赤泥中有價(jià)金屬提取與綜合利用進(jìn)展

周發(fā)星

（廣西華銀鋁業(yè)有限公司，廣西 白色 533000）

1 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(jià)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(jiàn)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(gè)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(shí)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(guó)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(guó)外產(chǎn)的，后者大部分是國(guó)內(nèi)產(chǎn)的。拜耳法赤泥中鐵的含量在我國(guó)不同地區(qū)存在差異，這可能與鋁土礦的來(lái)源有關(guān)。

1.2 物理性質(zhì)

由于鐵的含量不同，赤泥會(huì)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(dá)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(dá)82.3%～105.9%，飽和度為91.1%～99.6%，熔點(diǎn)為1200℃～1250℃，塑性也比較好，達(dá)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(guò)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。

表1 不同類型赤泥的化學(xué)成分

2 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(hù)，達(dá)到控制污水處理等廢棄物的效果。選擇一個(gè)直徑為0.1mm的赤泥，將硫酸注入赤泥中，然后對(duì)這個(gè)反應(yīng)進(jìn)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(guò)濾出來(lái)，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(lái)，反應(yīng)生成了聚硅酸鐵鋁絮凝劑，這種絮凝劑可以用來(lái)處理污水。研究了拜耳法赤泥對(duì)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(jìn)行反應(yīng)；還有物理的吸附特性，因?yàn)橛行┗衔锞哂形侥芰Γ覀兛梢岳贸嗄嘀械倪@些化合物對(duì)廢氣進(jìn)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(jiǎn)單。所以，要對(duì)赤泥處理的技術(shù)和目標(biāo)水平進(jìn)行綜合考慮，對(duì)產(chǎn)學(xué)研的過(guò)程進(jìn)行加強(qiáng)，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。

3 赤泥中有價(jià)金屬的提取回收

隨著冶金技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)赤泥中回收有價(jià)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(guò)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(jìn)行鈧的提取有很大的意義和價(jià)值。雖然在日常中能夠見(jiàn)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(jìn)行回收有很重要的現(xiàn)實(shí)意義，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

本文就著重對(duì)從赤泥中回收鈦進(jìn)行了研究。

在我國(guó)，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(jìn)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(jī)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(jìn)行造粒，然后在1550℃下將其進(jìn)行熔煉，因?yàn)殍F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(shí)，利用30%H2SO4來(lái)將爐渣進(jìn)行浸出，將浸出液進(jìn)行稀釋，在稀釋的液體中加入SO2氣體進(jìn)行反應(yīng)，這樣就會(huì)通過(guò)反應(yīng)進(jìn)行三價(jià)鐵的還原，再利用5%的D2EHPA進(jìn)行萃取，在萃取后的溶液中利用10%的Na2CO3得到的溶液進(jìn)行反萃，水解煅燒后礦渣中鈦回收率會(huì)提高到84.7%，利用硫酸將赤泥中的鈦進(jìn)行浸出，是提取鈦的最正確的方法，這種方法對(duì)金紅石型和銳鈦礦型對(duì)適用，可能因?yàn)樵诔嗄嘀凶⑷肓蛩幔蛩釙?huì)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(jìn)行研磨，在將研磨的粉末在800℃～1000℃下進(jìn)行燒結(jié)，會(huì)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(huì)得到溶解渣，把這些溶解渣用硫酸進(jìn)行浸出，這樣會(huì)使得提高鈦的回收率，使其達(dá)到73%～79%。動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)表明，用鹽酸進(jìn)行浸出后，TiO2的回收率可達(dá)到36%，焙燒后提高到76%。鹽酸對(duì)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(huì)得到了純度較高的二氧化鈦。

利用化學(xué)反應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)Al2O3到水溶性鋁酸鈉的轉(zhuǎn)化，公式如下：

Na2CO3+TiO2→Na2O.TiO2+CO2，生成的鈦酸鈉不會(huì)與水相融。

這些化學(xué)反應(yīng)的實(shí)現(xiàn)達(dá)到了富集鈦的目的，有研究者提出在赤泥中用碳酸鈉進(jìn)行浸取有白泥，這種白泥富含鈦，然后利用硫酸對(duì)白泥進(jìn)行酸化，這樣就可以將金屬的回收率增加。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)今對(duì)赤泥的開(kāi)發(fā)和利用還不成熟，它的開(kāi)發(fā)和利用是目前世界面臨的一個(gè)難題。目前對(duì)赤泥的處理主要是將赤泥作為一種整體原料進(jìn)行利用，將其有用的成分分離出來(lái)。赤泥是一種有價(jià)值的礦物原料，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中，也達(dá)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(jià)值高，如果進(jìn)行此類金屬品的提取，就會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益不好，這類金屬很少用在工業(yè)生產(chǎn)中，所以對(duì)這類金屬的提取還處于研究的階段。目前進(jìn)行有價(jià)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(guó)學(xué)者提出，早在幾年前，已經(jīng)有相對(duì)成熟的技術(shù)，這種方法有優(yōu)勢(shì)也有不足，優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)㈣F、鋁、鈦、鈧等金屬進(jìn)行分步回收，缺點(diǎn)是這種方法對(duì)能源的消耗大，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程多而雜，還會(huì)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(jìn)行有價(jià)金屬的提取不環(huán)保，對(duì)生態(tài)環(huán)境不利。采用濕法冶金的方法提出有價(jià)金屬的過(guò)程是：先進(jìn)行預(yù)處理，將處理后的化合物進(jìn)行酸浸，再將所得的化合物用溶劑萃取，然后進(jìn)行化合物的沉淀，最后進(jìn)行煅燒，這個(gè)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，并且在這個(gè)過(guò)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(gè)良好的發(fā)展趨勢(shì)。