酸浸法回收赤泥中鈦、鐵、鋁等金屬的方法綜述及展望

劉 永，田明旺，黃鴻龍，劉 兵，蔡平雄

（北部灣大學(xué) 石油與化工學(xué)院，廣西 欽州 535000）

赤泥中含有大量氧化鐵，導(dǎo)致其外觀一般呈紅色或紅褐色，所以被稱為赤泥[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國氧化鋁生產(chǎn)工藝中，每生產(chǎn)1.0 t氧化鋁就會(huì)產(chǎn)生1.0～2.5 t赤泥[2]。我國近幾年的赤泥產(chǎn)出量已高達(dá)1億t/年，世界赤泥年產(chǎn)出量預(yù)計(jì)超1.5億t。全球?qū)Τ嗄嗟钠骄寐蕿?5.00%，而我國對(duì)赤泥的綜合利用率僅為4.00%[3-5]。目前，赤泥的主要處理方法為筑壩堆存，但是，堆存的赤泥易引發(fā)土壤堿化與水體污染等環(huán)境問題。隨著國家對(duì)環(huán)境越來越重視，人們對(duì)赤泥的綜合處理也越來越重視，找到經(jīng)濟(jì)又環(huán)保的赤泥綜合處理工藝成為當(dāng)務(wù)之急。

本研究介紹了酸浸法回收赤泥中鈦、鐵、鋁等金屬的不同方法以及研究進(jìn)展，分析并比較了各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以期為回收赤泥中的鈦、鐵、鋁等金屬提供參考。

1 赤泥的性質(zhì)與組成

赤泥是氧化鋁工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢物，呈強(qiáng)堿性。根據(jù)氧化鋁生產(chǎn)工藝的不同，可將赤泥的產(chǎn)生途徑分為拜爾法、燒結(jié)法和聯(lián)合法3種類型，主要成分有氧化鋁、氧化鐵、二氧化鈦和氧化鈣等[1]。由于不同工藝與不同礦產(chǎn)的影響，赤泥主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所差異。我國不同地區(qū)生產(chǎn)的赤泥的主要成分如表1所示[6]。

表1 我國不同地區(qū)氧化鋁廠生產(chǎn)的赤泥的主要成分

由表1可知，赤泥中鈦、鐵、鋁等金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，從赤泥中回收鈦、鐵、鋁等金屬有很大的可行性與回收利用價(jià)值，對(duì)赤泥的綜合治理有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 從赤泥中回收鈦、鐵、鋁等金屬相關(guān)研究

2.1 鈦的回收

鈦?zhàn)鳛槌嗄嗟挠行С煞种?，具有回收利用價(jià)值，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究。目前，從赤泥中提取鈦的主要方法是酸浸法。

酸浸法回收赤泥中的鈦主要是利用酸與赤泥中的氧化物等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而回收鈦。Agatzini-Leonardou等[7]采用稀硫酸對(duì)赤泥進(jìn)行浸取，當(dāng)浸出溫度為60 ℃、硫酸濃度為3 mol/L、液固比為20∶1（mL/g）時(shí)，鈦的回收效率達(dá)到64.50%。此法所用酸濃度較小但用量較大。朱曉波等[8]采用硫酸、鹽酸和硝酸3種酸從赤泥中提取鈦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：硫酸作為浸出劑最合適，在硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.00%、浸出溫度為100 ℃、液固比為6∶1和反應(yīng)時(shí)間為60 min的條件下，鈦的浸出率達(dá)90.00%。此外，還有學(xué)者研究了赤泥浸取鈦的助浸劑，例如Zhu等[9]開展了在硫酸體系中以檸檬酸為助浸劑浸取鈦的研究，研究表明：在赤泥浸出過程中，添加檸檬酸可顯著提高鈦的回收率和降低硫酸的消耗量。通過添加5.00%的檸檬酸，鈦的浸出率從65.00%提高到82.00%，硫酸消耗量降低30.00%，赤泥中的鈣鈦礦、板鈦礦和赤鐵礦更易溶解、溶出。

酸浸法可有效回收赤泥中的鈦成分，用硫酸浸取回收赤泥中的鈦有較高的回收率。然而，酸浸法所消耗的酸量較大、腐蝕性較強(qiáng)，浸取后的固體廢物呈酸性，需要進(jìn)一步處理。

2.2 鐵的回收

赤泥中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，回收利用價(jià)值較大。目前，從赤泥中回收鐵的方法以酸浸法為主。

