鄧軍，張光旭，石瑞

（武漢理工大學(xué)化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430070）

鉀長石分解尾渣提取氫氧化鋁的研究

鄧軍，張光旭，石瑞

（武漢理工大學(xué)化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院，湖北武漢430070）

采用低溫半干法分解鉀長石，分解后的固體尾渣經(jīng)硫酸浸取制得含鐵、鋁的浸取液。以此浸取液為原料加氨得到鐵鋁混合物以及可溶性鉀鹽硫酸銨鉀，進(jìn)一步從鐵鋁混合物中制得氫氧化鋁。優(yōu)化工藝條件：加氨沉鋁過程溫度為100℃，pH=9，反應(yīng)時間為30 min；堿溶過程氫氧化鈉溶液質(zhì)量濃度為120 g/L，固液比（g/mL）為1∶30，反應(yīng)溫度為100℃；碳分過程pH為10.5～11.0，反應(yīng)溫度為（20±5）℃。在此條件下鋁的回收率達(dá)到86%以上，制得的氫氧化鋁經(jīng)焙燒檢測氧化鋁純度達(dá)到98.97%，滿足YS/T 803—2012《冶金級氧化鋁》的要求。

鉀長石；分解尾渣；提鋁；氫氧化鋁

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中鉀是不可缺少的元素之一。中國是農(nóng)業(yè)大國，但現(xiàn)有的可溶性鉀鹽資源難以滿足生產(chǎn)的需求。鉀長石是難溶性鉀資源的代表，洛陽嵩縣有著極為豐富的鉀長石儲量［1-2］，礦石各成分含量分別為w（K2O）=13.39%、w（SiO2）=62.86%、w（Al2O3）= 17.18%，礦石所含K2O和Al2O3的品位均遠(yuǎn)高于工業(yè)要求的品位［3］。針對此現(xiàn)狀，洛陽氟鉀科技股份公司結(jié)合當(dāng)?shù)剽涢L石資源，與武漢理工大學(xué)張光旭教授聯(lián)合開發(fā)了一種低溫半干法在回轉(zhuǎn)窯中分解鉀長石的生產(chǎn)工藝［4-5］。此工藝在綜合利用鉀元素的同時，對分解尾渣中的鋁也進(jìn)行了回收利用［6］。分解尾渣經(jīng)硫酸浸取制得浸取液，浸取液中Al3+質(zhì)量濃度約為20.24 g/L。以此浸取液為原料制取氫氧化鋁，對提鋁的工藝條件進(jìn)行研究。

1　實驗部分

1.1主要原料及試劑

原料：鉀長石分解尾渣浸取液，Al3+質(zhì)量濃度為20.24 g/L，K+質(zhì)量濃度為19 201.96 mg/L，F(xiàn)e3+質(zhì)量濃度為650.43 mg/L，pH=1。

試劑：CO2（工業(yè)級），氨水（分析純），雙氧水（工業(yè)級，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%），氫氧化鈉（分析純）。

1.2提鋁原理

工業(yè)上常用拜耳法［7-8］制取氧化鋁。但是拜爾法周期長、規(guī)模大，不適用于處理殘渣這種小規(guī)模的生產(chǎn)。筆者采用堿溶法分離鐵鋁混合物中的鋁，然后通入CO2［9-10］沉淀出氫氧化鋁。反應(yīng)式如下：

1.3分析方法

采用Axios advanced型X射線熒光光譜儀對反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行分析。分析條件：電壓為30～60 kV，電流為50～100 mA。

2　結(jié)果與討論

2.1沉鋁過程加氨溫度對鋁收率的影響

因為氫氧化鋁的沉淀條件與加氨溫度有關(guān)，因此需要選取一個適當(dāng)?shù)募影睖囟龋尳∫褐械腁l3+盡可能多地沉淀下來，以提高鋁的收率。實驗條件：恒壓緩慢加入氨水，控制氨水的滴加速度為3滴/s，pH=9時停止加氨，反應(yīng)時間為30 min?？疾旒影睖囟葘︿X收率的影響，實驗結(jié)果如圖1所示。由圖1看出，隨著加氨溫度的上升鋁的收率逐漸增加，100℃時鋁的收率達(dá)到88.32%；繼續(xù)升高反應(yīng)溫度鋁的收率沒有明顯提高，并且造成能量的損耗。因此，實驗確定沉鋁過程加氨溫度為100℃。

圖1　沉鋁過程加氨溫度對鋁收率的影響

2.2堿溶條件對鋁收率的影響

2.2.1固液比的影響

圖2　堿溶固液比對鋁收率的影響

實驗條件：沉鋁過程加氨溫度為100℃，pH=9，反應(yīng)時間為30 min；堿溶過程氫氧化鈉溶液質(zhì)量濃度為258 g/L［11］，反應(yīng)溫度為100℃?？疾鞖溲趸c溶液的加入量即固液比（g/mL）對鐵鋁混合物中鋁收率的影響。實驗結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，隨著固液比的減小，即氫氧化鈉溶液加入量的增多，鋁的收率逐漸增大；當(dāng)固液比為1∶30時鋁的收率為98.92%，達(dá)到最大；繼續(xù)加大氫氧化鈉溶液的用量，鋁的收率有所降低。可能是液體量太大，使得攪拌不充分，導(dǎo)致包裹在氫氧化鐵中的鋁溶解不完全。因此，實驗確定堿溶的固液比為1∶30。

