赤泥回收铁铝资源技术研究现状及展望

赤泥作为氧化铝生产排放的强碱性固体废弃物,因其碱含量高并含有丰富的铁、铝、稀散和稀贵金属等战略金属资源而广受关注。提高赤泥中铁、铝等大宗金属资源的综合利用率,不仅能够解决赤泥大量堆存导致的生态环境污染和大量土地占用,而且能够改善我国铝土矿资源和铁矿石资源供需紧张的现状,降低我国工业发展受国际资源巨头垄断和地缘政治形势改变双重制约的铁铝资源风险。本文介绍了拜耳法赤泥的产生、理化性质以及危害,并重点从物理选矿、火法冶金和湿法冶金三个综合利用方向详细阐述了近年来国内外对于利用赤泥分离回收铁矿物和铝矿物的技术研究进展及其存在问题,同时对赤泥综合利用技术的未来发展方向提出了展望及建议。

铅冶炼渣的重金属释放行为

以原生铅火法冶炼的烟化水淬渣为研究对象,通过批次浸出试验与动态淋溶试验研究了铅冶炼渣的重金属释放特性,同时考察了浸提剂类型和pH对重金属释放的影响。结果表明,铅冶炼渣属于第Ⅰ类一般工业固体废物,渣中残留的各种重金属在水浸和模拟酸雨浸出条件下的平衡溶出浓度均低于0.1 mg/L。铅冶炼渣中的锑和铅具有较大的淋溶释放量,经过12小时,锑和铅的累积淋溶量分别达到8.3 mg/m^(2)和22 mg/m^(2)。铅冶炼渣的重金属释放行为应同时关注其平衡浸出浓度和动态释放行为。

无机阴离子对低温拜耳法中脱硅产物析出的影响

利用XRD、FT-IR、SEM和PSD等手段系统研究无机阴离子对低温拜耳法过程中脱硅产物(DSPs)的组成、结构以及微观形貌的影响。当溶液中存在氯化物、硫酸盐和碳酸盐时,形成氯化物型方钠石、碳酸盐型方钠石和黝方石,部分铝酸盐离子被阴离子杂质取代。硫酸盐与DSPs的结合能力强于铝酸盐、氯化物和碳酸盐。随着阴离子浓度的增加,DSPs的粒径增大,且DSPs的团聚程度和圆形片层结构的厚度均有所增加。此外,阴离子杂质会促进沸石骨架的溶解和方钠石中四元环的形成,从而促进沸石向方钠石转化。

Effects of Ti-and Mg-bearing minerals on hydrothermal formation of hydroandradite

The effects of Ti-and Mg-bearing minerals on the crystal structure,morphology,particle size distribution,and formation mechanism of efficient desilication product of hydroandradite(HA)during hydrothermal conversion in a synthetic sodium aluminate solution were investigated via X-ray diffractometer,scanning electron microscope and particle size analyzer.During HA formation,anatase,rutile,and periclase dissolved in sodium aluminate solution engage in ion substitution reactions between Ti4+and Si4+,and between Mg^(2+)and Ca^(2+),respectively.However,dissolved hydromagnesite cannot enter into the HA.The content of HA after the hydrothermal reactions changes slightly with the increase of anatase and periclase contents,but it notably decreases with increased quantities of rutile and hydromagnesite.Ti-bearing minerals reduce the particle size and enhance the specific surface area of HA,whereas Mg-bearing minerals exert the opposite effect.The morphology of HA with Ti-and Mg-bearing minerals changes from spherical particles to flocculent structure and hexagonal plate-like particles.

Cu-PGMs合金电解阳极泥中EDTA·2Na浸铜动力学

以Cu-PGMs合金电解所得铜阳极泥为原料,采用EDTA·2Na浸出阳极泥中的铜和其他贱金属,达到富集阳极泥中贵金属的目的。通过单因素实验,探究了EDTA·2Na浓度、反应温度、浸出时间、搅拌速率、液固比等工艺条件对铜浸出率的影响,得出适宜的浸出条件为EDTA·2Na浓度0.3mol/L、温度55℃、浸出时间3 h、搅拌速率250 r/min、液固比10:1,该条件下铜的浸出率可达91.12%。同时,对EDTA·2Na浸出阳极泥中的铜的动力学进行了分析,结果表明EDTA·2Na的浸出过程符合未反应核的收缩模型,为内扩散控制,其浸出的表观活化能(E_(a))为8.6 k J/mol,浸出动力学方程为1﹣3(1-RCu)^(2/3)+2(1-R_(Cu))=0.13117 t。

