酸浸法回收赤泥中钛、铁、铝等金属的方法综述及展望

刘 永，田明旺，黄鸿龙，刘 兵，蔡平雄

（北部湾大学 石油与化工学院，广西 钦州 535000）

赤泥中含有大量氧化铁，导致其外观一般呈红色或红褐色，所以被称为赤泥[1]。据统计，在我国氧化铝生产工艺中，每生产1.0 t氧化铝就会产生1.0～2.5 t赤泥[2]。我国近几年的赤泥产出量已高达1亿t/年，世界赤泥年产出量预计超1.5亿t。全球对赤泥的平均利用率为15.00%，而我国对赤泥的综合利用率仅为4.00%[3-5]。目前，赤泥的主要处理方法为筑坝堆存，但是，堆存的赤泥易引发土壤碱化与水体污染等环境问题。随着国家对环境越来越重视，人们对赤泥的综合处理也越来越重视，找到经济又环保的赤泥综合处理工艺成为当务之急。

本研究介绍了酸浸法回收赤泥中钛、铁、铝等金属的不同方法以及研究进展，分析并比较了各个方法的优缺点，以期为回收赤泥中的钛、铁、铝等金属提供参考。

1 赤泥的性质与组成

赤泥是氧化铝工业生产过程中产生的固体废物，呈强碱性。根据氧化铝生产工艺的不同，可将赤泥的产生途径分为拜尔法、烧结法和联合法3种类型，主要成分有氧化铝、氧化铁、二氧化钛和氧化钙等[1]。由于不同工艺与不同矿产的影响，赤泥主要成分的质量分数有所差异。我国不同地区生产的赤泥的主要成分如表1所示[6]。

表1 我国不同地区氧化铝厂生产的赤泥的主要成分

由表1可知，赤泥中钛、铁、铝等金属的质量分数很高，从赤泥中回收钛、铁、铝等金属有很大的可行性与回收利用价值，对赤泥的综合治理有重要的现实意义。

2 从赤泥中回收钛、铁、铝等金属相关研究

2.1 钛的回收

钛作为赤泥的有效成分之一，具有回收利用价值，国内外学者对此进行了大量研究。目前，从赤泥中提取钛的主要方法是酸浸法。

酸浸法回收赤泥中的钛主要是利用酸与赤泥中的氧化物等进行化学反应，进而回收钛。Agatzini-Leonardou等[7]采用稀硫酸对赤泥进行浸取，当浸出温度为60 ℃、硫酸浓度为3 mol/L、液固比为20∶1（mL/g）时，钛的回收效率达到64.50%。此法所用酸浓度较小但用量较大。朱晓波等[8]采用硫酸、盐酸和硝酸3种酸从赤泥中提取钛，结果发现：硫酸作为浸出剂最合适，在硫酸质量分数为40.00%、浸出温度为100 ℃、液固比为6∶1和反应时间为60 min的条件下，钛的浸出率达90.00%。此外，还有学者研究了赤泥浸取钛的助浸剂，例如Zhu等[9]开展了在硫酸体系中以柠檬酸为助浸剂浸取钛的研究，研究表明：在赤泥浸出过程中，添加柠檬酸可显著提高钛的回收率和降低硫酸的消耗量。通过添加5.00%的柠檬酸，钛的浸出率从65.00%提高到82.00%，硫酸消耗量降低30.00%，赤泥中的钙钛矿、板钛矿和赤铁矿更易溶解、溶出。

酸浸法可有效回收赤泥中的钛成分，用硫酸浸取回收赤泥中的钛有较高的回收率。然而，酸浸法所消耗的酸量较大、腐蚀性较强，浸取后的固体废物呈酸性，需要进一步处理。

2.2 铁的回收

赤泥中铁的质量分数较高，回收利用价值较大。目前，从赤泥中回收铁的方法以酸浸法为主。

酸浸法常用于冶金行业，在赤泥的综合回收利用研究中，诸多学者运用酸浸法进行赤泥中有价金属的回收利用。薛真等[10]通过正交实验得到盐酸浸出赤泥的最佳条件：盐酸浓度为6 mol/L、温度为110 ℃、液固比为6∶1、反应时间为90 min。在最佳条件下，铝和铁的浸出率分别为83.00%、84.00%，回收效果较好。谢武明等[11]利用盐酸浸出提取赤泥中的铝和铁，实验得到最佳工艺条件：赤泥粒度为150 μm、酸浸温度为80 ℃、盐酸浓度为10 mol/L、液固比为8∶1（V/m）、浸出时间为150 min。此时，铝的浸出率为96.70%，铁的浸出率为95.10%，铁铝的总浸出率为96.00%。此法所得铁铝的浸出率很高，可对赤泥中的铁铝进行有效回收利用。然而，酸浸法也存在腐蚀性强、耗酸量大、浸出渣酸性强的问题，同时其生产成本与后期废物处理成本也较高。

2.3 铝的回收

赤泥中铝的质量分数较高，特别是拜耳法工艺产出的赤泥中铝的质量分数约为20.00%，有回收利用价值。

鲁桂林等[12]采用盐酸浸取回收Al2O3，实验得到较为合适的反应条件：盐酸浓度为6 mol/L、盐酸（mL）与赤泥（g）的液固比为4∶1、酸浸温度为109 ℃，采用二次浸出的方式，最终得到Al2O3的浸出率为89.00%。国外学者运用硫酸从赤泥中浸取回收铝进行研究，例如ŞAYAN等[13]采用硫酸浸出回收铝，在90 ℃下使用4 mol/L硫酸浸出4 h，固液比值为0.04，铝的回收率为96.82%。酸浸法常被用于从赤泥中回收铝，具有高回收率、工艺简单等特点，但也具有腐蚀性强、耗酸量大、浸出渣酸性强、成本高的问题，且目前还处于实验阶段，工业化发展还有很长的路要走。

2.4 其他金属的回收方法

赤泥中除了铁、钛、铝这3种主要金属，还有其他金属存在，同样有回收利用价值，许多学者也对此进行了研究。

Liu等[14]通过硫酸化焙烧-水浸法从山东中铝高碱拜尔法赤泥中有选择性地回收钪、钠。在焙烧温度为750 ℃、焙烧时间为40 min、水浸温度为65 ℃、浸出时间为30 min、液固比为10∶1的良好焙烧和水浸条件下，钪、钠的浸出率分别达到60.00%、95.00%。王克勤等[15]采用盐酸两段浸出氧化铝赤泥中的钒，浸出率达97.96%；二段浸出液经蒸发浓缩及净化除杂后，采用100.00%醋酸戊酯进行3级萃取，萃取率达到95.76%。Ochsenkühn-Petropoulou等[16]采用稀硝酸浸出赤泥，运用离子交换法从其浸出液中分离钪、镧系元素。

3 结语

赤泥的处理一直是氧化铝工业的重大难题，其对氧化铝工艺产生了很大限制。赤泥中含有大量金属，对其进行回收利用是综合处理赤泥的好方法。对赤泥的性质进行简单介绍，并介绍了酸浸法回收赤泥中钛、铁、铝等金属的方法，这些方法可有效回收利用赤泥中的钛、铁、铝等金属，但也有一定的局限性。同时，这些方法现在大多处于实验阶段，其工业化应用还需进一步研究。