盐酸浸出赤泥中镧的研究.pdf

3 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／t y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年3 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 3 ．0 11 盐酸浸出赤泥中镧的研究 宋嘉伟，王克勤，陈津 太原理工大学材料科学与工程学院，太原0 3 0 0 2 4 摘要采用正交试验考察了盐酸浸出赤泥中铺元素的影响因素。结果表明，在下述最佳条件下镧浸出率 可达9 6 ．6 7 ％温度1 0 9 ℃ 即沸点 、时间1 8 0r n i n 、盐酸浓度8m o l ／L 、液固比8 。 关键词赤泥；镧；盐酸；浸出率；正交试验 中围分类号T F 8 4 5文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 f 2 0 1 3 0 3 0 0 3 8 0 3 S t u d yo nL e a c h i n go fL a n t h a n u mf r o mR e dM u d w i t hH y d r o c h l o r i cA c i d S O N GJ i a - w e i ，W A N GK e - q i n ，C H E Nj i n C o l l e g eo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g 。T a i y u a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，T a i y u a n0 3 0 0 2 4 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fp r o c e s sf a c t o r so nl e a c h i n go fl a n t h a n u mf r o mr e dm u dw i t hh y d r o c h l o r i ca c i dw e r e i n v e s t i g a t e db ym e a n so fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h el e a c h i n gr a t eo fl a n t h a n u mi s 9 6 ．6 7 ％u n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gt e m p e r a t u r eo f1 0 9 ℃ t h eb o i l i n gp o i n to fs o l u t i o n ， t i m eo f18 0m i n ，c o n c e n t r a t i o no fh y d r o c h l o r i ca c i do f8m o l ／L ，a n dr a t i oo fl i q u i dt os o l i do f8 ． K e yw o r d s r e dm u d ；l a n t h a n u m ；h y d r o c h l o r i ca c i d ；l e a c h i n gr a t e ；o r t h o g o n a le x p e r i m e n t 赤泥作为氧化铝工业生产过程中排出的固体废 弃物，含有丰富的稀土元素。按照现有的生产工艺 和铝土矿成分来看，每生产1t 氧化铝可以副产0 ．7 ～1 ．7t 赤泥[ 1 ] 。赤泥中含有放射性元素，且含有大 量的碱，易随雨水渗入地下污染水源。因此，从赤泥 中提取稀土元素可以保护环境和提高矿产资源利用 率。随着全球稀土消费量的持续增长，从赤泥中提 取稀土具有重要意义[ 4 ] 。 1 我国赤泥中稀土的赋存状况 在氧化铝生产过程中，在高p H 即强碱状态下 稀土离子一般转化成稀土氢氧化物，脱水后生成稀 土氧化物凝胶，干燥后变成氧化物分散在赤泥中。 赤泥中的钪和稀土元素主要以类质同象形式分散于 铝土矿及其副矿中，如金红石、钛铁矿、锐钻石、锆英 石、独居石等[ 5 ] 。 收稿日期2 0 1 2 0 9 1 1 基金项目山西省科技攻关项目 2 0 1 0 - 2 8 作者简介宋嘉伟 1 9 8 8 一 ，男，山西大同人，硕士研究生 在我国，根据氧化铝厂使用的铝土矿种类和氧 化铝工艺的不同，稀土金属在赤泥中的含量也不同。 