水化石榴石向钙铁榴石碱热转变动力学

基于高效脱硅产物钙铁榴石,从制备的水化石榴石中高效提取氧化铝,系统研究了不同参数对水化石榴石碱热转化的影响规律和反应动力学行为。结果表明,制备的水化石榴石主要由立方体颗粒团聚而成,化学组成与标准分子式基本一致。铁铝比的增加、反应温度的升高、反应时间的延长和分子比的增加均有利于水化石榴石中氧化铝的回收。水化石榴石最佳碱热转化工艺为:铁铝比1.0、反应温度280℃、反应时间60 min、分子比30,此条件下氧化铝回收率为63.12%。碱热转化过程中大部分水化石榴石转化为钙铁榴石,氧化铝的碱热反应主要受界面传输和扩散共同控制,反应表观活化能为26.60 kJ/mol。

Sc含量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响

本文研究了Sc添加量对Al9.0Zn2.5Mg2.2Cu0.2Zr合金铸态组织的影响。结果表明,微量Sc与Zr协同可形成Al_(3)(Sc,Zr)第二相,在铸造过程中具有促进非均质形核、细化铸态晶粒的作用,并对合金共晶组织有明显的变质作用。但铸态合金中部分可达微米级初生Al_(3)(Sc,Zr)第二相对合金的加工性能和力学性能易产生不良影响。

高铁含量型CaO-FeO-ZnO-SiO_(2)炉渣黏度研究

炉渣黏度对铅基固废熔炼过程的顺利进行具有重要影响,而炉渣黏度与炉渣结构存在内在联系。以CaO-FeO-ZnO-SiO_(2)四元系合成渣为研究对象,采用熔体物性综合测定仪测定合成渣的黏度,在FeO/SiO_(2)=1.5~2.4、CaO/SiO_(2)=0.3~0.7、ZnO=5%~15%范围内探讨了炉渣黏度随温度组成变化的关系。结果表明,所研究的炉渣均为典型的碱性炉渣,其黏度曲线具有明显的熔化性温度。当CaO、FeO和ZnO的含量过高,造成SiO_(2)小于24%时,黏度曲线的熔化性温度明显增大。适宜的炉渣组成为ZnO 11%、FeO/SiO_(2)=1.8、CaO/SiO_(2)=0.5。

有机絮凝剂对铁矿相沉降性能影响及其吸附机理

通过模拟拜耳法赤泥沉降过程研究了聚丙烯酸铵(PAAA)、阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和氧肟酸絮凝剂(HPAM/HCPAM)对赤铁矿和针铁矿沉降性能的影响规律和絮凝后絮体的粒径分布及分形维数,并利用傅里叶变换红外光谱探讨了絮凝剂与铁矿相的吸附机理。在不同类型絮凝剂中,添加氧肟酸絮凝剂铁矿相沉降速度最快,且氧肟酸含量越高,沉降性能越好;聚丙烯酸铵和阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂对铁矿相沉降性能影响较小;同等条件下赤铁矿沉降速度要远高于针铁矿,增加絮凝剂添加量有助于提高针铁矿沉降速度。在赤铁矿絮体中,添加PAAA絮体粒径最大,HPAM絮体分形维数最大、致密性最好;在针铁矿絮体中,添加APAM絮体粒径最大,HCPAM絮体分形维数最大、致密性最好。氧肟酸絮凝剂与铁矿相形成结构稳定、吸附能力强的五元环状螯合物,增强了赤铁矿和针铁矿的絮凝效果;PAAA通过双齿桥接配位与赤铁矿表面发生吸附,通过单齿配位与针铁矿表面发生吸附,其吸附能力弱于五元环;APAM与赤铁矿和针铁矿表面发生化学吸附,沉降性能差。

钠钙硅渣常压脱碱同步制备硅酸钙粉体

以低温低钙烧结法处理赤泥产生的钠钙硅渣为原料,通过常压反应制备了硅酸钙粉体。利用XRD、XRF、PSD、SEM-EDS等检测手段,系统研究了不同反应条件对钠钙硅渣脱碱性能、物相转变和制备硅酸钙粉体的影响规律及其反应机理。结果表明:钠钙硅渣脱碱的最佳工艺条件为反应温度97℃、反应时间4 h、液固比10、苛碱质量浓度60 g/L,此时钠钙硅渣的脱碱率为94.67%,硅酸钙粉体的含水率和堆积密度分别为55.1%和0.31 g/cm^(3)。具有锡箔片状结构的C-S-H(I)型水化硅酸钙凝胶为硅酸钙粉体的主要物相。钠钙硅渣脱碱反应由内扩散控制,反应表观活化能为11.22 kJ/mol。