2.2.2堿液質(zhì)量濃度的影響

實驗條件：沉鋁過程加氨溫度為100℃，pH=9，反應(yīng)時間為30 min；堿溶過程固液比為1∶30，反應(yīng)溫度為100℃。考察氫氧化鈉溶液質(zhì)量濃度對鐵鋁混合物中鋁收率的影響，實驗結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，隨著氫氧化鈉質(zhì)量濃度的增加，氫氧化鋁的溶解率逐漸增加；當(dāng)堿液質(zhì)量濃度達(dá)到120 g/L時，氫氧化鋁的溶解率達(dá)到98.67%；繼續(xù)增加氫氧化鈉的質(zhì)量濃度，氫氧化鋁的溶解率增加幅度不大。由于堿溶法不同于拜耳法，故氫氧化鈉的質(zhì)量濃度不需要達(dá)到258 g/L即可使氫氧化鋁基本完全溶解回收。因此，實驗確定堿液的質(zhì)量濃度為120 g/L。

圖3　堿液質(zhì)量濃度對鋁收率的影響

2.3碳分過程反應(yīng)溫度對產(chǎn)品純度的影響

選取2.1、2.2節(jié)確定的實驗條件制得的堿溶濾液進(jìn)行碳分實驗。CO2通入速率為2.5～3.5L/min［12-13］，控制碳分反應(yīng)終點pH=10.5～11.0［14］，考察碳分反應(yīng)溫度對氫氧化鋁純度的影響，實驗結(jié)果見圖4（將氫氧化鋁焙燒制得氧化鋁，采用熒光分析氧化鋁的純度）。由圖4可以看出，當(dāng)反應(yīng)溫度為（20±5）℃時，氧化鋁的純度為99%左右，達(dá)到最大，并且可使結(jié)晶過程中夾帶的堿金屬含量降到最低。隨著碳分反應(yīng)溫度的繼續(xù)升高，氧化鋁的純度逐漸降低。當(dāng)反應(yīng)溫度高于35℃時，氧化鋁純度下降的速度變快。由于碳分反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，采用一般冷卻水降溫只能維持在35℃左右。為降低溫度，實驗采用冰浴條件下反應(yīng)，溫度能維持在20℃左右。若繼續(xù)降低反應(yīng)溫度，成本較大，工業(yè)上也難以實現(xiàn)。因此，實驗確定碳分反應(yīng)溫度為（20±5）℃。

圖4　碳分反應(yīng)溫度對產(chǎn)品純度的影響

3　氫氧化鋁產(chǎn)品質(zhì)量

在沉鋁過程加氨溫度為100℃、堿溶溫度為100℃、氫氧化鈉溶液質(zhì)量濃度為120 g/L、固液比為1∶30、碳分過程pH為10.5～11.0、碳分溫度為（20± 5℃）條件下進(jìn)行提鋁實驗。實驗結(jié)果表明，鋁的一次回收率可以達(dá)到86%以上，碳分過后濾液中的鋁可循環(huán)利用。制得的氫氧化鋁經(jīng)焙燒制得氧化鋁，氧化鋁的分析結(jié)果（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：Al2O3，98.97%；SiO2，0.016%；Na2O，未測出；SO3，0.03%；CaO，0.08%；ZnO，0.01%；Fe2O3，0.01%；F，0.7%；Cl，0.01%。制得的氫氧化鋁經(jīng)焙燒制得的氧化鋁達(dá)到Y(jié)S/T 803—2012《冶金級氧化鋁》的要求。

4　結(jié)論

采用低溫半干法分解鉀長石，分解后的固體尾渣經(jīng)硫酸浸取制得含鐵鋁的浸取液。以此浸取液為原料加氨得到鐵鋁混合物以及可溶性鉀鹽硫酸銨鉀，進(jìn)一步從鐵鋁混合物中得到氫氧化鋁。優(yōu)化工藝條件：沉鋁過程加氨溫度為100℃；堿溶過程氫氧化鈉溶液質(zhì)量濃度為120 g/L，堿溶溫度為100℃，固液比為1∶30；碳分過程pH為10.5～11.0，溫度為（20±5）℃。在此條件下鋁的回收率達(dá)到86%以上，制得的氫氧化鋁經(jīng)焙燒檢測氧化鋁的純度達(dá)到98.97%，滿足YS/T 803—2012《冶金級氧化鋁》的要求，可作為產(chǎn)品出售。

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聯(lián)系方式：zhanggx2002@163.com

Research on aluminum hydroxide extraction from decomposition residue of potassium feldspar

Deng Jun，Zhang Guangxu，Shi Rui
（School of Chemistry，Chemical Engineering and Life Science，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China）

Potassium feldspar was decomposed semi-drily at a low temperature.The decomposed residue was leached by sulfuric acid.The leaching solution was used to get ferric and aluminum mixture and soluble ammonium-potassium sulfate by adding ammonia.Lastly，aluminum hydroxide was prepared from ferric and aluminum mixture.The optimized conditions of reaction were as follows：the reaction temperature of adding ammonia was 100℃；the mass concentration of sodium hydroxide was 120 g/L，the reaction temperature of dissolving by sodium hydroxide was 100℃，the ratio of solid to liquid（g/mL）was 1∶30；and the reaction pH of adding CO2was 10.5～11.0；the temperature was（20±5）℃.Under those conditions，the recovery of aluminum can be up to more than 86%，and with the product roasted，the purity of Al2O3reached 98.97%，reaching the requirements of Metallurgical Alumina Standard，YS/T 803—2012.

potassium feldspar；decomposition residue；extraction of aluminum；aluminum hydroxide

TQ133.1

A

1006-4990（2015）12-0050-03

2015-06-17

鄧軍（1991—），男，碩士研究生，主要研究低品位礦石的綜合利用。

張光旭