從赤泥中提取鈦的試驗(yàn)研究

李亮星，黃茜琳

（江西理工大學(xué)建筑與資源工程系（南昌校區(qū)），江西南昌 330013）

鋁土礦生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的赤泥中通常含有鐵、鈦、鈧等有價(jià)金屬。目前，富礦赤泥幾乎作為固體廢棄物堆存，不僅污染環(huán)境也造成資源浪費(fèi)［1］。因此，研究了以某氧化鋁廠赤泥為原料，采用濃硫酸分解法回收有價(jià)金屬鈦［2－3］，主要考察酸渣質(zhì)量比、酸解溫度、酸解時(shí)間、浸出時(shí)間及浸出液固體積質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響，確定了合理工藝條件。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

試驗(yàn)原料為某氧化鋁廠的副產(chǎn)物赤泥經(jīng)鹽酸處理后的浸出渣，其中主要金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為Fe 2.7%，Ca 13.65%，Al 14.17%，Ti 28.4%；鈦主要以鈣鈦礦（Ca TiO3）和鐵與鈦氧化物復(fù)合（Fe2TiO4）形式存在。

1.2 試驗(yàn)原理

赤泥中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，在提取鈦之前首先用低濃度的鹽酸溶液浸出赤泥，將其中的鐵溶解入浸出液中，而鈦不被溶解，以Ca TiO3形式留在浸出渣中。用濃硫酸分解含鈦浸出渣，鈦則轉(zhuǎn)變?yōu)橐兹艿腡iOSO4·2H2O水合物，水浸后鈦進(jìn)入溶液而大部分雜質(zhì)留在浸出渣中，從而實(shí)現(xiàn)鈦與雜質(zhì)的有效分離。主要反應(yīng)式如下：

1.3 試驗(yàn)方法

將赤泥鹽酸浸出渣和濃硫酸按一定比例在燒杯中攪拌均勻調(diào)成漿，加熱至反應(yīng)所需溫度時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，到達(dá)反應(yīng)時(shí)間后取出冷卻，加入一定量的水?dāng)嚢杞觯^(guò)濾后分析浸出液中鈦的質(zhì)量濃度，計(jì)算鈦浸出率。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸渣質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響

酸渣質(zhì)量比即濃硫酸的質(zhì)量與渣的質(zhì)量比。試驗(yàn)中渣的質(zhì)量固定，改變濃硫酸的用量。取赤泥的鹽酸浸出渣30 g，在200℃、酸解時(shí)間2 h、水浸液固體積質(zhì)量比10∶1、浸出時(shí)間2 h條件下，考察酸渣質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 酸渣質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響

從圖1看出，當(dāng)酸渣質(zhì)量比在1.0～1.8之間時(shí)，隨酸渣質(zhì)量比增大，鈦浸出率提高。但酸渣質(zhì)量比過(guò)大，剩余酸量較多，浸出液中酸濃度較高，給后期鈦液的水解造成困難，不利于鈦的回收，因此試驗(yàn)確定適宜的酸渣質(zhì)量比為1.4∶1，此時(shí)鈦浸出率在89%以上。

2.2 酸解溫度對(duì)鈦浸出率的影響

在酸渣質(zhì)量比為1.4∶1、酸解時(shí)間2 h、水浸液固體積質(zhì)量比10∶1、浸出時(shí)間2 h條件下，酸解溫度對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 酸解溫度對(duì)鈦浸出率的影響

從圖2看出：酸解溫度顯著影響鈦浸出率：隨酸解溫度升高，鈦浸出率明顯升高；當(dāng)酸解溫度為300℃時(shí)，鈦浸出率達(dá)到95%以上。從物相分析結(jié)果看出，赤泥中的大部分鈦是以鈣鈦礦形式存在，而鈣鈦礦是一種難分解的物質(zhì)，在常溫下很難分解；但溫度過(guò)高，硫酸揮發(fā)程度增大，所以確定酸解溫度以300℃為宜。

2.3 酸解時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響

在酸解溫度300℃、水浸液固體積質(zhì)量比為10∶1、浸出時(shí)間2 h條件下，酸解時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 酸解時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響

