酸浸法回收赤泥中鈦、鐵、鋁等金屬的方法綜述及展望

劉 永，田明旺，黃鴻龍，劉 兵，蔡平雄

（北部灣大學 石油與化工學院，廣西 欽州 535000）

赤泥中含有大量氧化鐵，導致其外觀一般呈紅色或紅褐色，所以被稱為赤泥[1]。據統計，在我國氧化鋁生產工藝中，每生產1.0 t氧化鋁就會產生1.0～2.5 t赤泥[2]。我國近幾年的赤泥產出量已高達1億t/年，世界赤泥年產出量預計超1.5億t。全球對赤泥的平均利用率為15.00%，而我國對赤泥的綜合利用率僅為4.00%[3-5]。目前，赤泥的主要處理方法為筑壩堆存，但是，堆存的赤泥易引發土壤堿化與水體污染等環境問題。隨著國家對環境越來越重視，人們對赤泥的綜合處理也越來越重視，找到經濟又環保的赤泥綜合處理工藝成為當務之急。

本研究介紹了酸浸法回收赤泥中鈦、鐵、鋁等金屬的不同方法以及研究進展，分析并比較了各個方法的優缺點，以期為回收赤泥中的鈦、鐵、鋁等金屬提供參考。

1 赤泥的性質與組成

赤泥是氧化鋁工業生產過程中產生的固體廢物，呈強堿性。根據氧化鋁生產工藝的不同，可將赤泥的產生途徑分為拜爾法、燒結法和聯合法3種類型，主要成分有氧化鋁、氧化鐵、二氧化鈦和氧化鈣等[1]。由于不同工藝與不同礦產的影響，赤泥主要成分的質量分數有所差異。我國不同地區生產的赤泥的主要成分如表1所示[6]。

表1 我國不同地區氧化鋁廠生產的赤泥的主要成分

由表1可知，赤泥中鈦、鐵、鋁等金屬的質量分數很高，從赤泥中回收鈦、鐵、鋁等金屬有很大的可行性與回收利用價值，對赤泥的綜合治理有重要的現實意義。

2 從赤泥中回收鈦、鐵、鋁等金屬相關研究

2.1 鈦的回收

鈦作為赤泥的有效成分之一，具有回收利用價值，國內外學者對此進行了大量研究。目前，從赤泥中提取鈦的主要方法是酸浸法。

酸浸法回收赤泥中的鈦主要是利用酸與赤泥中的氧化物等進行化學反應，進而回收鈦。Agatzini-Leonardou等[7]采用稀硫酸對赤泥進行浸取，當浸出溫度為60 ℃、硫酸濃度為3 mol/L、液固比為20∶1（mL/g）時，鈦的回收效率達到64.50%。此法所用酸濃度較小但用量較大。朱曉波等[8]采用硫酸、鹽酸和硝酸3種酸從赤泥中提取鈦，結果發現：硫酸作為浸出劑最合適，在硫酸質量分數為40.00%、浸出溫度為100 ℃、液固比為6∶1和反應時間為60 min的條件下，鈦的浸出率達90.00%。此外，還有學者研究了赤泥浸取鈦的助浸劑，例如Zhu等[9]開展了在硫酸體系中以檸檬酸為助浸劑浸取鈦的研究，研究表明：在赤泥浸出過程中，添加檸檬酸可顯著提高鈦的回收率和降低硫酸的消耗量。通過添加5.00%的檸檬酸，鈦的浸出率從65.00%提高到82.00%，硫酸消耗量降低30.00%，赤泥中的鈣鈦礦、板鈦礦和赤鐵礦更易溶解、溶出。

酸浸法可有效回收赤泥中的鈦成分，用硫酸浸取回收赤泥中的鈦有較高的回收率。然而，酸浸法所消耗的酸量較大、腐蝕性較強，浸取后的固體廢物呈酸性，需要進一步處理。

2.2 鐵的回收

赤泥中鐵的質量分數較高，回收利用價值較大。目前，從赤泥中回收鐵的方法以酸浸法為主。

酸浸法常用于冶金行業，在赤泥的綜合回收利用研究中，諸多學者運用酸浸法進行赤泥中有價金屬的回收利用。薛真等[10]通過正交實驗得到鹽酸浸出赤泥的最佳條件：鹽酸濃度為6 mol/L、溫度為110 ℃、液固比為6∶1、反應時間為90 min。在最佳條件下，鋁和鐵的浸出率分別為83.00%、84.00%，回收效果較好。謝武明等[11]利用鹽酸浸出提取赤泥中的鋁和鐵，實驗得到最佳工藝條件：赤泥粒度為150 μm、酸浸溫度為80 ℃、鹽酸濃度為10 mol/L、液固比為8∶1（V/m）、浸出時間為150 min。此時，鋁的浸出率為96.70%，鐵的浸出率為95.10%，鐵鋁的總浸出率為96.00%。此法所得鐵鋁的浸出率很高，可對赤泥中的鐵鋁進行有效回收利用。然而，酸浸法也存在腐蝕性強、耗酸量大、浸出渣酸性強的問題，同時其生產成本與后期廢物處理成本也較高。

2.3 鋁的回收

赤泥中鋁的質量分數較高，特別是拜耳法工藝產出的赤泥中鋁的質量分數約為20.00%，有回收利用價值。

魯桂林等[12]采用鹽酸浸取回收Al2O3，實驗得到較為合適的反應條件：鹽酸濃度為6 mol/L、鹽酸（mL）與赤泥（g）的液固比為4∶1、酸浸溫度為109 ℃，采用二次浸出的方式，最終得到Al2O3的浸出率為89.00%。國外學者運用硫酸從赤泥中浸取回收鋁進行研究，例如?AYAN等[13]采用硫酸浸出回收鋁，在90 ℃下使用4 mol/L硫酸浸出4 h，固液比值為0.04，鋁的回收率為96.82%。酸浸法常被用于從赤泥中回收鋁，具有高回收率、工藝簡單等特點，但也具有腐蝕性強、耗酸量大、浸出渣酸性強、成本高的問題，且目前還處于實驗階段，工業化發展還有很長的路要走。

2.4 其他金屬的回收方法

赤泥中除了鐵、鈦、鋁這3種主要金屬，還有其他金屬存在，同樣有回收利用價值，許多學者也對此進行了研究。

Liu等[14]通過硫酸化焙燒-水浸法從山東中鋁高堿拜爾法赤泥中有選擇性地回收鈧、鈉。在焙燒溫度為750 ℃、焙燒時間為40 min、水浸溫度為65 ℃、浸出時間為30 min、液固比為10∶1的良好焙燒和水浸條件下，鈧、鈉的浸出率分別達到60.00%、95.00%。王克勤等[15]采用鹽酸兩段浸出氧化鋁赤泥中的釩，浸出率達97.96%；二段浸出液經蒸發濃縮及凈化除雜后，采用100.00%醋酸戊酯進行3級萃取，萃取率達到95.76%。Ochsenkühn-Petropoulou等[16]采用稀硝酸浸出赤泥，運用離子交換法從其浸出液中分離鈧、鑭系元素。

3 結語

赤泥的處理一直是氧化鋁工業的重大難題，其對氧化鋁工藝產生了很大限制。赤泥中含有大量金屬，對其進行回收利用是綜合處理赤泥的好方法。對赤泥的性質進行簡單介紹，并介紹了酸浸法回收赤泥中鈦、鐵、鋁等金屬的方法，這些方法可有效回收利用赤泥中的鈦、鐵、鋁等金屬，但也有一定的局限性。同時，這些方法現在大多處于實驗階段，其工業化應用還需進一步研究。