劉 巍，范艷青，張登高

（礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

我國(guó)是世界主要的氧化鋁生產(chǎn)國(guó)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2019年氧化鋁產(chǎn)量大約為7 247.4 萬(wàn)t，若按照生產(chǎn)1 t 氧化鋁需要排放1.5 t 赤泥計(jì)算，則赤泥排放量達(dá)到1 億t/a。研究表明，2020年我國(guó)赤泥的綜合利用率只達(dá)到8%。

目前，赤泥綜合利用的方法很多，但大都存在缺陷。其一，能消耗掉大部分堆存的赤泥，但是不能對(duì)有價(jià)元素進(jìn)行回收，進(jìn)而造成資源的浪費(fèi)；其二，只考慮了赤泥中有價(jià)元素的回收，不能有效降低赤泥的堆存量。比如，采用堿法處理赤泥時(shí)，脫堿固硅的產(chǎn)物以硅酸二鈣或者水化石榴石為主，脫堿提鋁后的渣量為原來(lái)赤泥量的1.5 ～2.5 倍，無(wú)形中又大大增加了廢渣的堆存量。基于此，本研究針對(duì)低鐵赤泥，提出鈣硅比僅為1 的赤泥低鈣燒結(jié)配方，高效利用低鐵赤泥中原有氧化鈣和氧化鈉，赤泥配料無(wú)須配鈣或者只配入少許的鈣，使脫堿提鋁后渣量較原赤泥減少近50%，實(shí)現(xiàn)赤泥的減量化。

赤泥含有鋁、鈦、鈧等多種有價(jià)元素。在實(shí)現(xiàn)赤泥減量化的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高赤泥綜合利用率，本研究對(duì)赤泥提鋁尾渣中的鈦進(jìn)行了酸浸試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)原料及方法

赤泥提鋁尾渣的化學(xué)成分分析表明，其主要成分為硅、鈣元素，其次為鐵、鋁、鈉、鈦元素，如表1所示。試驗(yàn)采用硫酸浸出的方式提取赤泥提鋁尾渣中的鈦，重點(diǎn)考察硫酸濃度、浸出溫度、浸出時(shí)間、液固比等因素對(duì)鈦浸出率的影響。試驗(yàn)在一定溫度下于多口瓶中進(jìn)行，反應(yīng)結(jié)束后，料漿液固分離，浸出渣經(jīng)過(guò)洗滌和干燥后，送樣分析鈦元素含量，并計(jì)算鈦的浸出率。

表1 赤泥提鋁尾渣的化學(xué)成分分析

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 硫酸濃度的影響

在浸出溫度90 ℃、浸出時(shí)間2.5 h、液固比4∶1的試驗(yàn)條件下，考察硫酸濃度分別為3 mol/L、4 mol/L、5 mol/L、6 mol/L 和7 mol/L 時(shí)對(duì)鈦浸出的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1 可知，鈦的浸出率隨著硫酸濃度升高而增加。雖然高硫酸濃度對(duì)鈦的浸出率進(jìn)一步提高有很大作用，但是浸出液中殘酸濃度過(guò)高不利于溶液中雜質(zhì)元素鐵、鎂、鋁等的凈化。因此，綜合考慮酸耗和后續(xù)工藝處理問(wèn)題，選擇硫酸濃度4 mol/L。

圖1 硫酸濃度對(duì)鈦浸出率的影響

2.2 浸出溫度的影響

在硫酸濃度4 mol/L、浸出時(shí)間2.5 h、液固比4∶1的試驗(yàn)條件下，考察浸出溫度分別在50 ℃、70 ℃、90 ℃和100 ℃時(shí)對(duì)鈦浸出的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2 可知，鈦的浸出率隨著浸出溫度升高而增加。當(dāng)浸出溫度從30 ℃升高至90 ℃時(shí)，鈦的浸出率從5.21%升高至72.60%，再提高浸出溫度至100 ℃時(shí)，鈦的浸出率緩慢提高至73.56%?？紤]能耗問(wèn)題，選擇浸出溫度90 ℃。

圖2 浸出溫度對(duì)鈦浸出率的影響

2.3 浸出時(shí)間的影響

在硫酸濃度4 mol/L、浸出溫度90 ℃、液固比4∶1的試驗(yàn)條件下，考察浸出時(shí)間分別在0.5 h、1.5 h、2.5 h 和3.5 h 時(shí)對(duì)鈦浸出的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3 可知，鈦的浸出率隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。當(dāng)浸出時(shí)間從0.5 h 延長(zhǎng)至2.5 h 時(shí)，鈦的浸出率從29.91%升高至72.60%，此后再延長(zhǎng)浸出時(shí)間，鈦的浸出率提高不明顯。因此，選擇浸出時(shí)間2.5 h。

圖3 浸出時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響

2.4 液固比的影響

在硫酸濃度4 mol/L、浸出溫度90 ℃、浸出時(shí)間2.5 h 的試驗(yàn)條件下，考察液固比分別為2∶1、3∶1、4∶1 和5∶1 時(shí)對(duì)鈦浸出的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4 可知，鈦的浸出率隨著液固比的增大而增加。由于液固比增大，硫酸濃度不變，相當(dāng)于酸用量增加，因此，隨著液固比由1∶1 增大至4∶1，鈦的浸出率由29.91%升高至72.60%。當(dāng)浸出時(shí)間從0.5 h 延長(zhǎng)至2.5 h 時(shí)，鈦的浸出率從29.91%升高至72.60%。此后增大液固比至5∶1，鈦的浸出率緩慢升高至73.96%?？紤]酸耗和后續(xù)溶液處理問(wèn)題，選擇液固比4∶1。

圖4 液固比對(duì)鈦浸出率的影響

2.5 綜合條件試驗(yàn)

在硫酸濃度4 mol/L、浸出溫度90 ℃、浸出時(shí)間2.5 h、液固比4∶1 的綜合條件下，進(jìn)行3 組驗(yàn)證試驗(yàn)，鈦的平均浸出率為72.56%。

3 結(jié)論

赤泥提鋁尾渣經(jīng)硫酸浸出，在硫酸濃度4 mol/L、浸出溫度90 ℃、浸出時(shí)間2.5 h、液固比4∶1 的條件下，鈦的浸出率約為72%。這說(shuō)明赤泥提鋁尾渣酸浸提鈦具有一定的可能性，為赤泥中有價(jià)元素的綜合回收利用打下基礎(chǔ)。