從赤泥中提取鈦的試驗研究

李亮星，黃茜琳

（江西理工大學建筑與資源工程系（南昌校區），江西南昌 330013）

鋁土礦生產氧化鋁產生的赤泥中通常含有鐵、鈦、鈧等有價金屬。目前，富礦赤泥幾乎作為固體廢棄物堆存，不僅污染環境也造成資源浪費［1］。因此，研究了以某氧化鋁廠赤泥為原料，采用濃硫酸分解法回收有價金屬鈦［2－3］，主要考察酸渣質量比、酸解溫度、酸解時間、浸出時間及浸出液固體積質量比對鈦浸出率的影響，確定了合理工藝條件。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗原料為某氧化鋁廠的副產物赤泥經鹽酸處理后的浸出渣，其中主要金屬元素質量分數分別為Fe 2.7%，Ca 13.65%，Al 14.17%，Ti 28.4%；鈦主要以鈣鈦礦（Ca TiO3）和鐵與鈦氧化物復合（Fe2TiO4）形式存在。

1.2 試驗原理

赤泥中鐵的質量分數較高，在提取鈦之前首先用低濃度的鹽酸溶液浸出赤泥，將其中的鐵溶解入浸出液中，而鈦不被溶解，以Ca TiO3形式留在浸出渣中。用濃硫酸分解含鈦浸出渣，鈦則轉變為易溶的TiOSO4·2H2O水合物，水浸后鈦進入溶液而大部分雜質留在浸出渣中，從而實現鈦與雜質的有效分離。主要反應式如下：

1.3 試驗方法

將赤泥鹽酸浸出渣和濃硫酸按一定比例在燒杯中攪拌均勻調成漿，加熱至反應所需溫度時開始計時，到達反應時間后取出冷卻，加入一定量的水攪拌浸出，過濾后分析浸出液中鈦的質量濃度，計算鈦浸出率。

2 結果與討論

2.1 酸渣質量比對鈦浸出率的影響

酸渣質量比即濃硫酸的質量與渣的質量比。試驗中渣的質量固定，改變濃硫酸的用量。取赤泥的鹽酸浸出渣30 g，在200℃、酸解時間2 h、水浸液固體積質量比10∶1、浸出時間2 h條件下，考察酸渣質量比對鈦浸出率的影響，試驗結果如圖1所示。

圖1 酸渣質量比對鈦浸出率的影響

從圖1看出，當酸渣質量比在1.0～1.8之間時，隨酸渣質量比增大，鈦浸出率提高。但酸渣質量比過大，剩余酸量較多，浸出液中酸濃度較高，給后期鈦液的水解造成困難，不利于鈦的回收，因此試驗確定適宜的酸渣質量比為1.4∶1，此時鈦浸出率在89%以上。

2.2 酸解溫度對鈦浸出率的影響

在酸渣質量比為1.4∶1、酸解時間2 h、水浸液固體積質量比10∶1、浸出時間2 h條件下，酸解溫度對鈦浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 酸解溫度對鈦浸出率的影響

從圖2看出：酸解溫度顯著影響鈦浸出率：隨酸解溫度升高，鈦浸出率明顯升高；當酸解溫度為300℃時，鈦浸出率達到95%以上。從物相分析結果看出，赤泥中的大部分鈦是以鈣鈦礦形式存在，而鈣鈦礦是一種難分解的物質，在常溫下很難分解；但溫度過高，硫酸揮發程度增大，所以確定酸解溫度以300℃為宜。

2.3 酸解時間對鈦浸出率的影響

在酸解溫度300℃、水浸液固體積質量比為10∶1、浸出時間2 h條件下，酸解時間對鈦浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 酸解時間對鈦浸出率的影響

從圖3看出：隨酸解時間延長，鈦浸出率升高；當酸解時間為2.0 h時，鈦浸出率達97%以上；再繼續延長酸解時間，鈦浸出率提高幅度不大。因此，酸解時間控制在2.0 h以內為宜。

2.4 浸出時間對鈦浸出率的影響

在酸解溫度300℃、酸解時間2 h，水浸液固體積質量比10∶1條件下，浸出時間對鈦浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 浸出時間對鈦浸出率的影響

從圖4看出：隨浸出時間延長，鈦浸出率略有提高；浸出時間為0.5 h時，鈦浸出率為94.5%；浸出時間為1.5 h時，鈦浸出率為96.7%；之后，鈦浸出率提高幅度不大。綜合考慮，選擇浸出時間為1.5 h。

2.5 水浸液固質量體積比對鈦浸出率的影響

在酸解溫度300℃、酸解時間2.0 h、浸出時間1.5 h條件下，水浸液固體積質量比對鈦浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 液固體積質量比對鈦浸出率的影響

從圖5看出，水浸時液固體積質量比的變化對鈦浸出率影響不大。這是因為經過濃硫酸酸化后的固體產物比較疏松，鈦的硫酸鹽很容易被水浸出；但液固體積質量比不能太小，否則液體無法全部覆蓋固體物；液固體積質量比過大，浸出液中鈦的濃度較低，穩定性好，不易水解，給鈦液水解回收鈦帶來一定的難度。綜合考慮，水浸時，固液體積質量比以10∶1較為適宜。

2.6 赤泥鹽酸浸出渣的酸解正交試驗

采用L9（34）正交試驗，因素為酸解溫度、酸解時間、浸出時間和水浸液固比。每次試驗取鹽酸浸出渣30 g；取酸解浸出液分析其中鈦的質量濃度，計算鈦浸出率；浸出渣烘干后稱量質量。試驗結果見表1。

表1 硫酸酸解試驗結果

從表1看出，影響鈦浸出率的4個因素中，酸解溫度的極差最大（8.74），說明酸解溫度的變化對鈦浸出率影響最大，是影響鈦浸出的主要因素。影響鈦浸出率的各因素順序為：酸解溫度＞酸解時間＞浸出時間＞水浸液固體積質量比。A3B2C1D2為試驗條件下的最佳搭配，即酸解溫度300℃，酸解時間為2.0 h，浸出時間為1.0～1.5 h，水浸液固比10∶1，在此條件下進行3次重復試驗，得到鈦浸出率平均為97%，浸出液中鈦質量濃度為29.9 g／L。

3 結論

1）氧化鋁廠赤泥中的鈦主要以鈣鈦礦形式和鐵與鈦氧化物復合形式存在，其中鈦經濃硫酸分解后可以TiOSO4·2 H2O形式進入溶液。

2）采用硫酸法提取赤泥酸浸渣中的鈦是可行的，具有一定的社會效益和經濟效益；但鈦液中的鋁含量較高，給鈦液的水解造成一定困難。因此，從鈦液中如何徹底脫鋁還有待進一步研究。

3）酸解溫度對鈦浸出率影響較大，酸解法最佳條件為：酸渣質量比1.4∶1，酸解溫度300℃，酸解時間2.0 h，浸出時間1.0～1.5 h，水浸液固體積質量比10∶1。最佳條件下，鈦浸出率為97%，浸出液中鈦質量濃度29.9 g／L。

［1］ 劉淑清.淺議赤泥的綜合利用［J］.輕金屬，2010（7）：26-28.

［2］ 孫道興.赤泥脫堿處理和有價金屬鈦鈧提取的研究［J］.無機鹽工業，2008，40（10）：49-52.

［3］ 廖春發，姜平國，焦云芬，等.赤泥中鈦硫酸浸出的工藝條件及動力學研究［J］.礦業研究與開發，2008（2）：45-47.