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赤泥中有价金属与稀土金属的回收

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2016-01-20 共4575字
摘要

  1前言。

  赤泥是铝土矿生产Al2O3过程中产生的固体废弃物,因其富含Fe2O3(20%~50%)呈红褐色,故称之为赤泥[1].在Al2O3生产过程中,由于矿石品位和生产工艺的不同,赤泥的产生量变化较大,平均每生产1tAl2O3,大约产生1.0~1.8t赤泥[2].目前,全球每年赤泥产生量超过7 000万t,其中中国赤泥产生量就超过3 000万t[3].赤泥是一种碱性污染物,矿物组成及化学成分较复杂,若不加以处理,会污染地下水体和土壤;裸露堆放的赤泥,因其粒度极细,会随风飞扬,污染空气,故必须采取有效措施处理该类废弃物。赤泥综合利用主要包括三个方面:一是制备建筑材料,如免烧砖、蒸压砖、陶粒等;二是制备吸附材料,用于废水处理[4];三是提取Fe、Al、Ti、Sc等有价金属。据地质科学研究者评估,铝土矿中其他金属的潜在价值远远超过生产Al2O3的价值。赤泥中TiO2含量一般在4%~12%之间,通常以锐钛矿、钙钛矿等形式存在。

  Sc是一种重要的稀土元素,很少以富集矿形式存在,一般认为矿石中Sc的含量在0.002%~0.005%即为重要Sc资源。铝土矿中Sc的含量一般超过0.004%,而赤泥经提Al后Sc含量可富集至0.01%以上[5].

  因此,从赤泥中提取Fe、Al、Ti、Sc等有价金属具有重大经济效益。

  2赤泥的特性。

  根据Al2O3生产工艺,赤泥主要分为三种:拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥[2].赤泥中主要化学成分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、CaO、TiO2、NaO和MgO,以及少量的Sc2O3、V2O5和稀土元素等,而主要的矿物组成包括赤铁矿(α-Fe2O3)、针铁矿(α-FeOOH)、水化石榴石[Ca3AlFe(SiO4)(OH)8]、含水铝硅酸钠(Na2O·Al2O3·1.68SiO2·1.73H2O)、钙钛矿(CaTiO3)等[6].不同Al2O3生产工艺产生的赤泥中各成分的含量存在一定差异。拜耳法产生的赤泥含Al2O3、Fe2O3比烧结法或联合法高;烧结法或联合法产生的赤泥含SiO2、CaO比拜耳法高。拜耳法生产氧化铝工艺具有回收率高和成本低等特点,在国内外得到广泛应用。拜耳法赤泥具有胶结的孔架结构,主要由凝聚体、集粒体和团聚体三级结构构成,三者之间存在凝聚体孔隙、集粒体孔隙、团聚体孔隙,使得赤泥的比表面积较大。此外拜耳法赤泥一般具有粒度小、塑性好、含水量高、压缩性高、pH值高等特性[7].烧结法赤泥具有高钙低铝的特点,其物相主要呈现三类形态:薄片状或者大块状聚集体,片状、柱状和颗粒状等规则形态,毛发状、细丝状聚集体。比表面积一般在0.26m2/g左右,表面积平均粒径为16.486μm[8].

  3赤泥中有价金属的回收。

  赤泥中主要有价金属包括Fe、Al、Ti、Sc、V和La等稀土元素[9,10],除铁外的有价金属一般采用化学选矿或湿法冶金技术提取回收[11-15].

  3.1 Fe的回收。

  回收赤泥中Fe通常采用还原焙烧使Fe2O3转变为Fe3O4,然后磁选出Fe3O4;或将赤泥直接用电炉熔炼出生Fe;或先将赤泥还原成海绵Fe,后用电炉熔炼出钢[16].

  赣州有色冶金研究所[16]于1999年开展了赤泥直接选Fe的半工业化试验研究。该工艺采用湿式-立环-脉动-高梯度强磁选设备进行一粗一精的强磁选。开路循环获得品位为54.16%的铁精矿,Fe回收率为30.30%;闭路循环获得品位为54%~58%的铁精矿,Fe回收率为16%~36%.何平波等[17]采用选择性疏水絮凝磁选工艺回收拜耳法赤泥中铁矿物。结果表明,通过加入六偏磷酸钠可增大含铁矿物与脉石组分的分离度,加入表面活性剂油酸、煤油可使含铁矿物间的相互吸引增大,将处理后的赤泥分别进行磁感应强度1.65T的粗磁选,粗选精矿再进行磁感应强度0.8T的精磁选,最终得到品位为50.62%的铁精矿,Fe回收率为45.97%.高建阳[18]研究了还原焙烧处理拜耳法赤泥的方法。研究表明赤泥中按比例配入碱粉、石灰和还原剂等,混合后在高温状态下进行还原焙烧,在提取Fe获得优质海绵Fe的同时,还可以溶出Al2O3和Na2O.

  赤泥中Fe2O3含量为35.5%,采用高温还原焙烧-溶出-磁选新工艺,通过配入还原助剂、复合助剂,控制碳比等进行多组分配料,Fe回收率为94.42%,可得到品位为93.7%的海绵Fe,同时Al2O3和Na2O的溶出率分别达75%和80%.梅贤恭等[19]对某高铁赤泥在煤基还原过程中铁晶粒的反应行为进行了研究。结果表明,添加催化剂可促进铁晶粒的长大,进而促进Fe的分离,且催化剂的作用大于温度效应。黄柱 成 等[20]研 究 了 添 加3%Na2CO3和3%CaF2直接还原处理高铁赤泥。结果表明,在1 115℃下还原3h,可得到品位为89.57%和回收率为91.15%的海绵Fe.周凯[21]就低温拜耳法赤泥磁选提Fe进行了研究。结果表明,粗细分选-中矿磨选工艺效率和金属回收率均较高,最大限度地减少了过磨和金属流失,分别获得品位为59.42%、回收率为22.82%的细粒铁精矿和品位为55.30%、回收率为70.04%的粗粒铁精矿。

  3.2 Al的回收。

  赤泥中Al2O3含量随所采用生产工艺的不同而有所差异,一般为15%~25%.提取赤泥中Al2O3的主要方法有碱-石灰烧结法、亚熔盐法等。

  碱-石灰烧结法[22]是一种常用的提Al方法,在赤泥中添加适量的石灰和纯碱,于1 000~1 050 ℃下焙烧30~40min,控制熟料中Na2O·Fe2O3质量分数为10%~12%,钙铁摩尔比为1.0~1.2,所得熟料在80℃下溶出15min,Al2O3回收率可达85%~90%.李军旗等[23]进行了烧结法处理高钙高铝拜耳法赤泥回收Al2O3的研究。考察了钙比、碱比、烧结温度和烧结时间对Al2O3溶出率的影响。结果表明,在烧结温度1 030 ℃、烧结时间40min、钙比2.4、碱比1.96的条件下,Al2O3溶出率达83.12%.

  孙旺等[24]就NaOH亚熔盐法处理拜耳法赤泥的Al、Si行为进行了研究,着重考察了溶出温度、碱泥比、添加CaO等对处理效果的影响。结果表明,在溶出温度230℃、溶出时间2h、碱泥比6的条件下,Al2O3溶出率可达79.22%左右。

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