CN114262797B

CN114262797B - 一种从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝的方法

Info

Publication number: CN114262797B
Application number: CN202111576983.XA
Authority: CN
Inventors: 周康根; 张雪凯; 廖丽佳; 陈伟; 柳佳建; 彭长宏
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-03-21
Anticipated expiration: 2041-12-22
Also published as: CN114262797A

Abstract

本发明公开了一种从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝的方法，该方法是以水作为淋洗剂对赤泥钠化焙烧渣进行淋洗，淋洗过程中产生的铝离子浓度高的前段淋洗液经过碳酸化分解析出氢氧化铝沉淀，固液分离，结晶母液为碳酸钠溶液，铝离子浓度低的后段淋洗液作为淋洗剂返回至淋洗过程。该方法将淋洗过程中含有适当碱浓度及铝含量较低的后段淋洗液用于循环淋洗，不但可以利用淋洗液中的碱来提高赤泥钠化焙烧渣中铝的溶出效率，而且可以使得淋洗液中的钠离子和铝离子得到高效富集，浓度大幅度提高，避免了后续碳酸化分解之前的蒸发浓缩工艺。

Description

一种从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝的方法

技术领域

本发明涉及一种赤泥钠化焙烧渣中铁和铝分离的方法，具体涉及一种赤泥钠化焙烧渣经过钠盐焙烧后，从钠化焙烧渣中分离回收铝和铁的方法，属于冶金废弃物回收及湿法冶金技术领域。

背景技术

赤泥是工业冶炼氧化铝过程中产生的工业固体废渣，一般每生产1吨的氧化铝会附带产生1～2吨的赤泥。其产量巨大，危害性广，大部分赤泥被堆积在铝厂周边，时刻影响周边环境。由于铝土矿质量及加工工艺的不同，导致赤泥的物相组成复杂、碱度高、粒度细，综合利用困难。截止目前，全球的赤泥综合利用率仅为15％，中国的赤泥综合利用率更低，仅为4％。普遍采用的拜耳法炼铝过程产生的赤泥，Fe₂O₃含量在10～50％，Al₂O₃为8～50％，SiO₂为7～15％。针对铁铝含量高，硅钙含量低的赤泥，分离铁矿物和铝矿物并回收利用是一条重要的综合利用途径，既可以解决赤泥堆积问题，又可以回收赤泥中的有用金属。

中国专利CN 102851425 A公开了一种高铁赤泥铁、铝、钠高效分离综合利用的方法，将赤泥与碳粉混合制成10～18mm的含碳球团，在1200℃下转底炉还原熔炼30～40min，再转入铁浴炉进行熔炼深度还原，直接将铁熔炼为铁水，铝通过加碱转化成铝酸钙炼铝。此方法可以将铁和铝有效分离，且无工业“三废”排出，最终产品包括铁水、铝酸钙、氧化钠、煤气等。但赤泥属于高碱性渣，钠含量过高，在赤泥中的钠、硅、钛、砷、磷等杂质在炼铁过程中的具体影响还需考量，铁水品质不能保证。中国专利CN103898330A提出了一种火法还原焙烧后再进行酸浸、萃取等过程分离回收赤泥中的铁、铝、钪、钛、钒等有价金属的方法。首先，通过磁化焙烧将Fe₂O₃转化为Fe₃O₄，通过磁选得到磁性铁精矿和非磁性产品，铁回收率达到94％以上。非磁性产品由稀碱溶出氧化铝后，渣与水配合用于SO₂烟气的回收，在回收烟气的同时可将渣水的pH降至5左右。下一步经90％浓度的浓硫酸酸解溶出钪、钛。再通过高温结晶、P204萃取等方式分离回收钛、钪、钒。此方法回收路线复杂，需考虑其他金属回收率及整体经济效益问题；焙烧段需加入相对于赤泥质量50％的煤粉，存在还原剂耗量过高；浓酸浸出段对设备耐腐蚀性要求高。中国专利号CN102115827A公布了一种用拜耳法赤泥制备单质铁、单质铝和单质硅的方法，将赤泥与水混合过滤后的滤渣与碳混合，在200～400℃下反应，生成铁、铝、硅的混合物及CO₂气体，经磁选将铁从混合物中分离。铝、硅混合物在660℃下焙烧将铝熔为液态完成铝、硅的分离。此方法反应温度低且可以得到一定品位的铁、铝、硅单质，但该法还原温度过低，可能导致金属还原率低，但该方法未提及铁还原磁化效率以及金属回收率等问题。

