赤泥提鋁渣回收鈦試驗(yàn)初探

張登高，劉 巍，范艷青

（礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160）

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2020年，我國(guó)鋁土礦產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的24%，赤泥產(chǎn)生量占全球產(chǎn)生量的55%，約為1億t[1]。目前，我國(guó)赤泥歷史堆存量已超10億t，赤泥能否大規(guī)模綜合利用與鋁工業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)。2021年3月，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，該意見(jiàn)提出，到2025年，赤泥等新增大宗固廢綜合利用率達(dá)到60%，存量大宗固廢有序減少。目前，赤泥利用研究主要涉及有價(jià)元素提?。ㄨF、鋁、鈦、鈧等）[2-10]、建筑材料生產(chǎn)[11-13]、功能材料制造[14-16]等方面。由于赤泥堆存量大，目前的研究與赤泥減量化、高值化的利用要求還有很大的差距。低鐵赤泥可以進(jìn)行深度脫堿和高效提鋁，熟料氧化鋁浸出率大于85%，脫堿提鋁后渣量較原赤泥減少近50%，實(shí)現(xiàn)赤泥的減量化和鋁的提取。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，本文對(duì)赤泥提鋁渣中鈦的回收進(jìn)行了初步試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)原料

1.1 原料粒度

經(jīng)粒度分析，赤泥提鋁渣中，200目（-74 μm）以下占比為88.53%，325目（-45 μm）以下占比為73.11%，400目以下（-37 μm）占比為66.16%，500目以下（-25 μm）占比為52.83%。由此可見(jiàn)，赤泥提鋁渣粒度很細(xì)。

1.2 化學(xué)成分

經(jīng)化學(xué)元素分析，赤泥提鋁渣的主要化學(xué)成分有Al2O3、SiO2、CaO、Fe2O3、TiO2、Na2O和MgO，如表1所示。經(jīng)合計(jì)，7種主要成分的含量為84.52%。

表1 赤泥提鋁渣的化學(xué)成分

1.3 物相分析

赤泥提鋁渣的X射線衍射（XRD）分析如圖1所示。赤泥提鋁渣礦物相主要有鈣鈦礦、碳酸鈣（方解石）、硅酸二鈣、鈣鋁榴石和鈣黃長(zhǎng)石，還有一部分由含鈉鈣的鋁硅酸鹽非晶相組成。另外，總體衍射譜的背景值偏高且小角度衍射譜峰型很寬，說(shuō)明還存在一定量的非晶質(zhì)及隱晶質(zhì)。

圖1 赤泥提鋁渣的XRD分析譜圖

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分別采用選礦和酸浸的方式進(jìn)行鈦的分離。選礦方式包括重選、搖床、磁選和浮選，酸浸采用硫酸作為浸出劑。

2.1 選礦試驗(yàn)

通過(guò)選礦試驗(yàn)分別得到精礦和尾礦，精礦和尾礦經(jīng)液固分離與干燥后，送樣分析鈦含量，最終通過(guò)精礦和尾礦的產(chǎn)率以及鈦含量計(jì)算鈦的回收率。

2.2 酸浸試驗(yàn)

將計(jì)量好的硫酸溶液和赤泥提鋁渣倒入燒杯中，在設(shè)定溫度下于水浴鍋中攪拌浸出。反應(yīng)結(jié)束，液固分離，浸出渣洗滌和干燥，然后送樣分析鈦含量，通過(guò)渣率及鈦含量計(jì)算鈦的浸出率。

3 結(jié)果及討論

3.1 選礦試驗(yàn)

選礦試驗(yàn)主要有4種，即重選試驗(yàn)、搖床試驗(yàn)、磁選試驗(yàn)和浮選試驗(yàn)。

3.1.1 重選試驗(yàn)

室溫下，固態(tài)渣的密度可近似地用加和法估算，其計(jì)算公式[17]為

式中：ρ渣為固態(tài)渣的密度，g/cm3；αM為固態(tài)渣中成分M的密度，g/cm3；ωM為固態(tài)渣中成分M的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

固態(tài)渣中不同組分的密度如表2所示。

表2 固態(tài)渣中不同組分的密度

CaTiO3理論密度為4.01 g/cm3，硅酸二鈣（2CaO·SiO2）理論密度為2.97 g/cm3。根據(jù)表1數(shù)據(jù)和式（1）計(jì)算，赤泥提鋁渣的密度為2.80 g/cm3，由于其主要化學(xué)成分含量為84.52%，可判斷實(shí)際赤泥提鋁渣的密度大于2.80 g/cm3。因此，赤泥提鋁渣密度與硅酸二鈣的密度相近。

礦石重選難易性主要由待分離物料的密度差決定，可用重選可選性判斷準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，其計(jì)算公式[18]為

式中：E為重選可選性判斷準(zhǔn)則參數(shù)；ρ為水的密度，g/cm3；ρ1為被分選物料中低密度組分的密度，g/cm3；ρ2為被分選物料中高密度組分的密度，g/cm3。