酸浸法常用于冶金行業(yè)，在赤泥的綜合回收利用研究中，諸多學(xué)者運(yùn)用酸浸法進(jìn)行赤泥中有價(jià)金屬的回收利用。薛真等[10]通過正交實(shí)驗(yàn)得到鹽酸浸出赤泥的最佳條件：鹽酸濃度為6 mol/L、溫度為110 ℃、液固比為6∶1、反應(yīng)時(shí)間為90 min。在最佳條件下，鋁和鐵的浸出率分別為83.00%、84.00%，回收效果較好。謝武明等[11]利用鹽酸浸出提取赤泥中的鋁和鐵，實(shí)驗(yàn)得到最佳工藝條件：赤泥粒度為150 μm、酸浸溫度為80 ℃、鹽酸濃度為10 mol/L、液固比為8∶1（V/m）、浸出時(shí)間為150 min。此時(shí)，鋁的浸出率為96.70%，鐵的浸出率為95.10%，鐵鋁的總浸出率為96.00%。此法所得鐵鋁的浸出率很高，可對(duì)赤泥中的鐵鋁進(jìn)行有效回收利用。然而，酸浸法也存在腐蝕性強(qiáng)、耗酸量大、浸出渣酸性強(qiáng)的問題，同時(shí)其生產(chǎn)成本與后期廢物處理成本也較高。

2.3 鋁的回收

赤泥中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，特別是拜耳法工藝產(chǎn)出的赤泥中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20.00%，有回收利用價(jià)值。

魯桂林等[12]采用鹽酸浸取回收Al2O3，實(shí)驗(yàn)得到較為合適的反應(yīng)條件：鹽酸濃度為6 mol/L、鹽酸（mL）與赤泥（g）的液固比為4∶1、酸浸溫度為109 ℃，采用二次浸出的方式，最終得到Al2O3的浸出率為89.00%。國外學(xué)者運(yùn)用硫酸從赤泥中浸取回收鋁進(jìn)行研究，例如?AYAN等[13]采用硫酸浸出回收鋁，在90 ℃下使用4 mol/L硫酸浸出4 h，固液比值為0.04，鋁的回收率為96.82%。酸浸法常被用于從赤泥中回收鋁，具有高回收率、工藝簡單等特點(diǎn)，但也具有腐蝕性強(qiáng)、耗酸量大、浸出渣酸性強(qiáng)、成本高的問題，且目前還處于實(shí)驗(yàn)階段，工業(yè)化發(fā)展還有很長的路要走。

2.4 其他金屬的回收方法

赤泥中除了鐵、鈦、鋁這3種主要金屬，還有其他金屬存在，同樣有回收利用價(jià)值，許多學(xué)者也對(duì)此進(jìn)行了研究。

Liu等[14]通過硫酸化焙燒-水浸法從山東中鋁高堿拜爾法赤泥中有選擇性地回收鈧、鈉。在焙燒溫度為750 ℃、焙燒時(shí)間為40 min、水浸溫度為65 ℃、浸出時(shí)間為30 min、液固比為10∶1的良好焙燒和水浸條件下，鈧、鈉的浸出率分別達(dá)到60.00%、95.00%。王克勤等[15]采用鹽酸兩段浸出氧化鋁赤泥中的釩，浸出率達(dá)97.96%；二段浸出液經(jīng)蒸發(fā)濃縮及凈化除雜后，采用100.00%醋酸戊酯進(jìn)行3級(jí)萃取，萃取率達(dá)到95.76%。Ochsenkühn-Petropoulou等[16]采用稀硝酸浸出赤泥，運(yùn)用離子交換法從其浸出液中分離鈧、鑭系元素。

3 結(jié)語

赤泥的處理一直是氧化鋁工業(yè)的重大難題，其對(duì)氧化鋁工藝產(chǎn)生了很大限制。赤泥中含有大量金屬，對(duì)其進(jìn)行回收利用是綜合處理赤泥的好方法。對(duì)赤泥的性質(zhì)進(jìn)行簡單介紹，并介紹了酸浸法回收赤泥中鈦、鐵、鋁等金屬的方法，這些方法可有效回收利用赤泥中的鈦、鐵、鋁等金屬，但也有一定的局限性。同時(shí)，這些方法現(xiàn)在大多處于實(shí)驗(yàn)階段，其工業(yè)化應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。