中国专利(公开号CN112410559A)中公开了一种从高铁赤泥中分离回收铝和铁的方法，将赤泥与碳酸钠、碳酸钙混合焙烧得到钠化焙烧渣，再通过常规水浸分离焙烧渣中的铝。该法虽然可以实现较好的铁铝分离效果，但采用常规水浸所得到的铝酸钠溶液铝浓度低，仅有5～10g/L，必须经过浓缩富集后才可进行碳分，且铝浸出率仅有70％左右。

发明内容

针对现有技术中从赤泥中分离回收铝和铁的方法存在的不足，本发明的目的是在于提供一种从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝及碱的方法。该方法是在赤泥通过钠盐焙烧工艺将铝矿物转化成可溶性铝酸钠盐的基础上提出，通过淋洗方式将赤泥钠化焙烧渣中的可溶性铝酸钠盐转入液相，经碳分后，以氢氧化铝形式回收率，而钠则以碳酸钠的形式在溶液中富集，铁则留在淋洗渣中，可作为铁精矿原料输出。特别是在淋洗过程中含有适当碱浓度及铝含量较低的后段淋洗液用于循环淋洗，不但可以利用淋洗液中的碱来提高赤泥钠化焙烧渣中铝的溶出效率，而且可以使得淋洗液中的钠离子和铝离子得到高效富集，浓度大幅度提高，避免了后续碳酸化分解之前的蒸发浓缩工艺。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝的方法，该方法以水作为淋洗剂对赤泥钠化焙烧渣进行淋洗，淋洗过程中产生的铝离子浓度高的前段淋洗液经过碳酸化分解析出氢氧化铝沉淀，固液分离，结晶母液为碳酸钠溶液，铝离子浓度低的后段淋洗液作为淋洗剂返回至淋洗过程。

在现有技术中对于赤泥钠化焙烧渣中铝和铁的分离过程主要是直接采用水浸出，实质上该方法对于铝的浸出率是相对较低的，且浸出液要通过碳酸化分解方法来沉淀铝过程中必须要对浸出液进行高倍蒸发浓缩过程，工艺步骤复杂，能耗高。而本发明技术方案关键是在于采用了淋洗过程来代替了水浸过程，淋洗过程与普通浸出过程存在的本质区别点在于，淋洗过程中对于铝的溶出过程是呈现梯度递减的，基于淋洗过程的特点，本发明关键在于将淋洗液进行分段处理，根据淋洗过程中前段淋洗液中铝离子和钠离子的高效富集，而后段淋洗液中铝离子和钠离子含量较低的特点，将前段淋洗液无需蒸发直接可以通过碳酸化分解来析出氢氧化铝沉淀，而后段淋洗液可以作为淋洗剂返回赤泥钠化焙烧渣的淋洗过程，充分利用后段淋洗液中的碱来促进铝的溶出，提高铝离子回收率，并且可以通过循环富集大幅度提高淋洗液中铝离子的浓度。

作为一个优选的方案，所述淋洗过程中水力停留时间为0.25～1.65h。

作为一个优选的方案，所述前段淋洗液的铝离子浓度高于50g/L,所述后段淋洗液的铝离子浓度不高于50g/L。控制前段淋洗液的铝离子浓度高于50g/L，而平均铝离子浓度达到了80g/L以上，可以直接通过碳酸化分解方法沉淀铝离子，而后段淋洗液的平均铝离子浓度远远低于50g/L，需要进一步富集。

