成分不一樣,產(chǎn)生的化合物的成分不一樣等等。目前,拜耳法在國內(nèi)外氧化鋁生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,根據(jù)鋁土礦含鐵量的不同,拜耳赤泥可分為高鐵赤泥和低鐵赤泥,前者大部分是國外產(chǎn)的,后者大部分是國內(nèi)產(chǎn)的。拜耳法赤泥中鐵的含量在我國不同地區(qū)存在差異,這可能與鋁土礦的來源有關(guān)。


1.2 物理性質(zhì)


由于鐵的含量不同,赤泥會呈現(xiàn)深紅色、褐色和灰白色,赤泥是一種顆粒狀的物質(zhì),顆粒的直徑是 0.005mm~0.075mm ;赤泥的孔隙比土壤的大,它的表面積達 64.09m2/g~186.9m2/g,比較大,赤泥還有其他的物理性質(zhì),如下 :它的密度為2.7g/cm3~2.89g/cm3,它 的 含 水 量 達 82.3%~105.9%,飽 和 度為 91.1%~99.6%,熔點為 1200℃ ~1250℃,塑性也比較好,達17.0~30.0,持水量為 79.03%~93.23%。鋁工業(yè)生產(chǎn)的工藝是不一樣的,通過這種工藝可以得到不同種類赤泥,如 :拜耳赤泥、燒結(jié)赤泥、組合赤泥等。不同類型的赤泥各組分含量如表 1所示。

圖片


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赤泥的綜合利用


赤泥作為一種工業(yè)廢棄物,可以用于環(huán)境保護,達到控制污水處理等廢棄物的效果。選擇一個直徑為 0.1mm 的赤泥,將硫酸注入赤泥中,然后對這個反應(yīng)進行加熱,再將氧氣通入其中,慢慢攪拌,保持水浴溫度不變,反應(yīng)結(jié)束后將硫酸鐵、硫酸鋁溶液過濾出來,準(zhǔn)備有酸度聚合的硅酸,將硫酸鐵、硫酸鋁溶液和這種硅酸混合起來,反應(yīng)生成了聚硅酸鐵鋁絮凝劑,這種絮凝劑可以用來處理污水。研究了拜耳法赤泥對二氧化硫廢氣的吸附性能,研究發(fā)現(xiàn),SO2 的吸附主要采用化學(xué)中和反應(yīng),就是將赤泥中的堿性化合物和酸性化合物進行反應(yīng) ;還有物理的吸附特性,因為有些化合物具有吸附能力,我們可以利用赤泥中的這些化合物對廢氣進行吸附。

赤泥的粒徑比較小,但它的表面積比較大。它還是一種吸收劑,可以吸收 SO2,它吸收 SO2 的效率比較高,并且工藝比較簡單。所以,要對赤泥處理的技術(shù)和目標(biāo)水平進行綜合考慮,對產(chǎn)學(xué)研的過程進行加強,將政府推廣與企業(yè)發(fā)展需求相結(jié)合,將大大提高赤泥利用率。


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赤泥中有價金屬的提取回收

      

隨著冶金技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)外研究人員對赤泥中回收有價金屬很重視,并提出了這方面的很多工藝,主要有拜耳法,這種方法的使用比較廣泛。提取的過程中,不同的工藝提取的方法不一樣,通常有火法和濕法冶金。赤泥中富含各種金屬元素,比如鈧元素,它是一種珍貴稀有元素,地殼中它的含量比較少,其在礦石中的存在形式是均質(zhì)同構(gòu),赤泥中鈧的含量很多,這就富集了鋁土礦中的鈧,因其在赤泥中含量豐富,所以利用赤泥進行鈧的提取有很大的意義和價值。雖然在日常中能夠見到鐵、鋁、鈦等這些金屬,就意味著這些金屬的使用很普遍,赤泥中富含這些金屬,所以將赤泥中的這些金屬進行回收有很重要的現(xiàn)實意義,具有一定的經(jīng)濟價值。

