酸解殘渣中礦粉的回收與利用分析

尚博文，楊忠海，翟曉康

（安徽金星鈦白（集團）有限公司，安徽 馬鞍山 243051）

當前，硫酸法是國內(nèi)生產(chǎn)鈦白粉的主流工藝，其生產(chǎn)過程中鈦精礦或鈦渣經(jīng)硫酸酸解后會產(chǎn)生大量的酸解殘渣。當前，有必要選擇合適的回收方法，將酸解殘渣的含鈦物料加以利用。

1 回收方法的選擇

1.1 酸浸法

酸解殘渣不僅含有鈦鐵礦，還含有部分金屬氧化物。這些金屬氧化物在強酸環(huán)境下會溶解，而鈦鐵礦較穩(wěn)定，會繼續(xù)保持固體形態(tài)，通過過濾或沉降可實現(xiàn)固液分離，從而將酸解殘渣中鈦的品位提高。在高酸度環(huán)境下，鈦鐵礦也會與鹽酸反應(yīng)轉(zhuǎn)移到液相中，因此鹽酸濃度一般控制在較低水平，以不超過20%為宜。在低酸度下，鐵、鎂、鋁等金屬氧化物依然被有效浸出，綜合浸出率保持在70%～90%。浸出時的溫度以常溫或不超過50 ℃為宜，溫度較高會促使鈦鐵礦分解，要充分發(fā)揮鹽酸的整體作用，減少損失。酸浸完畢后，依據(jù)精礦的過濾方式，調(diào)整砂濾范圍，做好洗滌，做好酸堿浸出作業(yè)，選出的精礦返回酸解流程，當單獨進行酸解時可與濃縮后的廢酸反應(yīng)，然后進行浸取除雜等作業(yè)。

1.2 萃取法

萃取法利用系統(tǒng)中組分在溶劑中有不同的溶解度來分離混合物，即利用物質(zhì)在兩種互不相溶（或微溶）的溶劑中溶解度或分配系數(shù)的不同，使溶質(zhì)從一種溶劑內(nèi)轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中。萃取過程只是物質(zhì)的轉(zhuǎn)移或富集，沒有新物質(zhì)的生成，因此屬于物理變化。

萃取的關(guān)鍵是萃取液的選取，萃取液一般為有機溶劑，能選擇性溶解某些物質(zhì)，萃取液一般與原溶液互不相溶或微溶，這樣有利于萃取液的分離。酸解殘渣的主要萃取劑有對苯乙烯膦酸、水楊氧肟酸、十二烷基硫酸鈉、油酸鈉等。另外，含有羥基、羧基的有機溶劑也可用于酸解殘渣的萃取，萃取劑可單獨使用，也可混合使用多種萃取劑。這些萃取劑與水或酸性水不互溶，根據(jù)酸解殘渣性質(zhì)的不同，萃取率介于60%～80%，這些物質(zhì)的萃取時間大體相同，基本為30～60 min。

1.3 重選法

重選法利用被分選礦物顆粒間的相對密度、粒度、形狀的差異及其在介質(zhì)（水、空氣及其他流體）中運動速率和方向的不同，使之彼此分離。因此，重選法的前提是礦物之間有明顯的密度差異，這種差異越大，越有利于礦物的分選。酸解殘渣中主要的目的礦物為未分解的鈦鐵礦，該礦物粒度較細，密度較大，易于采用重選法分離。酸解殘渣含有部分雜質(zhì)，如鐵、鋁氧化物，酸解過后粒度極細，而且具有一定酸性，可采用旋流分離器或搖床進行分選。

1.4 浮選法

浮選法是根據(jù)礦物在水溶液中潤濕性的不同而進行分離的，酸解殘渣的捕收劑有芐基胂酸、苯乙烯磷酸、油酸鈉、十二烷基硫酸鈉等。酸解殘渣含有部分硅酸鹽礦物，為了抑制其上浮，可添加適量抑制劑，如水玻璃、草酸、羧甲基纖維素等，其都有較好的抑制效果。

酸解殘渣具有很強的酸性，浮選前需要洗滌除去大部分H，使其呈弱酸性或中性。在該環(huán)境下，捕收劑能發(fā)揮最大作用，有時也在浮選過程中添加適量液堿調(diào)節(jié)pH，并調(diào)節(jié)漿料濃度，使其保持在30%～40%。pH調(diào)節(jié)完畢后，加入適量抑制劑抑制硅酸鹽礦物，充分攪拌后添加捕收劑，捕收劑的添加量與鈦鐵礦品位有關(guān)，酸解殘渣中鈦品位越高，捕收劑添加量越大，捕收劑可單獨使用，也有兩種或多種混配使用，然后添加起泡劑進行捕收作業(yè)。

1.5 磁選法

鈦鐵礦具有弱磁性，可用強磁選機進行分離，而主要的脈石礦物（氧化硅等）無磁性，因此，磁選提純酸解殘渣可得到較好的效果。目前，該方法在生產(chǎn)中有一定應(yīng)用，酸解殘渣中鈦的回收率為70%～90%，選出的精礦可直接用于酸解。