作为一个优选的方案，所述碳酸化分解过程中，向前段淋洗液中通入CO₂，在温度为40～90℃的条件下反应1～4h，CO₂气体流速0.5～2L·min^-1。

作为一个优选的方案，所述赤泥钠化焙烧渣由赤泥与钠盐或者赤泥与钠盐及钙盐焙烧得到。所述钠盐优选为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠中至少一种。所述钙盐优选为氧化钙、氢氧化钙、碳酸钙、碳酸氢钙中至少一种。所述钠盐的质量优选为赤泥质量的5～40％。所述钙盐的质量优选为赤泥质量的20％以内。所述的赤泥为高铁赤泥，其总铁含量为30～50wt％，铝含量以氧化铝计为10～20wt％。作为一个优选的方案，所述焙烧的条件：温度为800～1200℃，时间为0.5～3h。在优选的焙烧条件下得到的赤泥钠化焙烧渣中铝矿物的钠化转化率较高。

作为一个优选的方案，所述结晶母液为高浓度碳酸钠溶液，只需低倍浓缩，即可结晶回收碳酸钠。

本发明提供的从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝的方法：(1)将赤泥钠化焙烧渣研磨后，装入有机玻璃料柱，由蠕动泵将水输送到柱中进行淋洗过程，得到铝酸钠溶液和淋洗渣；(2)将淋洗过程前段得到的高浓度铝酸钠溶液进行开路用于碳分，后段低浓度铝酸钠溶液用于返回淋洗继续富集；(3)向所得高浓度铝酸钠溶液持续稳定通入CO₂气体进行碳酸化分解，结晶析出氢氧化铝；(4)对脱铝后的碳酸钠母液进行蒸发浓缩，得到无水碳酸钠。

本发明的技术原理在于：赤泥经过钠化焙烧后，赤泥中的铝以可溶性铝酸盐形式存在，通过水溶液的淋滤作用可以将可溶性铝盐转移进入液相，以铝酸钠形式富集在淋洗液中，铝酸钠溶液经富集浓缩后通入CO₂气体，中和溶液中的苛性碱，铝以氢氧化铝形式结晶析出；赤泥中的铁矿物在焙烧过程中完全转化为不可溶的赤铁矿，随着淋滤作用对其他元素的脱除，最终料柱内的洗渣可作为赤铁矿输出。

相对现有技术，本发明技术方案带来的有益效果：

相对现有技术中赤泥钠化焙烧渣的水浸出工艺，本发明技术方案的赤泥钠化焙烧渣的淋洗工艺具有明显优势：

1)工艺简单，节省能耗，湿法分离金属元素；

2)铁、铝和钠分离效果持续稳定，铁元素不会转移到液相中，铝可脱除接近85％，相对直接水浸的方法率回收率大幅度提高，钠脱除接近95％，铁、铝、钠可以最大程度的富集。

3)淋洗过程可以富集高浓度的铝酸钠溶液，低浓度的铝酸钠溶液可返回淋洗工艺以进一步富集浓缩。

4)可进行铝和钠分离，回收溶液中的铝和大部分碳酸钠，过程清洁无二次污染。

附图说明

图1为本发明淋洗段示意图。

图2为本发明碳分段示意图。

具体实施方式

以下结合实施例旨在进一步说明本发明内容，而非限制本发明权利要求保护范围。

以下实施例及对比实施例中的高铁赤泥的钠化焙烧过程为：高铁赤泥与碳酸钠和氧化钙按照质量比100:15:5混合，在900℃温度下，焙烧2小时，即得钠化焙烧熟料。

实施例1

将铁含量42.41％，铝含量7.6％的赤泥进行钠化焙烧，待熟料冷却后将其装入有机玻璃柱内。在常温条件下，如图1所示，用蠕动泵将水自上而下送入玻璃柱内，水力停留时间0.26h。淋洗过程中对洗出液进行收集，送ICP分析洗出液中铁、铝、钠含量。当流出液中铝浓度低于50g/L后停止收集，将剩余流出液返回至进水段继续淋洗富集，至浓度超过50g/L后再排出收集，经循环后所得淋洗液平均铝浓度88g/L，钠浓度145g/L。淋洗过程铝的总脱除量86.44％，钠的总脱除量94.19％，铁不浸出。如图2所示，将收集的铝酸钠溶液通入高纯CO₂，气体浓度大于99％，气体流速1.3L·min^-1，持续搅拌，分解2h，分解温度80℃，铝的沉淀率为97％，渣中氧化铝含量99.6％，溶液中钠不损失。此过程可实现铝和钠的分离。

