礦渣中金屬元素的再回收分析

李 娜

武漢市江夏區環境監測站 湖北武漢 430200

一、礦渣中金屬回收的背景

礦渣產地不同，則其化學組成不同，這主要取決于礦石的成分及所生產的生鐵的種類。礦渣主要含有CaO、SiO2、A l2O3等氧化物[1]，其總量一般在90%以上，還有少量的MgO、FeO和一些硫化物等。

目前提取礦渣中金屬的方法主要是機械法、火法冶金、濕法冶金[2]。機械法對環境友好，早期投資很大，實行起來有一定難度；火法冶金在焚燒過程中會產生大量有害氣體，形成二次污染，而且大量浮渣的排放增加了二次固體廢棄物，對環境不夠友好。濕法處理工藝因原料適用性強、規模可調、元素回收率高等優點而受到關注。

二、實驗分析

1、實驗原理

本論文通過對礦渣是否進行燒礦處理，然后通過稱量反應后所產生的金屬鹽沉淀從而得出更好的礦渣回收方法。首先用濕法磷酸的理論，即稱量100g礦渣分別與50%，55%，60%，63%，65%，67%，70%，75%不同濃度的硫酸溶液反應，然后將反應后的溶液抽濾，將濾液與碳酸鈉溶液反應，根據不同碳酸金屬鹽和氫氧化物的金屬鹽沉淀的pH值不同，從而將金屬鹽沉淀分離。

2、實驗過程

（1）常溫礦渣的酸化反應

a.用98%的濃硫酸與水分別配制出50%，55%，60%，63%，65%，67%，70%，75%的不同

硫酸溶液。

b.用電子天平（精度為0.0001）稱100g磷礦渣于燒杯中。

c.配制50%的硫酸溶液。

d.將50%的硫酸溶液倒入裝有礦渣的燒杯中，邊倒邊用竹筷攪拌，攪拌5分鐘之后放入磁力攪拌器上攪拌1小時，礦渣與硫酸溶液反應2小時。

e.將反應后的礦渣溶液倒入布氏漏斗中抽濾，真空泵上壓力顯示為0.1Mpa。20分鐘之后，用抽濾瓶中的濾液洗滌裝過礦渣的燒杯，然后繼續抽濾。

f.真空泵上的壓力下降后，停止抽濾。將抽濾瓶中的濾液用100m L量筒測量后倒入玻璃瓶

中放好，并貼上標簽（①號濾液）。

g.按照步驟a-f的程序，每次用電子天平稱取100g礦渣，分別與55%、60%、63%、65%、

67%、70%、75%的硫酸溶液反應，得到不同的濾液，依次標號②-⑧。

（2）燒礦后礦渣的酸化反應

a.用98%的濃硫酸與水分別配制出50%，55%，60%，63%，65%，67%，70%，75%的不同

硫酸溶液。

b.用電子天平稱100g礦渣，放入馬弗爐中（設定溫度為200℃）燒礦1.5小時。

c.將燒過的礦渣冷卻至室溫后分別與50%，55%，60%，63%，65%，67%，70%，75%的硫酸溶

液反應，具體操作過程與(1)中的步驟b-f過程一樣。將抽濾后所得的濾液分別標號11-18號。

（3）沉淀反應

a.配制0.1mol/L的碳酸鈉溶液。

b.用量筒量取50m L濾液倒入200m L燒杯中。

c.將碳酸鈉溶液倒入堿式滴定管中，記下滴定管上的刻度，向濾液中慢慢滴加碳酸鈉溶液，

直至出現渾濁現象。記下此時所消耗的碳酸鈉溶液的用量。

d.將渾濁溶液倒入離心管中，然后放入離心機中進行離心分離，每次離心5-10分鐘。

e.將離心管中的清液倒入燒杯中，沉淀物質用滴管吸到表面皿中，然后放入烘箱中將水分

烘干（大約1h），最后將表面皿從烘箱中拿出冷卻至室溫，用分析天平稱量沉淀的質量，

將沉淀的質量用記錄本記好。

f.將離心后的清液繼續滴加碳酸鈉溶液，每次出現渾濁現象后按步驟d-e操作，直至出現

渾濁物質pH在6-7時，停止向清液中滴加碳酸鈉溶液，將所有的沉淀物質用小玻璃瓶

裝好，貼上標簽。

三、結果與分析

1、濕法磷酸濾液沉淀量的分析

在礦渣與硫酸進行酸化反應后，再與碳酸鈉溶液進行沉淀反應后生成的金屬鹽沉淀量通過圖形對沉淀物質進行分析。由⑥號濾液（即磷礦渣與67%的硫酸溶液反應所得）與碳酸鈉溶液反應所得的金屬鹽沉淀是最多的。

2、燒礦后濕法磷酸濾液沉淀量的分析

將燒礦后所得的11-18號濾液與碳酸鈉溶液反應后所得的沉淀的總質量，由14號濾液（即磷礦渣與63%的硫酸溶液反應所得）與碳酸鈉溶液反應所得的金屬鹽沉淀是最多的。

3、燒礦前后濕法磷酸金屬鹽沉淀量的比較分析

將燒礦前的⑥號濾液與燒礦后的14號濾液分別與碳酸鈉溶液生成的金屬鹽沉淀量進行比較分析，以得出最優方案。

14號濾液與碳酸鈉溶液反應所得的沉淀量更多。因此，綜合實驗結果可以得出如下結論：將磷礦礦渣放入馬弗爐中燒礦1.5小時后與硫酸溶液反應后，比沒有燒礦的磷礦礦渣進行酸化后與碳酸鈉溶液反應之后得到的金屬鹽沉淀也更多，即燒礦之后的磷礦礦渣更有利于其中的金屬離子浸取出來，從而有利于沉淀分離。

因此，本實驗得出的最優方案為：100g燒礦后礦渣與63%的硫酸溶液反應析出的金屬離子最多。