酸解殘渣經(jīng)沉降后送入壓濾機，得到的濾液含有一定的可溶鈦，被稱為淡鈦液，可返回沉降池進行回收利用。壓濾后的濾餅加水后打漿，并均勻通入強磁選機中，得到的精礦過濾并干燥除去大部分的水，濾液返回工藝流程或進行廢水處理，但要注意返回工藝流程對產(chǎn)品吸油量、白度等的影響，尾礦處理后排放。該方法能實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，得到較好的回收率，處理量也較大，精礦指標穩(wěn)定，具有較高的經(jīng)濟效益。

2 回收礦粉分析試驗

2.1 試驗方案

收集100 kg泥漿壓濾工序得到的濾餅，進行磁選回收，對得到的磁選回收精礦進行分析。按照安徽金星鈦白（集團）有限公司對礦源分析的要求，分別進行細度、純凈度、品位對比和酸解試驗。為做對比，取本公司現(xiàn)生產(chǎn)用礦進行對照試驗，控制其他條件一致，唯一變量為礦粉來源。

2.2 細度對比

分別稱取10.00 g生產(chǎn)用礦和回收精礦做325目篩余，結(jié)果如下：生產(chǎn)用礦余4.1%，回收精礦余12.7%，回收研磨余6.5%。因為后面的酸解試驗需要將礦粉細度控制在10以內(nèi)，所以將回收精礦放入研磨機中研磨2 h，避免酸解試驗中細度差異過大。

2.3 純凈度對比

分別稱取10.00 g生產(chǎn)用礦和回收精礦，將其分別置于兩個400 mL燒杯中，各加入300 mL水，攪拌均勻后靜置2 h，觀察其情況。觀察發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)用礦的液面有雜質(zhì)，其為配礦時帶入的極細礦粉和灰塵；而回收礦的液面干凈，下層在礦粉上覆蓋了一層灰色雜質(zhì)。

2.4 品位對比

取適量生產(chǎn)用礦和回收精礦送至檢測中心做熒光組分，結(jié)果如表1所示。

表1 生產(chǎn)用礦和回收精礦的熒光組分

2.5 酸解試驗

試驗反應(yīng)濃度為87%，各種礦的酸礦比、酸解條件和浸取水量如表2所示。試驗反應(yīng)容器采用400 mL燒杯，78 g礦粉體積約為40 cm，投礦體積與反應(yīng)容器體積比為1∶10，與實際生產(chǎn)相近。先向400 mL的燒杯中加入定量的濃硫酸（93%），再倒入稱量好的礦粉，充分攪拌10 min，杯底沒有明顯的結(jié)團后加入引發(fā)水。引發(fā)水加入后繼續(xù)攪拌，待杯中溫度開始上升，將燒杯置于事先已經(jīng)升好溫的電爐上，攪拌到反應(yīng)開始，至冒泡最高點關(guān)電源。記錄每種礦反應(yīng)時間（從開始加熱至冒泡的時間）和固相物高度、顏色。

表2 各種礦的酸礦比、酸解條件和浸取水量對比

生產(chǎn)用礦反應(yīng)較為平穩(wěn)，冒煙后酸礦混合物液位緩慢上升至最高點，反應(yīng)結(jié)束后逐漸下降形成固相物，固相物較為堅硬緊密，表面有少許氣孔；生產(chǎn)∶回收2∶1和生產(chǎn)∶回收1∶1與生產(chǎn)用礦反應(yīng)情況相似，略微劇烈一些。回收研磨反應(yīng)最為劇烈，冒煙后酸礦混合物液位迅速上升至最高點，反應(yīng)結(jié)束后逐漸下降形成固相物，固相物較為疏松，且裂縫較多。

酸解反應(yīng)結(jié)束后，將燒杯放入105 ℃的烘箱內(nèi)熟化0.5 h，取出后加入浸取水，置于65 ℃水浴鍋中加熱浸取4 h。

浸取4 h后，都加入5.5 g同種鐵粉進行還原，待反應(yīng)至無明顯氣泡產(chǎn)生時，用硫氰酸銨指示劑檢測，未變紅說明三價鐵已經(jīng)除盡。還原完將鈦液攪拌均勻，取100 mL測酸解率，其余鈦液全部抽濾，將濾渣烘干，測泥漿殘鈦含量。

生產(chǎn)用礦實際泥漿殘鈦含量一般在30%左右，試驗中采用真空抽濾，其過濾性能相比臥式板框較差，泥漿殘鈦結(jié)果偏高，結(jié)果如表3所示。

表3 各種礦的殘鈦試驗結(jié)果對比

3 結(jié)論

鑒于磁選回收精礦的酸解率和泥漿殘鈦都較好，綜合反應(yīng)情況，其特征與鈦鐵礦類似，推測磁選回收礦粉中鈦鐵礦占比較高。結(jié)合本公司的設(shè)備情況，相比其他回收方案，磁選法的優(yōu)勢在于新增設(shè)備少，只需要添置濕式磁選機和烘干設(shè)備，不需要購置整套設(shè)備和其他輔料，成本回收時間短，更利于實現(xiàn)公司的長遠發(fā)展目標。