贵州铝厂拜耳法赤泥S c 。O 。含量为0 ．0 1 0 7 ％， R E 。O 。含量为0 ．1 4 ％，烧结法赤泥S c 。0 。含量为 0 ．0 0 9 5 ％，R E 。O 。含量为0 ．1 3 2 ％；郑州铝厂赤泥 S c 。0 3 含量为0 ．0 0 7 0 5 ％，R E O 。含量为0 ．0 0 6 6 ％； 山东铝厂S c 。O 。含量为0 ．0 0 4 4 9 ％，R E 。O 。含量为 0 ．0 6 6 4 ％[ 钉；山西铝厂拜耳法赤泥S c 2 0 。含量为 0 ．0 1 9 ％，R E 2 0 。含量为0 ．3 1 ％，烧结法S c z 0 。含量 为0 ．0 2 ％口] 。 2 试验原料 试验所用的赤泥来自广西，主要成分 ％ A 1 2 0 31 7 ．0 7 、S i 0 27 ．7 1 、C a O1 2 ．6 6 、F e 2 0 34 0 ．2 3 、 N a 2 06 ．3 2 、T i O 。6 ．0 5 、R E O0 ．1 5 3 、烧失9 ．8 1 。赤 泥的X R D 衍射图谱如图1 所示，T p D T A 分析曲 万方数据 2 0 1 3 年3 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 3 9 线见图2 。 图1 赤泥的X R D 谱 F i g ．1 X R Dp a t t e r no fr e dm u d 图2 赤泥的T G 和D T A 分析曲线 F i g ．2 T Ga n dD T Ac l l r v e so fr e dm u d 由图2 可知，从室温到2 6 0 ℃的失重速率较快 而且为吸热反应；在2 6 0 ～8 0 0 ℃发生放热反应；在 8 0 011 0 0 ℃再次发生吸热反应。结合赤泥的物 相及图1 的D T A 分析曲线可知，在室温到2 6 0 ℃ 的失重主要是脱除赤泥渣的表面水；在2 6 0 ～5 0 0 ℃ 的失重主要是水铝石、水硅铝铁矿等含水化合物脱 除结晶水；此外钙钛矿C a T i O 。在6 0 0 ℃由立方晶 型吸热转变为正交晶系；在5 0 0 ～8 0 0 ℃主要是固相 钙铝酸钠等发生分解反应；在8 0 0 11 0 0 ℃主要是 试样中的物质发生氧化反应使得物重缓慢增长。 3盐酸浸出反应 将2 5 0 ℃烘干后的赤泥放人圆底三口烧瓶中， 加回流装置，电动搅拌，加入盐酸搅拌浸出，浸出后 抽滤。按照L 45 设计正交试验来考察温度、浸出时 间、液固比、盐酸浓度对镧浸出率的影响。试验装置 如图3 所示。 图3 试验装置示意图 F i g ．3 S k e t c hm a po ft e s t e r 4 试验结果与分析 L 45 正交试验结果如表1 所示。 从表1 可看出浸出率随温度、时间、盐酸浓度 和液固比的升高而升高；浸出率在从四水平变化到 五水平时，时间、盐酸浓度和液固比对浸出率的影响 极不明显，对浸出率影响最大的是温度。各因素对 浸出率影响的大小顺序依次是温度、盐酸浓度、液固 比、时间。 根据表1 结果，确定盐酸浸出赤泥中镧的最佳 条件为温度1 0 9 ℃ 即沸点 、液固比8 、盐酸浓度8 m o l ／L 、时间1 8 0m i n 。 本文只研究了镧元素的浸出率，但随镧同时浸 出的还有铈、钕、钇、钪等稀土元素。这些元素的浸 出率仍需要继续摸索，最终寻找到混合稀土元素浸 出率最佳的浸出条件，从而达到高效率回收赤泥中 稀土元素的目的，同时也能解决赤泥堆放造成的环 境问题。 5结论 盐酸浸出赤泥中镧的最佳条件为温度1 0 9 ℃ 即沸点 、液固比8 、盐酸浓度8m o l ／L 、时间1 8 0 m i n 。在该条件下镧的浸出率为9 6 ．6 7 ％。 参考文献 [ 1 ] 戚焕岭．氧化铝赤泥处置方式浅谈[ J ] ．有色冶金设计 与研究，2 0 0 7 ，2 8 2 1 2 1 1 2 5 ． [ 2 ] 周龙兴，黄爱兰．赤泥的应用及资源化管理[ J ] ．砖瓦， 2 0 1 1 5 5 0 5 2 ． [ 3 ] 赵广惠．铝工业固体废物赤泥综合治理[ J ] ．科技 信息，2 0 1 1 5 7 9 3 8 1 0 ． [ 4 ] 刘淑清．浅议赤泥的综合利用[ J ] ．轻金属，2 0 1 0 7 万方数据 4 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 2 6 2 8 ． I s ] 杨重愚．轻金属冶金[ M ] ．