本文就著重對從赤泥中回收鈦進行了研究。在我國,赤泥中金屬類型比較多,其中鈦約占 4%~12%。利用火法冶金法和濕法冶金法這兩種方法能夠?qū)⒊嗄嘀械拟佭M行回收,前者的主要原理是 :利用燒結(jié)法將赤泥中的鐵、鋁、硅等金屬除去,在爐渣中富集鈦,然后濾出爐渣中的鈦。除火法外,濕法還可用于鈦的回收。此外,還利用有機酸回收鈦。

有研究者把赤泥、白云石和焦炭混在一起后,在 1100℃下進行造粒,然后在 1550℃下將其進行熔煉,因為鐵的密度高、表面張力大,所以就從含鈦礦渣中分離出了熔融生鐵,然后當(dāng)溫度降到90℃時,利用 30%H2SO4來將爐渣進行浸出,將浸出液進行稀釋,在稀釋的液體中加入 SO2氣體進行反應(yīng),這樣就會通過反應(yīng)進行三價鐵的還原,再利用 5%的 D2EHPA進行萃取,在萃取后的溶液中利用 10%的 Na2CO3得到的溶液進行反萃,水解煅燒后礦渣中鈦回收率會提高到 84.7%,利用硫酸將赤泥中的鈦進行浸出,是提取鈦的最正確的方法,這種方法對金紅石型和銳鈦礦型對適用,可能因為在赤泥中注入硫酸,硫酸會與赤泥中的化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)生成了 TiOSO4,這種化合物能夠溶解在水里。

又有其他研究者把赤泥、煤、石灰、碳酸鈉混合在一起,然后進行研磨,在將研磨的粉末在 800℃ ~1000℃下進行燒結(jié),會生成燒結(jié)產(chǎn)物,然后將得到的這些化合物在 65℃水中浸泡 1h,最后就會得到溶解渣,把這些溶解渣用硫酸進行浸出,這樣會使得提高鈦的回收率,使其達到 73%~79%。動力學(xué)數(shù)據(jù)表明,用鹽酸進行浸出后,TiO2 的回收率可達到 36%,焙燒后提高到76%。鹽酸對鈣、鐵、鈉的浸出作用最大,游離形式的 Al2O3的浸出率為 10%~12%,礦渣中富集不溶于稀鹽酸的鈦,氧化鋁和二氧化硅可以用焙燒碳酸鈉的方法除去,這樣就會得到了純度較高的二氧化鈦。


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結(jié)束語


當(dāng)今對赤泥的開發(fā)和利用還不成熟,它的開發(fā)和利用是目前世界面臨的一個難題。目前對赤泥的處理主要是將赤泥作為一種整體原料進行利用,將其有用的成分分離出來。赤泥是一種有價值的礦物原料,被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中,也達到了一定的效果。但是有些比較貴重的金屬,因其處理的成本高、產(chǎn)品價值高,如果進行此類金屬品的提取,就會導(dǎo)致經(jīng)濟效益不好,這類金屬很少用在工業(yè)生產(chǎn)中,所以對這類金屬的提取還處于研究的階段。

目前進行有價值金屬的提取主要靠火法冶金和濕法冶金這兩種方法,其中,火法冶金學(xué)是由外國學(xué)者提出,早在幾年前,已經(jīng)有相對成熟的技術(shù),這種方法有優(yōu)勢也有不足,優(yōu)勢是能夠?qū)㈣F、鋁、鈦、鈧等金屬進行分步回收,缺點是這種方法對能源的消耗大,進行化學(xué)反應(yīng)的過程多而雜,還會產(chǎn)生二次污染,例如廢氣的產(chǎn)生就屬于二次污染,利用這種方法進行有價金屬的提取不環(huán)保,對生態(tài)環(huán)境不利。

采用濕法冶金的方法提出有價金屬的過程是 :先進行預(yù)處理,將處理后的化合物進行酸浸,再將所得的化合物用溶劑萃取,然后進行化合物的沉淀,最后進行煅燒,這個過程比較簡單,并且在這個過程中產(chǎn)生的污染物比較少,既節(jié)能又環(huán)保。綜合考慮赤泥的綜合利用,形成處理工藝鏈將是一個良好的發(fā)展趨勢。

轉(zhuǎn)自:冶金渣與尾礦