CN115786712A - 一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，属于固体废物资源利用技术领域，操作流程如下：赤泥经焙烧活化后与无机酸（如盐酸、硫酸）按特定液固比混合，通过调节酸浸温度控制赤泥中铝、铁、硅、钙、钠、钛的溶出率，使其分别富集在酸浸液和酸浸渣中，实现赤泥中多种元素的定向分离和富集。本发明处理赤泥具有元素回收率高、反应过程简短、条件温和等特点，实现了赤泥中主要有价元素的富集分离。
Description
技术领域
本发明属于固体废物资源利用技术领域，具体涉及一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法。
背景技术
我国是氧化铝生产大国，赤泥是氧化铝生产过程的废弃物。一般每生产1吨氧化铝，附带产生1.0~2.0吨赤泥。目前，国内外多数氧化铝生产企业都对赤泥进行露天堆存。由于赤泥高碱性、组分复杂，极易对空气、水体和土壤造成严重的环境污染和生态破坏。赤泥的利用方式主要包括有价元素回收、功能材料制备和建材化利用等。其中，因赤泥富含铁、铝、硅等元素，使得赤泥综合回收元素成为其资源化利用的重要方式。
赤泥中所含有价组分如Fe2O3、Al2O3、Na2O、TiO2等，多为经济价值较低的贱金属，单独就某一种金属元素进行回收利用经济效益不高，须采用多种金属联合回收技术提升整体工艺的经济性。然而，由于赤泥的矿物组成复杂，不同元素赋存在不同的矿物相中，如铁主要分布于赤铁矿、针铁矿中，铝、硅主要分布于钙霞石和水化石榴石中，钙和钛主要分布于钙钛矿中，多种矿相相互共生，包裹嵌布，给各元素的选择性分离富集造成很大的困难。
由于赤泥中铁、铝、硅、钙等元素的化学性质不同，与无机酸（盐酸、硫酸）在不同温度下发生反应的活性和程度存在差异。例如铁在低温条件下（<40℃）的浸出效率远低于铝、硅，从而大量富集在浸出渣中。而硅的浸出效率随浸出温度的升高显著降低，通过升高温度和调节体系pH，可有效促进硅从酸浸液向酸浸渣的迁移和富集。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，包括焙烧活化和酸浸过程，通过调控赤泥的酸浸温度，实现了对赤泥中铁、硅、铝等有价元素在固液两相中的定向分配和富集分离，且酸浸过程条件温和，显著降低了反应能耗，可实现赤泥中铁、硅、铝等元素的综合回收。
本发明采用如下技术方案：
一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，包括如下步骤：
S1、焙烧活化：将赤泥经粉碎机破碎后置于马弗炉中焙烧活化，得到焙烧熟料；
S2、酸浸：将焙烧熟料与无机酸按比例混匀，酸浸溶出，固液分离得到酸浸液和酸浸渣。
进一步地，S1中所述赤泥包括拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥；破碎粒度为80~150目，焙烧温度为850~950℃，焙烧时间为90~120min。
进一步地，S2中所述无机酸包括盐酸、硫酸；无机酸与焙烧熟料的液固比为5~10mL/g；酸浸温度为10~100℃，酸浸时间为90~120min。
本发明提出采用低物耗、低能耗富集分离赤泥中的铁硅铝钙等元素的方法，赤泥经焙烧活化后与无机酸（如盐酸、硫酸）按特定液固比混匀，于一定温度范围内酸浸溶出，固液分离得到酸浸液和酸浸渣。
当采用盐酸在10~30℃低温浸出时，酸浸液中主要富集元素为铝、钙、钠、硅，酸浸渣中为铁、钛。当温度上升至80~100℃时，铁、钛在酸浸渣中比例下降，取而代之的是硅在酸浸渣中大量富集。
当采用硫酸在10~30℃低温浸出时，酸浸液中主要富集元素为铝、钠、硅，酸浸渣中为铁、钛、钙。当温度上升至80~100℃时，铝在酸浸液中进一步富集，硅从浸出液迁移至浸出渣中并大量富集。
本发明提出通过酸浸温度调控实现赤泥中铁铝硅等元素定向富集分离的方法，工艺过程简单可控，产品应用前景广阔。
本发明的有益效果如下：