北京冶金工业出版社， 1 9 9 1 ． [ 6 ] 肖金凯 通报，1 9 9 6 ，3 9 1 2 4 8 1 F 7 ] 于永波，王克勤，王皓 [ J ] ．太原理工大学学 ，雷剑泉．贵州铝厂赤泥中的钪和稀土[ J ] ．科学 表IL 4 5 正交试验结果 序号 塑 g 温度 ℃ T a b l e1R e s u l t so fL 4 5o r t h o g o n a le x p e r i m e n t 塑L ／S 盐酸 m o l L 一1 L a z 0 3 m o I L 一1 浸液 m L 2 0 1 3 年3 期 2 5 1 ． ，等．山西铝厂赤泥性质的研究 报，2 0 0 9 ，4 0 1 6 3 6 6 ． 黑浸渣／g 浸出率／％ 1 1 0 06 06 0552 8 ．1 52 9 52 ．O O2 9 53 7 ．7 6 79 3 2 1 0 06 01 2 0662 8 ．1 54 1 14 ．1 94 1 14 5 ．3 2 15 0 38 06 01 8 0772 8 ．1 54 1 55 ．2 44 1 55 2 ．8 7 50 7 48 06 02 4 08 83 4 ，0 24 7 56 ．8 44 7 57 3 ．0 2 96 0 57 06 03 0 09 93 1 ．6 74 7 57 ．0 04 7 57 6 ．4 8 30 5 61 0 07 06 067 2 9 ．3 34 1 25 ．0 24 1 24 7 ．2 2 13 0 79 07 01 2 07 83 7 ．5 44 2 66 ．1 44 2 67 0 ．5 1 26 2 88 07 01 8 0893 6 ．3 6 4 5 8 7 ．7 3 4 5 87 8 ．0 5 28 0 97 07 02 4 095 1 8 ．7 74 6 53 ．9 44 6 54 5 ．3 2 95 5 1 01 0 07 03 0 0 563 6 ．3 63 0 53 ．7 73 0 54 8 ．7 8 30 0 1 11 0 08 06 07 93 8 ．7 15 2 97 ．4 25 2 97 2 ．7 1 02 7 1 28 08 01 2 08 52 3 ．4 64 7 03 ．6 74 7 05 0 ．3 6 08 0 1 37 08 01 8 09 63 4 ．0 24 9 54 ．8 24 9 58 2 ．1 5 83 0 1 41 0 08 02 4 057 5 3 ．9 63 6 74 ．8 73 6 77 2 ．3 9 63 2 1 5 1 0 08 03 0 0685 0 ．4 4 4 6 06 ．4 34 6 08 1 ．2 0 84 0 1 6 8 09 06 0863 5 ．1 94 8 24 ．8 54 8 2 7 5 ．5 4 12 0 1 77 0 9 01 2 0973 1 ．6 74 9 55 ．7 04 9 5 7 6 ．4 8 30 5 1 81 0 0 9 01 8 0585 6 ．3 03 2 35 ．8 13 2 37 5 ．5 3 58 2 1 91 0 09 02 4 0694 8 ．0 94 1 56 ．5 8 4 1 57 7 ．4 2 49 0 2 08 09 0 3 0 0752 8 ．1 53 9 0 3 ．7 43 9 05 2 ．8 7 50 7 2 17 01 0 9 6 0983 8 ．7 13 8 36 ．1 2 3 8 39 3 ．4 8 46 5 2 21 0 01 0 9 1 2 0596 3 ．3 4 2 6 26 ．3 42 6 28 4 ．9 8 11 8 2 31 0 01 0 9 1 8 0657 0 ．3 8 2 3 54 ．4 22 3 58 2 ．0 8 78 0 2 49 01 0 92 4 07 64 5 ．7 53 8 35 ．1 1 3 8 38 5 ．9 3 37 5 2 5 8 01 0 93 0 087 4 5 ．7 53 4 05 ．8 33 4 09 5 ．2 1 00 0 K l5 7 ．0 9 56 5 ．3 4 56 3 ．8 9 3 5 3 ．6 8 4 K 2 5 7 ．9 8 06 5 ．5 3 26 6 ．6 5 3 6 7 ．5 4 8 K 37 l - 7 6 77 4 ．1 4 26 6 ．9 8 16 8 ．8 3 7 K ‘ 7 1 ．5 7 27 0 ．8 2 37 4 ．4 3 9 7 8 ．7 5 4 K s 8 8 ．3 3 97 0 ．9 1 2 7 4 ．7 8 87 7 ．9 3 0 R3 1 ．2 4 48 ．7 9 71 0 ．8 9 5 2 5 ．0 7 0 万方数据