赤泥中浸出铌工艺条件的研究.pdf

2 0 1 6 年第7 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 1 d o i l O ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 ‘7 5 4 5 ．2 0 1 6 ．0 7 ．0 1 4 赤泥中浸出铌工艺条件的研究 苏候香8 ，王中慧6 吕梁学院，a ．生命科学系，b ．化学化工系，山西吕梁0 3 3 0 0 0 摘要对拜耳法生产氧化铝的富铌赤泥进行铌的碱浸工艺条件研究，考察赤泥粒度、氢氧化钾浓度、浸出 温度、液固比对铌浸出率的影响。结果表明，当赤泥粒度一8 0 肚m ，氢氧化钾浓度6m o l ／L ，温度2 6 0 ℃， 液固比6 l 时，铌的浸出率可达到8 5 ％以上。铌的碱浸过程符合收缩未反应芯模型，浸出反应的控制 步骤是固膜扩散控制。 关键词赤泥；浸出；铌；氢氧化钾 中图分类号T F 8 4 1 ．6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 6 0 7 0 0 5 卜0 3 T e c h n o l o g i c a lS t u d yo fN i o b i u mL e a c h i n gf r o mR e dM u d S UH o u x i a n 9 8 ，W A N GZ h o n g h u i 6 a ．D e p a r t m e n to fL i f eS c i e n c e s ，b ．D e p ar t m e n to fC h e m i s t r ya n dC h e m i c a l ，I 。u l i a n gU n i v e s i t y ，L u l i a n g0 3 3 0 0 0 ，S h a n x i ，C h i n a A b s t r a c t A l k a l i n el e a c h i n gc o n d i t i o n so fn i o b i u m r i c hr e dm u df r o mB a y e rP r o c e s sw e r ei n v e s t i g a t e d ．T h e e f f e c t so fp a r t i c l es i z eo fr e dm u d ，K O Hc 。n c e n t r a t i o n ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r e ，a n dL ／So nn i o b i u m l e a c h i n gr a t ew e r ei n v e s t i g a t e d ． T h er e s u l t ss h o wt h a tn i o b i u ml e a c h i n gr a t ei s8 5 ％ a b o v eu n d e rt h e o p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n gp a r t i c l es i z e o f一8 0“m ，K O Hc o n c e n t r a t i o no f6m o l ／L ，r e a c t i o n t e m p e r a t u r eo f2 6 0 ℃，a n dL ／S 一6 1 ．L e a c h i n gp r o c e s so fn i o b i u mb ya l k a l i n ec o r r e s p o n d sw i t hm o d e lo f c o n t r a c t i b i l i t ya n du n r e a c t e dc o r ei sc o n t r o l l e db ys 0 1 i d m e m b r a n ed i f f u s i o np r o c e s s ． K e yw o r d s r e dm u d ；l e a c h i n g ；n i o b i u m ；K O H 铝土矿是山西的优势资源之一，氧化铝厂生产 的赤泥含碱量很高，主要采用堆积处理，对环境造成 了严重污染。山西森泽镁铝有限公司生产的赤泥， 含铌量很高，具有一定的研究价值。传统的炼铌工 艺采用高浓高毒性的氢氟酸法，对环境造成了严重 的氟污染。