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从广西某赤泥中盐酸浸出钪实验研究 ① 罗 星， 马荣锴， 李 勇， 卢美玲， 冯吉福 （中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 ５４１００４） 摘 要 对广西某赤泥经铝钠回收（亚熔盐法）⁃还原焙烧⁃磁选回收铁后得到的含钪物料进行了物相组成和盐酸浸出钪试验研究。 物相组成研究结果表明，物料中主要矿物为 Ｃａ２ＳｉＯ４和 Ｃａ３Ａｌ２Ｏ６，是主要的耗酸矿物。 盐酸浸出实验研究了浸出时间、温度、盐酸浓 度和矿浆浓度对钪浸出率的影响，得到最佳工艺条件为浸出时间 ４ ｈ、浸出温度 ８０ ℃、盐酸浓度 ６ ｍｏｌ／ Ｌ 和矿浆浓度 ７．７％，在最佳 工艺条件下进行了 ３ 组综合试验，可获得钪平均浸出率 ７３．２７％。 关键词 赤泥； 浸出； 钪； 盐酸 中图分类号 ＴＦ８４５．１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０２０．０２．０２３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０２０）０２－００９８－０３ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈｉｎｇ ｏｆ Ｓｃａｎｄｉｕｍ ｆｒｏｍ Ｒｅｄ Ｍｕｄ ｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ ＬＵＯ Ｘｉｎｇ， ＭＡ Ｒｏｎｇ⁃ｋａｉ， ＬＩ Ｙｏｎｇ， ＬＵ Ｍｅｉ⁃ｌｉｎｇ， ＦＥＮＧ Ｊｉ⁃ｆｕ （Ｃｈｉｎａ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌ Ｇｕｉｌｉｎ Ｇｅｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｍｉｎｉｎｇ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４， Ｇｕａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｒｅｄ ｍｕｄ ｉｎ Ｇｕａｎｇｘｉ ｗａｓ ｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ａ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ⁃ｓｏｄｉｕｍ ｒｅｃｏｖｅｒｙ（ｓｕｂ⁃ｍｏｌｔｅｎ ｓａｌｔ ｍｅｔｈｏｄ）， ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｒｏａｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｒｏｎ ｒｅｃｏｖｅｒｙ． Ｔｈｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｓｃａｎｄｉｕｍ⁃ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｔａｋｅｎ ｆｏｒ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｓｃａｎｄｉｕｍ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｓｔ ｗｉｔｈ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ． Ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ Ｃａ２ＳｉＯ４ａｎｄ Ｃａ３Ａｌ２Ｏ６ａｒｅ ｔｈｅ ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ ｍｉｎｅｒａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ａｃｉｄ⁃ｃｏｎｓｕｍｉｎｇ ｍｉｎｅｒａｌｓ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｉｍｅ， ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｕｌｐ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｃａｎｄｉｕｍ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｉｎ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｓｔ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｉｍｅ ｏｆ ４ ｈ， ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｔ ８０ ℃， ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ６ ｍｏｌ／ Ｌ ａｎｄ ｐｕｌｐ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ７．７％． Ｔｈｒｅｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍｅｄ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｃａｎｄｉｕｍ ｗａｓ ｓｈｏｗｎ ｔｏ ｂｅ ７３．２７％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｒｅｄ ｍｕｄ； ｌｅａｃｈｉｎｇ； ｓｃａｎｄｉｕｍ； ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ 钪在元素周期表中位于第四周期第Ⅲ副族，被称 为广义稀土元素。 由于钪特殊的物理化学性质，主要 应用于制备固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）、铝钪合金和 钪钠卤灯等方面［１－２］。 其中 ７５％ ～８０％的钪伴生在铝 土矿中，在氧化铝生产过程中 ９８％以上的钪都富集到 赤泥中，因此赤泥是最丰富的钪资源［３］。 从赤泥中回收钪［４－９］主要采用酸性体系（硫酸或 盐酸体系） ［１０－１１］。 本文在盐酸体系下，以脱出铝钠铁 后的赤泥为原料，采用搅拌浸出方式，开展了钪浸出实 验研究，为赤泥中钪的提取提供依据。 １ 实 验 １．１ 实验原料、主要药剂与仪器 赤泥采自广西某拜耳法氧化铝厂压滤车间，赤泥 经过“铝钠回收（亚熔盐法）⁃还原焙烧⁃磁选回收铁” 工艺处理后得到本实验原料。 该原料主要成分见 表 １。 从表 １ 可知，该原料主要含 Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ 和 Ｔｉ，其中 Ｓｃ 含量为 ０．０１％。 原料 ＸＲＤ 图谱见图 １。 从图 １ 可 知原料中主要物相为 Ｃａ２ＳｉＯ４和 Ｃａ３Ａｌ２Ｏ６。 主要药剂为盐酸（分析纯），实验用水为自来水。 ①收稿日期 ２０１９－１１－０１ 基金项目 广西自然科学基金重大项目（２０１６ＧＸＮＳＦＥＡ３８０００２） 作者简介 罗 星（１９８７－），男，江西萍乡人，高级工程师，硕士，主要从事有色金属选矿与冶金科研技术工作。 通讯作者 马荣锴（１９８８－），男，湖北石首人，工程师，硕士，主要从事湿法冶金与分析检测科研技术工作。 第 ４０ 卷第 ２ 期 ２０２０ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩNＩNＧ ＡND ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥNＧＩNＥＥＲＩNＧ Ｖｏｌ．４０ №２ Ａｐｒｉｌ ２０２０ 主要仪器包括三口烧瓶、水浴锅和搅拌机。 表 １ 原料化学成分分析结果（质量分数） ／ ％ ＳｃＦｅＴｉＮｉＳｉＺｒＭｇ ０．０１００．４３３．４２０．００３ ３１１．５２０．２７０．５５ ＭｎＮａＺｎＣａＡｌＫ ０．００７ ３０．０５３０．０２７３７．２２．４７０．０１２ 40206080100 2 / θ Ca2SiO4 Ca3Al2O6             图 １ 原料 ＸＲＤ 图谱 １．