实施例2

实施例2所用原料和实施例1相同。淋洗过程中，如图1所示，在常温条件下用蠕动泵将水自上而下送入玻璃柱内，水力停留时间0.15h。淋洗过程中对洗出液进行收集，送ICP分析洗出液中铁、铝、钠含量。当流出液中铝浓度低于50g/L后停止收集，将剩余流出液返回至进水段继续淋洗富集，至浓度超过50g/L后再排出收集，经循环后所得淋洗液平均铝浓度85.9g/L，钠浓度127.91g/L。淋洗过程铝的总脱除量85.46％，钠的总脱除量92.02％，铁不浸出。如图2所示，将收集的铝酸钠溶液通入高纯CO₂，气体浓度大于99％，气体流速1.2L·min^-1，持续搅拌分解2h，分解温度70℃，铝的沉淀率为94％，渣中氧化铝含量98.5％，溶液中钠不损失。此过程可实现铝和钠的分离。

实施例3

实施例3所用原料和实施例1相同。淋洗过程中，如图1所示，在常温条件下用蠕动泵将水自上而下送入玻璃柱内，水力停留时间0.12h。淋洗过程中对洗出液进行收集，送ICP分析洗出液中铁、铝、钠含量。当流出液中铝浓度低于50g/L后停止收集，将剩余流出液返回至进水段继续淋洗富集，至浓度超过50g/L后再排出收集，经循环后所得淋洗液平均铝浓度81.71g/L，钠浓度99.86g/L，淋洗过程铝的总脱除量80.62％，钠的总脱除量90.80％，铁不浸出。如图2所示，将收集的铝酸钠溶液通入高纯CO₂，气体浓度大于99％，气体流速1L·min^-1，持续搅拌分解2h，分解温度70℃，铝的沉淀率为89％，渣中氧化铝含量95.2％，溶液中的钠不损失。此过程可进行铝和钠的分离。

对比实施例1

对比例1所用的原料和实施例1相同，不同的是采用常规静态水浸方法进行浸出，按液固比为5:1加入水，在25℃下搅拌反应2h，液固分离后分别对滤液和滤渣进行分析，其中铝浸出率为68.45％，铁不浸出，所得浸出液中铝浓度为8.2g/L，钠浓度为10.5g/L。

Claims

1.一种从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝的方法，其特征在于：以水作为淋洗剂对赤泥钠化焙烧渣进行淋洗，淋洗过程中产生的铝离子浓度高的前段淋洗液经过碳酸化分解析出氢氧化铝沉淀，固液分离，结晶母液为碳酸钠溶液，铝离子浓度低的后段淋洗液作为淋洗剂返回至淋洗过程；所述淋洗过程中水力停留时间为0.25~1.65 h；所述前段淋洗液的铝离子浓度高于50g/L, 所述后段淋洗液的铝离子浓度不高于50g/L；所述碳酸化分解过程中，向前段淋洗液中通入CO₂，在温度为40~90℃的条件下反应1~4 h，CO₂气体流速0.5~2 L∙min^-1。

2.根据权利要求1所述的一种从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝的方法，其特征在于：所述赤泥钠化焙烧渣由赤泥与钠盐或者赤泥与钠盐及钙盐焙烧得到。

3.根据权利要求2所述的一种从赤泥钠化焙烧渣中有效分离回收铁和铝的方法，其特征在于：所述焙烧的条件：温度为800～1200℃，时间为0.5～3h。