三水铝石矿低温焙烧脱碳脱水与溶出性能

对三水铝石矿进行低温焙烧预处理,利用XRF,XRD和SEM等检测手段系统研究了焙烧温度、焙烧时间对三水铝石矿脱水脱碳与焙烧矿氧化铝溶出性能的影响及其作用机理.结果表明:焙烧后矿石质量大幅减少,矿石表面有明显的裂纹,呈片层状结构;三水铝石相减少,并逐渐向一水软铝石转变,同时针铁矿转变为赤铁矿;当焙烧温度为400℃,焙烧时间为30 min时,矿石中结晶水的质量分数为7.54%,脱水率为62.52%,碳的质量分数低至0.11%,脱碳率为85.73%;焙烧矿在溶出温度145℃、溶出时间30 min、循环母液苛性碱的质量浓度为170 g/L时,氧化铝实际溶出率为81.51%,高于原矿的氧化铝溶出率.焙烧矿溶出动力学结果表明氧化铝溶出过程中主要受内扩散控制,表观活化能为42.71 kJ/mol.

低铁赤泥一步碱热法高效回收有价元素

基于高效脱硅产物钙铁榴石,采用一步碱热法回收低铁赤泥中的碱和氧化铝,系统分析了不同条件下赤泥在碱热转化过程中的热动力学、物相演变机制和有价元素回收规律。结果表明,增加原料铁铝比能够提高赤泥中氧化铝的回收率,而氧化钠回收率先降低后增高;增加钙硅比,氧化钠回收率逐渐提高,而氧化铝回收率先增高后降低;增加苛性碱质量浓度和分子比、升高反应温度和延长反应时间均能够提高赤泥中氧化钠和氧化铝回收率。低铁赤泥高效碱热转化推荐工艺为:铁铝比0.6,钙硅比2.4,反应温度260℃,时间45 min,碱液苛性碱质量浓度245 g/L、分子比30。此时,氧化钠和氧化铝回收率分别为95.53%和57.53%。赤泥主要脱硅产物水合铝硅酸钠和水化石榴石在碱热转化过程中转化为钙铁榴石,氧化钠和氧化铝碱热转化过程主要由界面传输和扩散控制,其反应表观活化能分别为41.07 kJ/mol和42.78 kJ/mol。

CaO对铝酸钠溶液常压脱硅的影响

利用XRD和SEM-EDS等检测手段系统分析了铝酸钠溶液常压脱硅过程中脱硅产物的生成量、物相组成和微观形貌,研究CaO在脱硅过程中的反应行为。研究结果表明,随着钙硅比和脱硅时间的增加,脱硅产物的生成量逐渐增加,脱硅产物主要包括六水合铝酸钙、水化石榴石、沸石和A型沸石四种物相;钙硅比和脱硅时间的增加,有利于脱硅产物六水铝酸三钙向水化石榴石转化,同时脱硅产物的晶格常数和晶胞体积不断增加;不同类型脱硅产物微观形貌差异较大,脱硅产物物相析出次序依次为六水铝酸三钙、水化石榴石、A型沸石、沸石。

工业铝酸钠溶液有机物赋存分布及其对草酸盐平衡浓度的影响

通过有机碳分析仪、气相色谱仪等手段分析了工业铝酸钠溶液中有机物分布和赋存形式,同时研究了有机物对铝酸钠溶液中草酸盐平衡浓度的影响。结果表明:三水铝石矿拜耳法工业铝酸钠溶液中总有机碳和主要小分子有机物含量明显高于一水硬铝石矿,两种铝土矿工业铝酸钠溶液中主要小分子有机物种类相近。铝酸钠溶液中丙酸盐的存在对草酸盐平衡浓度基本无影响,甲酸盐、乙酸盐和丁二酸盐能够降低草酸盐平衡浓度,而苯甲酸盐和二丙基甲酮能提高草酸盐平衡浓度。

Sc、Zn、B等元素对Ag-4Cu-0.5Ni合金抗硫化性能的影响

本文以高真空感应炉制备添加了Sc、Zn、B等元素的Ag-4Cu-0.5Ni合金,采用静态浸渍试验、动电位扫描等表征手段对其抗硫化性能进行了分析。研究结果表明,Sc、Zn、B等元素的加入可显著提高Ag-4Cu-0.5Ni合金在H_(2)S气氛和Na_(2)S溶液中的抗硫化能力;合金元素的添加不仅大幅降低合金材料自腐蚀电流和腐蚀速率,而且显著提高抗硫化性能。材料性能的改善与合金显微缩孔的减少、Zn与S的优先反应和生成的钝化膜(Sc)等因素有关。