２ 实验方法 将浓盐酸稀释至实验所需的摩尔浓度，并量取所 需体积待用；将恒温水浴锅预热至实验温度，将 １００ ｇ 实验原料与一定浓度的盐酸倒入烧瓶中，同时打开搅 拌机并开始计时；达到预定的反应时间后，将烧瓶取 出，抽滤，滤渣用水洗涤 ３ 次，烘干后用于化验。 １．３ 实验原理 原料中主要物相为 Ｃａ２ＳｉＯ４和 Ｃａ３Ａｌ２Ｏ６，还有残 余的 Ｆｅ２Ｏ３，在盐酸体系下，主要发生以下反应 Ｃａ２ＳｉＯ４（ｓ） ＋ ４ＨＣｌ（ａｑ）����２ＣａＣｌ２（ａｑ） ＋ Ｈ４ＳｉＯ４（ｓ） Ｃａ３Ａｌ２Ｏ６（ｓ） ＋ １２ＨＣｌ（ａｑ）���� ３ＣａＣｌ２（ａｑ） ＋ ２ＡｌＣｌ３＋ ６Ｈ２Ｏ（ａｑ） Ｆｅ２Ｏ３（ｓ） ＋ ６ＨＣｌ（ａｑ）����２ＦｅＣｌ３＋ ３Ｈ２Ｏ（ａｑ） Ｓｃ２Ｏ３（ｓ） ＋ ６ＨＣｌ（ａｑ）����２ＳｃＣｌ３（ａｑ） ＋ ３Ｈ２Ｏ（ａｑ） ２ 实验结果与讨论 ２．１ 浸出时间 从原料的特性分析，在盐酸体系下，原料与盐酸的 化学反应大致可以分为 ３ 个阶段。 第一阶段盐酸与 原料中的含钙矿物（Ｃａ２ＳｉＯ４和 Ｃａ３Ａｌ２Ｏ６）先发生化学 反应，消耗体系中大部分盐酸，并产生气体和放出热 量，原料颗粒减小；第二阶段随着反应的进行，盐酸与 原料中残存的铁或者氧化铁反应，可以看见溶液发生 明显的颜色变化，由前期的无色溶液逐渐变为淡黄色， 直至变为深黄色，在该阶段中赋存于铁矿物中的钪得 到浸出；第三阶段以类质同象形式赋存于矿物中的钪 得到浸出，包括部分金红石中的钪。 其中第一阶段的 反应速度大大快于后面两个阶段，反应也较为彻底；第 二阶段和第三阶段反应次序无明显界限，但含铁矿物 的浸出速度还是优于钪的浸出速度。 控制矿浆浓度１６．６７％（液固比为５∶１）、温度８０ ℃、 盐酸浓度 ６ ｍｏｌ／ Ｌ 和适宜的搅拌强度，进行了浸出时 间条件实验，结果见图 ２。 从图 ２ 可知，随着浸出时间 延长，钪浸出率逐步提高，但是到 ４ ｈ 后钪浸出趋于平 衡，再延长时间对钪浸出率影响不明显，考虑到生产效 率，选择最佳浸出时间为 ４ ｈ。 1*;0h 80 60 40 20 00 123456789 V1*5          图 ２ 浸出时间对钪浸出率的影响 ２．２ 浸出温度 浸出时间 ４ ｈ，其他条件不变，进行了浸出温度条 件实验，结果见图 ３。 从图 ３ 可以看出，浸出温度对钪 浸出率影响明显，当浸出温度从 ２０ ℃升高到 ８０ ℃时， 钪浸出率从 ３５％提高到 ６３％，虽然进一步提高温度有 可能提高钪浸出率，但考虑到生产条件和环境，确定最 佳温度为 ８０ ℃。 1*, 80 60 40 20 00 20408060100 V1*5     图 ３ 浸出温度对钪浸出率的影响 随着温度升高，分子运动速率加快，提高了表面化 学反应速率，钪浸出速率相应提高，Ｆｅ、Ｃａ、Ａｌ 浸出速 率也在加快。 在温度较低的情况下，浸出液中无硅胶 ９９第 ２ 期罗 星等 从广西某赤泥中盐酸浸出钪实验研究 产生，但是随着温度升高，促进了硅胶的产生，但是因 为后期酸度降低，硅胶和铝、铁离子水解产物絮凝进入 渣中，通过对实验过程研究也发现，硅胶的产生对钪浸 出率影响有限。 ２．３ 盐酸浓度 浸出温度 ８０ ℃，其他条件不变，进行了盐酸浓度条 件实验，结果见图４。 从图４ 可以看出，钪浸出率随盐酸 浓度升高而提高，在盐酸浓度为 ２ ｍｏ／ Ｌ 和 ４ ｍｏ／ Ｌ 条件 下，钪浸出率非常低，主要是因为盐酸被原料中含钙矿 物（Ｃａ２ＳｉＯ４和 Ｃａ３Ａｌ２Ｏ６）所消耗，因为此部分含钙矿 物是原料前期处理工艺产生的，该类矿物中基本不含 钪，从浸出液的颜色可以看出，在该盐酸浓度下，滤液 颜色为无色。 当盐酸浓度超过 ６ ｍｏｌ／ Ｌ 后，滤液颜色 变为深黄色，含钙矿物反应完成后，还剩余盐酸，含铁 矿物被溶解，同时铁矿物中的钪也得到浸出，钪浸出率 大幅提高。 盐酸浓度 ６ ｍｏｌ／ Ｌ 和 ８ ｍｏｌ／ Ｌ 条件下钪浸 出率差别不大，确定最佳盐酸浓度为 ６ ｍｏｌ／ Ｌ。 7,mol L-1 80 60 40 20 01 3579 V1*5     图 ４ 盐酸浓度对钪浸出率的影响 ２．４ 矿浆浓度 盐酸浓度 ６ ｍｏｌ／ Ｌ，其他条件不变，进行了矿浆浓 度条件实验，结果见图 ５。 从图 ５ 可以看出，随着矿浆 浓度降低，钪浸出率呈现不断上升的趋势。 在较高的 矿浆浓度下，搅拌过程中容易形成膏状物，需要加大搅 拌强度，同时扩散传质较慢，钪浸出率低。