在常压下，用高浓度流动性的碱介质来 分解高铌含量的赤泥，采用亚熔盐工艺来强化反应 和传递，可以在较低温度下获得较高分解率口] 。本 文用氢氧化钾亚熔盐浸出高铌的贝耳法氧化铝赤 泥，铌的浸出率在8 5 ％以上，并获得了较好的浸出 工艺条件。 收稿日期2 0 1 6 一O l ～2 7 基金项目吕梁市科技攻关计划项目 G G 2 0 1 3 3 0 一1 作者简介苏候香 1 9 6 9 一 ，女，山西柳林人，硕士，副教授 1 试验部分 1 ．1 试验原料与仪器 试验原料为山西森泽镁铝有限公司提供的拜耳 法生产的氧化铝赤泥，氢氧化钾为化学纯试剂，反应 釜由不锈钢制成，用电热套加热，采用A A 3 2 0 N 型 原子吸收分光光度计测定浸出液中铌的含量。 1 ．2 试验原理 氧化铝赤泥的含铁量较高，颜色呈红色，氢氧化 钾溶液中赤泥的浸出过程分为两个阶段[ 2 ] ，分别生 成可溶性的六铌酸钾和不溶性的偏铌酸钾，在一定 条件下，两者可以相互转化口。4 ] 。 万方数据 5 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第7 期 1 ．3 试验方法 将新鲜的赤泥进行干燥、筛分等预处理后，对赤 泥样品进行光谱半定量分析，测试结果 ％ A l 0 。 2 7 ．7 5 、C a O1 8 ．6 3 、F e 20 39 ．2 8 、S i 0 22 3 ．5 1 、N a O 1 2 ．0 6 、T i 0 24 ．5 3 、N b 2 0 。o ．5 2 。将赤泥分为不同粒 级的样品，在电热套加热的不锈钢反应釜中按一定 液固比加入不同浓度的氢氧化钾溶液中，交替改变 反应时问、温度和搅拌速度等反应条件，当反应完成 后过滤，滤液经调试处理后测定铌的含量并计算铌 的浸出率。 2 试验结果与讨论 2 ．1 赤泥粒径和浸出时间的影响 在氢氧化钾浓度6m o l ／L 、温度2 6 0 ℃、液固比 6 1 的条件下，不同粒径的赤泥反应不同时间后的 结果见图1 。 啦 ＼ 斟 弓三 型 浸出时间，1 1 1 i n 图1 粒度对浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fp a r t i c l es i z eo n n i O b i u ml e a c h i n gr a t e 从图1 可见铌浸出率在反应开始时快速增加， 5 0m i n 后浸出速率变缓，当反应时间为6 0m i n 时， 浸出率基本达到最大值，再继续延长浸出时间，浸出 率反而有所下降。这是由于随着反应的进行，六铌 酸钾的含量不断增加，加快了转化为偏铌酸钾的速 度[ 4 j ，所以浸出时间选择6 0m i n 为宜。 当赤泥的粒度大于7 5 ”m 时，随着粒度的减 小，浸出率增加速度比较快，当接近7 5 “m 时，铌 的浸出率已超过8 0 ％。当粒度继续减小时，铌的 浸出率还在增加，但增加的速度减缓。根据多相 反应理论，固液反应主要在两相界面进行，粒度越 小，体系的比表面积越大，表面能越高，反应的活 性越大。因此，在总质量确定的前提下，颗粒越 小，铌的浸出率就越高。但随着粒度的减小，稳定 性降低，由小粒度结合成大粒度的速度大于浸出 速度，故浸出率的增幅减小。所以赤泥的粒度选 择在7 5 灶m 左右。 2 ．2 温度的影晌 根据阿累尼乌斯方程[ 5 ] ，随温度的提高，反应 速度加快；同时，温度增高，溶液的黏度降低，粒子 的扩散阻力减小，扩散速度加快，也加速了表面反 应的速度。浸出温度对铌浸出率的影响如图2 所 示，试验条件氢氧化钾浓度6m o l ／L 、粒径7 5 肚m 、 时间6 0m i n 、液固比6 1 。分析图2 曲线，在低于 2 0 0 ℃时，铌浸出率很低，从2 0 0 ℃开始，随着浸出 温度的升高，铌的浸出率升高，在3 0 0 ℃时达到最 大值，继续增加温度，铌的浸出率反而下降，这是 因为浸出反应的第二阶段为放热反应，当初始氢 氧化钾浓度不变时，温度过高会导致不溶性偏铌 酸钾的生成，从而使铌的浸出率降低。另外，当温 度达到2 6 0 ℃时，铌的浸出率已超过8 5 ％，因此， 浸出温度选2 6 0 ℃。 冰 、 静 茁 燃 2 0 02 5 0 浸出温度，℃ 图2 温度对浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo n n i O b i u ml e a c h i n gr a t e 2 ．