1. 赤泥在室温条件下酸浸可实现铁、钛与硅、铝的分离，采用硫酸酸浸时还可实现钙在浸出渣的富集，避免了传统除铁还原焙烧工艺采用的还原气氛，可显著降低浸出过程的物耗和能耗。
2. 升高酸浸温度可促使硅从浸出液向浸出渣的迁移，避免了传统硅沉淀工艺调节pH所需的碱液，显著降低沉淀物耗。
3. 本发明利用铁铝硅等元素的浸出特性差异，仅通过调控酸浸温度，即可实现不同无机酸浸出过程中上述元素在固液两相间的定向分配和富集分离，分离流程简短，除无机酸以外不添加其他化学助剂，高效便捷的实现了赤泥中多种有价元素的富集分离。
附图说明
图1为不同温度酸浸后元素分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚的呈现。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的赤泥取自山西忻州国家电投基团山西铝业有限公司，对上述赤泥进行成分分析，获得其中的主要元素成分如下表1所示：
表1赤泥荧光光谱仪数据分析
实施例1
一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，具体如下：取上述赤泥经粉碎机粉磨、过筛至小于100目，随后将其置于马弗炉中在900℃焙烧120min；15 wt.%的盐酸与焙烧熟料按液固比7mL/g混匀，在20℃酸浸90 min，69.7%的铝、81.4%的硅、75.6%的钙和62.6%的钠富集在浸出液中，90.6%的铁和92.2%的钛富集在浸出渣中。
实施例2
一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，具体如下：取上述赤泥经粉碎机粉磨、过筛至小于100目，随后将其置于马弗炉中在900℃焙烧120min；15 wt.%的盐酸与焙烧熟料按液固比7mL/g混匀，在100℃酸浸90 min，69.3%的铝、91.4%的钙和61.8%的钠富集在浸出液中，97.0%的硅、66.4%的铁和64.1%的钛富集在浸出渣中。
实施例3
一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，具体如下：取上述赤泥经粉碎机粉磨、过筛至小于100目，随后将其置于马弗炉中在950℃焙烧120min；19 wt.%的硫酸与焙烧熟料按液固比7mL/g混匀，在20℃酸浸90 min，69.9%的铝、86.6%的硅和63.5%的钠富集在浸出液中，92.2%的铁、86.7%的钙和91.8%的钛富集在浸出渣中。
实施例4
一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，具体如下：取上述赤泥经粉碎机粉磨、过筛至小于100目，随后将其置于马弗炉中在900℃焙烧90min；19 wt.%的硫酸与焙烧熟料按液固比7mL/g混匀，在100℃酸浸90 min，80.4%的铝、62.5%的钠富集在浸出液中，81.2%的铁、61.0%的硅、82.9%的钙和51.2%的钛富集在浸出渣中。
表2 赤泥主要元素在不同酸浸温度下的浸出去向
Claims (3)
1.一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、焙烧活化：将赤泥经粉碎机破碎后置于马弗炉中焙烧活化，得到焙烧熟料；
S2、酸浸：将焙烧熟料与无机酸按比例混匀，酸浸溶出，固液分离得到酸浸液和酸浸渣。
2.根据权利要求1所述的一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，其特征在于：S1中所述赤泥包括拜耳法赤泥、烧结法赤泥或联合法赤泥；破碎粒度为80~150目，焙烧温度为850~950℃，焙烧时间为90~120min。
3.根据权利要求1所述的一种基于酸浸温度调控的赤泥中有价元素富集分离方法，其特征在于：S2中所述无机酸包括盐酸或硫酸；无机酸与焙烧熟料的液固比为5~10 mL/g；酸浸温度为10~100℃，酸浸时间为90~120min。
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