进一步降低 317, 80 60 40 20 05 10152025 V1*5     图 ５ 矿浆浓度对钪浸出率的影响 矿浆浓度，生成的产物能够轻易地被搅散，扩散过程不 是主要的控制因素，钪浸出率得到提高。 考虑到后期 萃取的需要，矿浆浓度不宜过低，选择最佳矿浆浓度为 ７．７％（液固比为 １２∶１）。 ２．５ 综合条件实验 在前述条件实验中，得到最佳实验条件为浸出时 间 ４ ｈ、浸出温度 ８０ ℃、盐酸浓度 ６ ｍｏｌ／ Ｌ 和矿浆浓度 ７．７％。 在该条件下，进行了 ３ 组综合实验，钪浸出率 分别为 ７３．２％、７３．５％和 ７３．１％，平均浸出率 ７３．２７％， 实验可重复性好。 ３ 结 论 １） 对采自广西某拜耳法氧化铝厂压滤车间的赤 泥，经过“铝钠回收（亚熔盐法）⁃还原焙烧⁃磁选回收 铁”工艺处理后得到的含钪物料进行了分析，物料中 主要矿物为 Ｃａ２ＳｉＯ４和 Ｃａ３Ａｌ２Ｏ６，是主要的耗酸矿物。 ２） 对该含钪物料进行了盐酸浸出实验研究，得出盐 酸浸出最佳工艺条件为浸出时间４ ｈ、浸出温度８０ ℃、盐 酸浓度 ６ ｍｏｌ／ Ｌ 和矿浆浓度 ７．７％。 在最佳工艺条件下 进行了 ３ 组综合实验，可获得钪平均浸出率 ７３．２７％。 参考文献 ［１］ 孙 军，刘云龙，崔 滔． 我国钪矿资源概况及产业发展建议［Ｊ］． 资源与产业， ２０１９（２）７４－７９． ［２］ 吕子剑，翟秀静． 钪冶金［Ｍ］． 北京化学工业出版社， ２０１５． ［３］ 徐 璐，罗宇智，史光大． 从赤泥硫酸熟化浸出液中预富集钪［Ｊ］． 有色金属（冶炼部分）， ２０１８（１１）３９－４１． ［４］ Ｏｃｈｓｅｎｋｈｎ⁃Ｐｅｔｒｏｐｏｕｌｏｕ Ｍ Ｔ， Ｈａｔｚｉｌｙｂｅｒｉｓ Ｋ Ｓ， Ｍｅｎｄｒｉｎｏｓ Ｌ Ｎ， ｅｔ ａｌ． Ｐｉｌｏｔ⁃Ｐｌａｎｔ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｅａｃｈｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ Ｓｃａｎｄｉｕｍ ｆｒｏｍ Ｒｅｄ Ｍｕｄ［Ｊ］． Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ＆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２００２，４１（２３）５７９４－５８０１． ［５］ Ｏｃｈｓｅｎｋｈｎ⁃Ｐｅｔｒｏｐｕｌｕ Ｍ， Ｌｙｂｅｒｏｐｕｌｕ Ｔ， Ｏｃｈｓｅｎｋｈｎ Ｋ Ｍ， ｅｔ ａｌ． Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｌａｎｔｈａｎｉｄｅｓ ａｎｄ ｙｔｔｒｉｕｍ ｆｒｏｍ ｒｅｄ ｍｕｄ ｂｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｌｅａｃ⁃ ｈｉｎｇ［Ｊ］． Ａｎａｌｙｔｉｃａ Ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ， １９９６，３１９（１－２）２４９－２５４． ［６］ Ｏｃｈｓｅｎｋｈｎ⁃Ｐｅｔｒｏｐｕｌｕ Ｍ， Ｌｙｂｅｒｏｐｕｌｕ Ｔ， Ｐａｒｉｓｓａｋｉｓ Ｇ． Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｓｅｐａ⁃ ｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｃａｎｄｉｕｍ ｆｒｏｍ ｙｔｔｒｉｕｍ ａｎｄ ｌａｎｔｈａｎｉｄｅｓ ｉｎ ｒｅｄ ｍｕｄ ｂｙ ａ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ／ ｓｏｌｖｅｎｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］． Ａｎａｌｙｔｉｃａ Ｃｈｉｍｉｃａ Ａｃｔａ， １９９５，３１５（１）２３１－２３７． ［７］ 薛 安，陈肖虎，唐晓宁． 赤泥中浸出钪的工艺条件及动力学研究［Ｊ］． 有色金属（冶炼部分）， ２０１０（２）５１－５４． ［８］ 李 望，朱晓波． 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