一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)主要屬于火法－濕法冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法。所述方法不僅可以實(shí)現(xiàn)赤泥中稀貴金屬元素鈧和含量較高的鈉元素浸出，還實(shí)現(xiàn)了赤泥中鈧與鐵元素的分離。根據(jù)赤泥中鈧的賦存形態(tài)，采用濃硫酸混勻，低溫硫酸鹽化后；再進(jìn)行中溫焙燒，在鹽化和中溫焙燒的同時回收逸出的三氧化硫、二氧化硫或硫酸；待雜質(zhì)硫酸鹽物相分解后，水浸得到富鈧鈉低鐵洗液。本發(fā)明專利技術(shù)所述方法制備獲得的富鈧鈉低鐵浸出液為后續(xù)離子交換、溶劑萃取和反萃取步驟提供了絕對優(yōu)勢；固液分離后得到的高鐵低鈉浸后渣可作為建材或高爐煉鐵原料；另外，本發(fā)明專利技術(shù)所述方法中的所用試劑硫酸還可回收再利用，不產(chǎn)生新的污染。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)主要屬于火法－濕法冶金
，具體涉及一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法。
技術(shù)介紹
拜耳赤泥是在鋁土礦拜耳法提取氧化鋁過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物。2015年全球冶金級品位氧化鋁產(chǎn)量約為108萬噸，預(yù)估去年赤泥產(chǎn)生量約為110~200萬噸。拜耳赤泥中有價元素種類繁多，如鐵、鋁、鈉、鈦、鈣和稀貴金屬等，其中鐵含量一般在7~72%之間。由于其高堿性、重金屬和放射性元素存在，簡單地堆置赤泥不僅占用空間而且可能引起環(huán)境問題，如地下水污染，粉塵等事故。鈉離子由于脫硅產(chǎn)物如鈉霞石、鈣霞石、方鈉石的形成而最后累計于赤泥中，其存在限制了赤泥在建材方面的應(yīng)用，這主要是由于混泥土里面的鈉離子會引起堿骨料“冒霜”效應(yīng)，從而影響建材原料如水泥的性能。雖然赤泥中鐵含量很高，同樣因為鈉離子的存在而限制了赤泥作為煉鐵原料，這主要是由于鈉離子被炭還原后，低熔點(diǎn)的堿金屬鈉在高爐內(nèi)反復(fù)循環(huán)而腐蝕爐襯。在赤泥浸出回收鈧方面，已有較多研究。已有研究者指出鈧元素的賦存形態(tài)主要以類質(zhì)同像形式存在于鐵氧化物或金紅石中。在拜耳工藝過程中，鋁土礦中的含鐵礦相基本不發(fā)生變化，所以98%鈧富集在赤泥中。因此，若想從赤泥中提取的鈧稀貴元素，就首先要破壞氧化鐵和金紅石等礦物結(jié)構(gòu)。目前，大多數(shù)研究人員采用礦物酸如鹽酸、硝酸、硫酸直接破壞氧化鐵和金紅石礦物結(jié)構(gòu)，在浸出赤泥中的稀土元素的同時，主要金屬元素也被浸出。另外，在這些方法中，通常為了獲得較高的目標(biāo)稀土元素浸出率還需要較高濃度的礦物酸；這不僅會增加酸耗量，而且會增加非目標(biāo)元素的浸出，也為后續(xù)步驟如離子交換或溶劑萃取增加難度。特別是在鐵離子與鈧離子的分離過程，一方面由于其離子半徑的相近而使分離較難；另一方面由于鐵離子較易發(fā)生水解，水解產(chǎn)物Fe(OH)3具有較強(qiáng)吸附作用，從而阻止目標(biāo)元素鈧的分離。因此，在提取稀土元素的浸出液中，鐵離子通常被認(rèn)為雜質(zhì)元素。另外，有研究人員在用離子液體選擇性直接浸出赤泥中的稀土元素方面，也取得了較好的效果。然而，在用離子液體選擇性直接浸出赤泥中的稀土元素方法的過程中通常酸耗、洗滌水用量較大；另外，在浸出渣與離子液體分離時，由于物理夾帶會引起離子液體不必要的損失；再者，離子液體較為昂貴。目前，國內(nèi)還沒有可以從赤泥中選擇性的浸出鈧和鈉的具體措施。當(dāng)前大部分回收工藝對有價金屬元素不具有選擇性；此外，大多數(shù)工藝較為復(fù)雜、酸耗量大且不可回收。