一般認(rèn)為，E＞2.50時(shí)，礦石極易選；1.75＜E≤2.50時(shí)，礦石易選；1.50＜E≤1.75時(shí)，礦石可選；1.25＜E≤1.50時(shí)，礦石難選；E≤1.25時(shí)，礦石極難選。由于赤泥提鋁渣密度與硅酸二鈣的密度相近，根據(jù)式（2）計(jì)算，鈣鈦礦與硅酸二鈣分選的E值為1.53，可見(jiàn)，重選不易分選赤泥提鋁渣中的鈦，因此重選不適用于赤泥提鋁渣中鈦的分離與富集。

3.1.2 搖床試驗(yàn)

搖床是一種利用不同密度和粒度的礦粒在搖床表面受到的不同機(jī)械合力來(lái)進(jìn)行分選的設(shè)備，其富集比高，廣泛地應(yīng)用于鈦的分選。對(duì)于不同類(lèi)型的礦石，搖床的最佳分選粒度是不同的，粒度過(guò)粗或者過(guò)細(xì)對(duì)于分選指標(biāo)都會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。對(duì)赤泥提鋁渣進(jìn)行粒級(jí)篩分，篩分粒度分別為+325目、-325目至+500目、-500目，采用1 000 mm×500 mm的搖床對(duì)3個(gè)粒級(jí)的原料分別進(jìn)行分選試驗(yàn)。分級(jí)搖床試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可知，3個(gè)粒級(jí)搖床試驗(yàn)中，鈦在精礦和尾礦中的含量基本相同，因此，在試驗(yàn)條件下，搖床無(wú)法實(shí)現(xiàn)赤泥提鋁渣中鈦的分離與富集。

表3 分級(jí)搖床試驗(yàn)結(jié)果

3.1.3 磁選試驗(yàn)

鈣鈦礦的比磁化系數(shù)為24×10-6cm3/g，有弱磁性，用濕式強(qiáng)磁選機(jī)進(jìn)行磁選試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知，磁選精礦和尾礦中鈦含量基本相同，因此，在試驗(yàn)條件下，強(qiáng)磁選不能實(shí)現(xiàn)赤泥提鋁渣中鈦的分離與富集。

表4 強(qiáng)磁選試驗(yàn)結(jié)果

3.1.4 浮選試驗(yàn)

采用5組不同藥劑對(duì)赤泥提鋁渣進(jìn)行浮選試驗(yàn)，結(jié)果如表5所示。試驗(yàn)1中，油酸用量為400 g/t礦，糊精用量為50 g/t礦，2#油用量為50 g/t礦；試驗(yàn)2中，糊精用量為500 g/t礦，甲苯用量為400 g/t礦，BK43捕收劑用量為650 g/t礦，2#油用量為50 g/t礦，硫酸（濃度10%）用量為24 000 g/t礦；試驗(yàn)3中，草酸用量為1 000 g/t礦，油酸用量為400 g/t礦，2#油用量為50 g/t礦；試驗(yàn)4中，水玻璃（濃度5%）用量為1 000 g/t礦，油酸用量為400 g/t礦，2#油用量為50 g/t礦。由表5可知，浮選精礦和尾礦中鈦含量基本相同，因此，在試驗(yàn)條件下，浮選不能實(shí)現(xiàn)赤泥提鋁渣中鈦的分離與富集。

表5 浮選試驗(yàn)結(jié)果

3.2 酸浸試驗(yàn)

酸浸試驗(yàn)以硫酸為浸出劑，在溫度90 ℃、浸取時(shí)間2.5 h、液固比4∶1的條件下考察不同硫酸濃度（4 mol/L和7 mol/L）對(duì)鈦浸出效果的影響，如表6所示。由表6可知，在酸浸試驗(yàn)條件下，大部分TiO2被浸出到溶液中，為赤泥提鋁渣中鈦的回收提供了可能性。

表6 酸浸試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

赤泥提鋁渣粒度細(xì)，其中的鈦主要以獨(dú)立礦相鈣鈦礦的形式存在。本文以赤泥提鋁渣為研究對(duì)象，開(kāi)展選礦試驗(yàn)和酸浸試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)渣中鈦的分離。選礦試驗(yàn)表明，根據(jù)重選可選性判斷準(zhǔn)則，重選無(wú)法實(shí)現(xiàn)赤泥提鋁渣中鈦的分離與富集；在試驗(yàn)條件下，搖床、磁選、浮選得到的精礦和尾礦中鈦含量基本相同，亦不能實(shí)現(xiàn)赤泥提鋁渣中鈦的分離與富集。在酸浸試驗(yàn)條件下，大部分鈦可被浸出到溶液中，說(shuō)明赤泥提鋁渣通過(guò)酸浸方式回收鈦具有一定的可能性。