Sc_(2)O_(3)在ScF_(3)-LiF熔盐中的溶解特性

采用步冷曲线法测量了ScF_(3)-LiF熔盐的初晶温度,以等温饱和法测量了Sc_(2)O_(3)在ScF_(3)-LiF熔盐中的溶解度,研究了温度与ScF_(3)含量的影响。通过XRD探究了Sc_(2)O_(3)在ScF_(3)-LiF熔盐中的溶解原理。结果表明,ScF_(3)-LiF熔盐的初晶温度随ScF_(3)含量的增加而升高,添加Sc_(2)O_(3)会使初晶温度降低;Sc_(2)O_(3)在ScF_(3)-LiF熔盐中主要发生化学溶解,溶解平衡时间约为2 h,其溶解度随温度的升高及ScF_(3)含量的增大而增大。

Sc元素对Ag-Ni合金力学性能与抗硫化性能的影响

采用真空感应熔炼炉制备Ag-Ni-Sc系列合金。采用浸泡腐蚀、电化学测试研究了系列合金在0.1mol/L的Na_(2)S溶液和H_(2)S气氛中的腐蚀行为,采用SEM、EDS、OM及硬度测试研究了Sc含量对Ag-Ni合金的腐蚀形貌、腐蚀产物组分、显微结构及力学性能的影响。结果表明,适量添加Sc元素可以降低合金的腐蚀电流,提高合金的抗硫化性能,细化合金晶粒,提升合金的硬度。过量的Sc会导致合金组织中出现过多金属间化合物、晶界偏析,从而使得合金硬度和抗硫化性能变差。综合考虑,Sc元素在Ag-Ni合金中的最优添加量为0.15%。

Fe-PGMs合金废电解液溶析结晶制备硫酸亚铁

以Fe-PGMs合金电解精炼产生的废电解液为原料,无水乙醇作为溶析剂,使用溶析结晶法从废电解液中将硫酸亚铁结晶析出。考察了溶析时间、乙醇与水溶液体积比、溶析温度、搅拌速度、陈化时间、无水乙醇滴加方式对硫酸亚铁结晶率的影响。结果表明,在溶析时间60 min、无水乙醇与水溶液体积比为1:1、溶析温度10℃、搅拌速度200 r/min、陈化时间60 min、乙醇滴加方式为逐滴加入时硫酸亚铁结晶率达到最大92.98%。此工艺避免了电解过程中废电解液对环境的污染,实现了电解Fe-PGMs合金中电解液及Fe-PGMs合金酸浸液的循环利用。

铜熔炼烟尘中铜的回收试验研究

为了回收铜熔炼烟尘中的有价金属,对某铜冶炼厂产生的高铜、高砷烟尘进行了性质分析,确定了烟尘中主要元素的赋存状态及含量。结果表明,烟尘中铜和锌主要以硫酸盐和氧化物的形式存在,砷主要以氧化物的形式存在,具有良好的浸出特性。采用低浓度酸浸—硫化沉淀法回收烟尘中的铜,并考察了絮凝剂对硫化物矿浆沉降性能的影响。结果表明:①在初始硫酸浓度为40 g/L,浸出温度为50℃,浸出时间为90 min,液固体积质量比为4∶1 mL/g的条件下,Cu、Zn、As的浸出率分别为96.33%、96.52%和83.72%。②硫化沉铜时,在硫化钠过量系数为1.3,pH值为3.0,反应时间为20 min的条件下,Cu的沉淀率可达到99.99%,硫化沉淀产物主要物相为CuS,其中铜的品位为56.90%,可直接用于工业生产。沉铜后液可继续回收Zn等有价金属。③加入絮凝剂可使硫化沉淀的粒径变大,加速矿浆的沉降并且有助于固液分离。

复合聚硅酸铁混凝剂的制备、性能与混凝机理研究

为探明硅铁物质的量比对聚硅酸铁混凝效果的影响规律,以Na_(2)SiO_(3)·5H_(2)O、Fe_(2)(SO_(4))_(3)·7H_(2)O为原料制备6种聚硅酸铁,通过XRD、SEM及FTIR等分析手段对聚硅酸铁进行物相和微观形貌表征,并系统研究了聚硅酸铁用量、pH值、搅拌时间等工艺参数对COD去除率的影响。结果表明:①聚硅酸铁具有多晶相结构,随硅铁物质的量比的增加,表面形貌由空心管状逐渐向片状结构转变。②随着硅铁物质的量比的增加,聚硅酸铁中Fe(Ⅲ)的自由离子、单核羟基络合物含量减少,聚硅酸铁的电中和能力减弱;相应硅酸多聚体含量升高,聚硅酸铁吸附架桥能力得到提升。③针对丁基钠黄药和二号油所制备水样,采用硅铁物质的量比为0.5的聚硅酸铁混凝剂净化处理,在聚硅酸铁用量为4 mmol/L、pH值为5.0、搅拌时间为20 min的条件下,COD去除率可达到48%。与Fe_(2)(SO_(4))_(3)·7H_(2)O、聚硅酸相比,聚硅酸铁混凝性能明显提升,混凝过程电中和与吸附架桥共同作用。