從圖3看出：隨酸解時(shí)間延長(zhǎng)，鈦浸出率升高；當(dāng)酸解時(shí)間為2.0 h時(shí)，鈦浸出率達(dá)97%以上；再繼續(xù)延長(zhǎng)酸解時(shí)間，鈦浸出率提高幅度不大。因此，酸解時(shí)間控制在2.0 h以內(nèi)為宜。

2.4 浸出時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響

在酸解溫度300℃、酸解時(shí)間2 h，水浸液固體積質(zhì)量比10∶1條件下，浸出時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 浸出時(shí)間對(duì)鈦浸出率的影響

從圖4看出：隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)，鈦浸出率略有提高；浸出時(shí)間為0.5 h時(shí)，鈦浸出率為94.5%；浸出時(shí)間為1.5 h時(shí)，鈦浸出率為96.7%；之后，鈦浸出率提高幅度不大。綜合考慮，選擇浸出時(shí)間為1.5 h。

2.5 水浸液固質(zhì)量體積比對(duì)鈦浸出率的影響

在酸解溫度300℃、酸解時(shí)間2.0 h、浸出時(shí)間1.5 h條件下，水浸液固體積質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈦浸出率的影響

從圖5看出，水浸時(shí)液固體積質(zhì)量比的變化對(duì)鈦浸出率影響不大。這是因?yàn)榻?jīng)過(guò)濃硫酸酸化后的固體產(chǎn)物比較疏松，鈦的硫酸鹽很容易被水浸出；但液固體積質(zhì)量比不能太小，否則液體無(wú)法全部覆蓋固體物；液固體積質(zhì)量比過(guò)大，浸出液中鈦的濃度較低，穩(wěn)定性好，不易水解，給鈦液水解回收鈦帶來(lái)一定的難度。綜合考慮，水浸時(shí)，固液體積質(zhì)量比以10∶1較為適宜。

2.6 赤泥鹽酸浸出渣的酸解正交試驗(yàn)

采用L9（34）正交試驗(yàn)，因素為酸解溫度、酸解時(shí)間、浸出時(shí)間和水浸液固比。每次試驗(yàn)取鹽酸浸出渣30 g；取酸解浸出液分析其中鈦的質(zhì)量濃度，計(jì)算鈦浸出率；浸出渣烘干后稱量質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 硫酸酸解試驗(yàn)結(jié)果

從表1看出，影響鈦浸出率的4個(gè)因素中，酸解溫度的極差最大（8.74），說(shuō)明酸解溫度的變化對(duì)鈦浸出率影響最大，是影響鈦浸出的主要因素。影響鈦浸出率的各因素順序?yàn)椋核峤鉁囟龋舅峤鈺r(shí)間＞浸出時(shí)間＞水浸液固體積質(zhì)量比。A3B2C1D2為試驗(yàn)條件下的最佳搭配，即酸解溫度300℃，酸解時(shí)間為2.0 h，浸出時(shí)間為1.0～1.5 h，水浸液固比10∶1，在此條件下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，得到鈦浸出率平均為97%，浸出液中鈦質(zhì)量濃度為29.9 g／L。

3 結(jié)論

1）氧化鋁廠赤泥中的鈦主要以鈣鈦礦形式和鐵與鈦氧化物復(fù)合形式存在，其中鈦經(jīng)濃硫酸分解后可以TiOSO4·2 H2O形式進(jìn)入溶液。

2）采用硫酸法提取赤泥酸浸渣中的鈦是可行的，具有一定的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益；但鈦液中的鋁含量較高，給鈦液的水解造成一定困難。因此，從鈦液中如何徹底脫鋁還有待進(jìn)一步研究。

3）酸解溫度對(duì)鈦浸出率影響較大，酸解法最佳條件為：酸渣質(zhì)量比1.4∶1，酸解溫度300℃，酸解時(shí)間2.0 h，浸出時(shí)間1.0～1.5 h，水浸液固體積質(zhì)量比10∶1。最佳條件下，鈦浸出率為97%，浸出液中鈦質(zhì)量濃度29.9 g／L。

［1］ 劉淑清.淺議赤泥的綜合利用［J］.輕金屬，2010（7）：26-28.

［2］ 孫道興.赤泥脫堿處理和有價(jià)金屬鈦鈧提取的研究［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2008，40（10）：49-52.

［3］ 廖春發(fā)，姜平國(guó)，焦云芬，等.赤泥中鈦硫酸浸出的工藝條件及動(dòng)力學(xué)研究［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2008（2）：45-47.