3 氢氧化钾浓度的影响 试验条件温度2 6 0 ℃、粒径7 5 “m 、时间6 0 m i n 、液固比6 1 ，氢氧化钾浓度对铌浸出率的影响 如图3 所示。图3 表明，在一定的温度条件下，随氢 氧化钾浓度的升高，铌的浸出率也升高。根据碰撞 理论，反应速度与反应物的初始浓度成正比，增加氢 氧化钾浓度，不仅可以提高铌的浸出速率，同时还抑 制了可溶性六铌酸钾转变为不溶性的偏铌酸钾，最 终使得铌的浸出率得到提高。但当氢氧化钾浓度大 于6m o l ／L 后，铌浸出率基本稳定，并且碱循环量和 操作难度也随氢氧化钾浓度的增大而增加，因此氢 氧化钾浓度选6m o l ／L 。 万方数据 2 0 1 6 年第7 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 3 68l I J K o H 浓度， m o l - L - 1 图3 氢氧化钾浓度对铌浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fK O Hc o n c e n t r a t i o no n n i O b i u mI e a c h i n gr a t e 2 ．4 液固比的影响 在温度2 6 0 ℃、时间6 0m i n 、粒径7 5 肚m 、氢氧 化钾浓度6m o l ／L 的条件下，不同液固质量比时的 铌浸出率如图4 所示。从图4 可看出，随着液固比 的增大，铌的浸出率也增加。液固比增加，反应物氢 氧化钾的量增大，反应速度加快；液固比低时，粒子 的扩散阻力增大[ 2 ] ，不利于浸出的进行[ 6 ] ，当液固比 达到6 1 时，浸出率的增幅明显减小，大于7 1 后，铌的浸出率基本保持稳定，因此，适宜的液固比 为6 l 。 术 、 爵 寻三 魁 图4 液固比对铌浸出率的影响 F i g ．4 E f f 优to fL ／So nn i o b i u ml e a c h i n gr a t e 2 ．5 最佳工艺条件的验证 在上述试验确定的条件下，进行重复验证试验， 试验条件赤泥粒径7 5 弘m 、浸出温度2 6 0 ℃、氢氧 化钾浓度6m o l ／L 、浸出时间6 0m i n 、液固比6 1 ， 铌的浸出率分别为8 8 ％和9 0 ％。 3结论 氢氧化钾亚熔盐浸出高铌赤泥的优化条件为 赤泥粒径7 5 肛m 、浸出温度2 6 0 ℃、氢氧化钾浓度6 m 0 1 ／L 、浸出时间6 0m i n 、液固比6 1 ，铌的浸出率 在8 5 ％以上。对铌浸出率影响最显著的因素为反 应温度和氢氧化钾浓度。 参考文献 [ 1 ] M I L L E RGL ．T a n t a l u ma n dN i o b i u m [ M ] ．L o n d o n B u t t e r w o r t h sS c i e n t i f i cP u b l i c a t i o n s ，1 9 5 9 1 7 6 6 ． [ 2 ] 周宏明，郑诗礼，张懿．氢氧化钾亚熔盐浸出低品位难分 解钽铌矿的试验[ J ] ．过程工程学报，2 0 0 3 ，3 5 4 5 9 4 6 3 ． [ 3 ] 0 M N E Y AME ，M O H A M E DAEM ．E x t r a c t i o no f N i o b i u ma n dT a n t a l u mf r o mN i t r a t ea n dS u l f a t eM e d i a b yu s i n gM I B K [ J ] ．M in ．P r o ．E x ．R e v ．，2 0 0 l ，2 2 6 3 3 6 5 0 ． [ 4 ] 何季林，张宗国，徐忠亭．中国钽铌湿法冶金[ J ] ．稀有 金属材料与工程，1 9 9 8 ，2 7 1 9 一1 4 ． [ 5 ] 薛安，陈肖虎，高晓宁．赤泥中浸出抗的工艺条件及动力 学研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 0 2 5 1 5 4 ． [ 6 ] z H A N GY i ，L Iz o n h u ，Q IT a o ，e ta 1 ．G r e e nc h e m i s t r y o fC h r o m a t eC l e a n e rP r o d u c t i o n [ J ] ．C h i n e s eJ o u r n a lo f C h e m i s t r v ，1 9 9 9 ，1 7 3 2 5 8 2 6 6 ． 万方数据