鈉硝石礦中硝酸鈉水溶浸取過程研究

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(天津科技大學天津市海洋資源與化學重點實驗室，天津 300457)

目前，鈉硝石礦水溶液浸取硝酸鈉生產過程，采取的主要方法是堆浸法[1]或筑堆-噴淋法[2]。堆浸法[3]是將開采出的原礦破碎到一定的粒度，堆積在鋪設有防滲漏墊層的堆場上，然后間歇地在堆頂自動噴淋或人工噴淋，水流經礦石，將可溶鹽溶解，浸取液從堆底流出，由泵送至工廠進行處理；筑堆-噴淋在國外一般采用旋轉噴淋式布液和滴淋式布液兩種方式[4-5]。堆浸法對于易浸礦石來說，具有基建費用低、操作方便、流程短、投資少等優點[6-8]。但該法存在的主要問題是：浸取的硝酸鈉含量較低，副產物氯化鈉和硫酸鈉的含量偏高；造成下一步蒸發濃縮生產中能耗大，副產物混合鹽量大，母液夾帶硝酸鈉損失嚴重等問題。筆者進行了浸取液與鈉硝石礦重復浸取的研究，試圖提高浸取液中硝酸鈉的含量，降低副產物含量。

1 實驗部分

1.1 實驗原料

鈉硝石礦取自新疆某地，將鈉硝石礦粉碎至顆粒直徑小于2 mm。鈉硝石礦主要成分如表1所示。

表1 礦石化學成分

從表1可以看出，該礦中主要存在氯化鈉、硝酸鈉、硫酸鈉3種可溶于水的鹽，硝酸鈉占總可溶鹽的25.5%(質量分數)。鈣、鎂的含量較低，對該礦石影響不大

1.2 實驗方法

首先考慮影響浸取速度的浸取時間、固液質量比(簡稱固液比)等因素，分別進行了實驗。根據實驗結果，選擇最佳的浸取時間和固液比，設計并安排了重復浸取提高浸取液中硝酸鈉濃度實驗；結合相圖理論，研究了分級噴淋浸取方式的優越性。

2 實驗結果與討論

2.1 浸取時間的影響

為了考察浸取時間對浸出結果的影響，分別進行了固液比為1.0和0.4的浸取實驗，實驗結果見圖1和圖2。此實驗浸取溫度為25 ℃，攪拌轉速為300 r/min。由圖1及圖2可以看出，鈉硝石礦浸取液濃度隨著時間的增加而逐漸增加。當固液比為1.0時，浸取時間為10 min時才能使鈉硝石礦浸取液中各種鹽達到平衡；固液比為0.4時，使鈉硝石礦浸出液中各種鹽達到平衡需要的浸取時間同樣是10 min。因此，采用浸取時間為10 min。

圖1固液比為1.0時浸取時間的影響圖2固液比為0.4時浸取時間的影響

2.2 固液比的影響

為了尋找合適的浸取固液比，進行了固液比對浸取的影響實驗研究，結果見圖3及圖4。此實驗浸取溫度為25 ℃，浸取攪拌轉速為300 r/min，浸取時間為10 min。從圖3可以看出，固液比越低時，鈉硝石礦浸取液中各種鹽濃度越低；隨著固液比的增大，浸取液的鹽濃度不斷升高。當固液比達到1.0時，可以有效地使鈉硝石礦中各種鹽全部溶解，浸取液中硫酸鈉質量分數為6.035%，氯化鈉質量分數為18.204%，硝酸鈉質量分數為10.32%。從圖4可以看出，固液比較高時，對鈉硝石礦中鹽總量的浸出效果不好。當固液比降到1.0時，基本可以有效地使鈉硝石礦中各種鹽浸出，1 kg鈉硝石中總鹽浸出429.23 g，硝酸鈉浸出128.17 g。鈉硝石礦中硝酸鈉溶出率達到了90%，總鹽溶解率達到了77%。在重復浸取實驗中選定浸取固液比為1.0。