因此，若能找到一種工藝簡單，浸出劑可回收再利用，不產(chǎn)生新的污染物的方法就顯得非常有現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對赤泥有價元素浸出技術(shù)中存在的上述問題，本專利技術(shù)提供一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法。本專利技術(shù)所述方法制備獲得的富鈧鈉低鐵浸出液為后續(xù)離子交換、溶劑萃取和反萃取步驟提供了絕對優(yōu)勢；制備得到的高鐵低鈉浸后渣可作為建材或高爐煉鐵原料；另外，本專利技術(shù)所述方法中的所用試劑硫酸還可回收再利用，不產(chǎn)生新的污染。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法，所述方法包括以下步驟:（1）將拜耳赤泥與硫酸按照一定比例進(jìn)行混合，利用硫酸將拜耳赤泥在低溫條件下完全鹽化，獲得硫酸鹽化赤泥；（2）將步驟（1）制備獲得的所述硫酸鹽化赤泥進(jìn)行中溫焙燒，獲得焙燒產(chǎn)物，所述焙燒產(chǎn)物包括易溶解的鈧和鈉的硫酸鹽以及不易溶解的雜質(zhì)礦物；（3）將步驟（2）中制備獲得的所述焙燒產(chǎn)物進(jìn)行水浸，然后固液分離，獲得富鈧鈉低鐵浸出液以及高鐵低鈉浸后渣。進(jìn)一步地，步驟（1）中，利用硫酸將拜耳赤泥在低溫條件下完全鹽化的條件具體為：溫度100~150 ℃，保溫時間20~60 min。關(guān)于鹽化條件，若溫度過高會導(dǎo)致硫酸的揮發(fā)損失；不加熱或溫度過低將不利于赤泥硫酸化過程的進(jìn)行。在步驟（1）的鹽化條件下，既能夠使硫酸的揮發(fā)損失降到最低，又能夠使拜耳赤泥充分地快速地被硫酸鹽化；進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述硫酸的質(zhì)量濃度為65 wt%~80 wt%。并且在拜耳赤泥完全鹽化后生成的硫酸鹽化的赤泥中，鈧、鈉、鐵、鋁主要以Na3Sc(SO4)3、NaFe(SO4)2和NaAl(SO4)2的形式存在。進(jìn)一步地，步驟（1）中，將拜耳赤泥與硫酸按照料液比1:1-3的混合比例進(jìn)行混合。進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述中溫焙燒的條件具體為：焙燒溫度為700~800 ℃，焙燒時間為30~80 min。進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述中溫焙燒的條件具體為：焙燒溫度為700~800 ℃，焙燒時間為30~80 min。步驟（2）借助硫酸鹽礦物分解溫度不同的原理，中溫焙燒的條件必須嚴(yán)格控制，只有在焙燒溫度為700~800 ℃，焙燒時間為30~80 min才能得到易溶解的鈧和鈉的硫酸鹽以及不易溶解的雜質(zhì)礦物（包括鐵氧化物和鋁氧化物）。中溫焙燒的機(jī)理為：在步驟（2）中溫焙燒條件下進(jìn)行中溫焙燒，可以控制在中溫焙燒過程中，首先是NaFe(SO4)2分解為硫酸鈉和硫酸鐵，硫酸鐵再分解為Fe2O3 ；在大部分的NaFe(SO4)2被分解后，NaAl(SO4)2才開始分解為硫酸鈉和硫酸鋁，硫酸鋁再分解為Al2O3。NaAl(SO4)2和Al2(SO4)3極易水解，經(jīng)過中溫焙燒焙燒過程，其中的鋁以Al2O3的形式存在，所以其中的鋁在后續(xù)水浸步驟中不易被浸出。又因為Na2SO4開始分解溫度約為870 ℃，所以控制溫度低于870 ℃可以保證分解產(chǎn)生的Na2SO4不被進(jìn)一步分解。鈧以Na3Sc(SO4)3形式存在，為了保證Na3Sc(SO4)3的不分解，控制中溫焙燒過程中焙燒溫度不應(yīng)過高（800℃）。另外，焙燒時間需要控制在30~80 min，不宜過長，否則會引起分解產(chǎn)物的顆粒團(tuán)聚，進(jìn)而影響目標(biāo)元素浸出率。