圖3不同固液比對浸取液濃度的影響圖4不同固液比對浸出鹽量的影響

2.3 重復浸取實驗

浸取液中硝酸鈉的濃度大小直接影響實際生產效率。首次浸取液中硝酸鈉質量分數僅為10.32%，下一步蒸發濃縮提取硝酸鈉時，會使能耗增大；形成大量副產物氯化鈉和氯酸鈉的析出，并因母液夾帶，造成硝酸鈉損失。解決這個問題的一種方法就是采取重復浸取方式。在第一次浸取液中加入等質量的鈉硝石礦，恒溫條件下攪拌浸取10 min，得到第二次浸取液，第二次浸取液與鈉硝石礦按照固液比1.0再次浸取得到第三次浸取液。重復浸取實驗結果如圖5、圖6所示。由圖5可知，25 ℃時，選取鈉硝石礦與浸取液固液比1.0，浸取時間為10 min，經6次重復浸取后，浸取液中各種鹽的濃度與首次浸取液相比：硝酸鈉質量分數由5.54%增加到29.58%；氯化鈉質量分數由12.03%減少到11.89%；硫酸鈉質量分數由3.22%降低到1.87%。由圖6可知，50 ℃時，經6次重復浸取后，浸取液中硝酸鈉的濃度增加，氯化鈉濃度和硫酸鈉濃度都降低。重復浸取方式可使蒸發過程的能耗大大降低，副產物氯化鈉和硫酸鈉析出量明顯減少，從而減少硝酸鈉損失。因此，采取重復浸取的方式可使浸取液中硝酸鈉濃度大幅度提高。

圖5 25 ℃時重復次數對浸取液濃度的影響圖6 50 ℃時重復次數對浸取液濃度的影響

2.4 重復浸取相圖分析

S10—Na2SO4·10H2O；S—Na2SO4；D—NaNO3·Na2SO4·10H2O

2.5 分級噴淋浸取

根據實驗數據以及相圖原理分析，實際生產中可采取分級噴淋浸取的方式對鈉硝石進行浸取，以獲得硝酸鈉濃度較高的浸取液。具體工藝過程為：把堆浸場地均等地分成幾級，當第一級噴淋浸出后，收集浸取液作為第二級噴淋液，并依次往各級礦石噴淋。筑堆的高度和級數通過實際生產現場確定。鈉硝石礦分級噴淋浸取方案的確定，改進了目前工業生產中浸取硝酸鈉存在的問題，能有效地提高硝酸鈉的濃度，大大減少蒸發量，降低硝酸鈉在浸取及蒸發中的損失。采取此方法后，可以降低生產成本、減少環境污染、提高資源利用率。

3 結論

[1] 邱欣,池汝安,徐盛明，等.堆浸工藝及理論的研究進展[J].金屬礦山，2000,11(11): 20-23.

[2] 石吉有,聶勇英.堆浸工藝新型筑堆——噴淋浸出生產方式的探討[J].黃金,1991,12(7)：45-47.

[3] 黃紹云.金礦堆浸生產中幾個問題的探討[J].礦產綜合利用,2000,10(5)：38-42．

[4] Lizama H M,Harlamovs J R,McKay D J.Heap leaching kinetics are proportional to the irrigation rate divided by heap height[J].Minerals Engineering,2005,18(6)：623-630．

[5] 唐泉,雷澤勇,符辰湛.堆浸霧化布液與滴淋布液的比較[J].金屬礦山,2006,4(4): 23-25.

[6] 董波,吳猛.淺談堆浸技術及可行性的確定[J].黑龍江國土資源,2007(6): 58-59.

[7] 謝建兵,朱和玲，張新光.礦房留礦堆浸采礦方法研究與應用[J].有色金屬,2009,61(2):4-6.

[8] 鄒佩麟，王惠英．溶浸采礦[M]．長沙：中南工業大學出版社，1990．