進(jìn)一步地，在步驟（3）中，將所述易溶解焙燒產(chǎn)物進(jìn)行水浸的具體條件為：浸出溫度20~95 ℃，料液比1：5~20 ，浸出時間10~120 min，浸出攪拌強(qiáng)度200~1000 rpm；步驟（3）利用了各礦物在水溶液中的溶解特性差別，選擇性的浸出稀貴金屬鈧和堿金屬鈉元素，此步驟中必須嚴(yán)格控制水浸條件，才可以保證稀貴金屬鈧和堿金屬鈉元素的充分浸出。進(jìn)一步地，在步驟（1）鹽化以及步驟（2）中溫焙燒過程中，回收再利用揮發(fā)逸出的硫酸分子、三氧化硫或二氧化硫。本專利技術(shù)的有益技術(shù)效果：1）本專利技術(shù)所述方法不僅可以實(shí)現(xiàn)赤泥中稀貴金屬元素鈧的浸出和含量較高的鈉元素回收浸出，最重要的是還實(shí)現(xiàn)了赤泥中鈧與鐵元素的分離；2）本專利技術(shù)通過中溫焙燒，將雜質(zhì)對應(yīng)的硫酸鹽（如硫酸鐵、硫酸鋁）轉(zhuǎn)化為對應(yīng)氧化物后而使之不能夠被浸出，從而解決了普通礦物酸浸過程中的盲目性，實(shí)現(xiàn)了鈧、鐵元素的基本分離，減小了后續(xù)離子交換和溶劑萃取的困難；3）回收再利用了硫酸，降低了礦物酸的消耗，從而降低了成本；4）低溫常壓水浸過程降低了對設(shè)備的要求，且整個工藝過程不產(chǎn)生新的污染物；5）制備得到的高鐵低鈉浸后渣中鈉含量低于原來含量的20%，因此高鐵低鈉浸后渣可作為建材或高爐煉鐵原料。附圖說明圖1中溫焙燒后的焙燒產(chǎn)物的X-射線衍射圖（XRD）；圖2中溫焙燒后的焙燒產(chǎn)物的掃描電鏡圖（SEM）。具體實(shí)施方式為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用于解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本專利技術(shù)。相反，本專利技術(shù)涵蓋任何由權(quán)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:（1）將拜耳赤泥與硫酸按照一定比例進(jìn)行混合，利用硫酸將拜耳赤泥在低溫條件下完全鹽化，獲得硫酸鹽化赤泥；（2）將步驟（1）制備獲得的所述硫酸鹽化赤泥進(jìn)行中溫焙燒，獲得焙燒產(chǎn)物，所述焙燒產(chǎn)物包括易溶解的鈧和鈉的硫酸鹽以及不易溶解的雜質(zhì)礦物；（3）將步驟（2）中制備獲得的所述焙燒產(chǎn)物進(jìn)行水浸，然后固液分離，獲得富鈧鈉低鐵浸出液以及高鐵低鈉浸后渣。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:（1）將拜耳赤泥與硫酸按照一定比例進(jìn)行混合，利用硫酸將拜耳赤泥在低溫條件下完全鹽化，獲得硫酸鹽化赤泥；（2）將步驟（1）制備獲得的所述硫酸鹽化赤泥進(jìn)行中溫焙燒，獲得焙燒產(chǎn)物，所述焙燒產(chǎn)物包括易溶解的鈧和鈉的硫酸鹽以及不易溶解的雜質(zhì)礦物；（3）將步驟（2）中制備獲得的所述焙燒產(chǎn)物進(jìn)行水浸，然后固液分離，獲得富鈧鈉低鐵浸出液以及高鐵低鈉浸后渣。2.根據(jù)權(quán)利1所述一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法，其特征在于，步驟（1）中，利用硫酸將拜耳赤泥在低溫條件下完全鹽化的條件具體為：溫度100~150 ℃，保溫時間20~60 min。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種從拜耳赤泥中選擇性浸出鈧和鈉的方法，其特征在于，步驟（1）中，所述硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65 wt%~80 w...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李宏煦，劉召波，賈東民，黃蒙蒙，張娜，
申請(專利權(quán))人：北京科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11