1、赤泥中浸出铌工艺条件 的 研究 苏候香 a，王中慧 b （吕梁学院 ， a.生命科学系， b.化学 化工系，山西吕梁 033000） 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 -80 m ， 氢氧化钾 浓度 6 mol/L， 温度 260 ， 液固比 6 1时，铌的浸出率可达到 85%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： TF841.6 文献标志码： A 文章编号：
2、 1007-7545（ 2016） 07-0000-00 Technological Study of Niobium Leaching from Red Mud SU Hou-xianga, WANG Zhong-huib （ a. Department of Life Sciences, b. Department of Chemistry and Chemical, Luliang Univesity, Luliang 033000, Shanxi, China） Abstract： Alkaline leaching conditions of niobium-rich red mud
3、 from Bayer Process were investigated. The effects of particle size of red mud, KOH concentration, leaching temperature, and L/S on niobium leaching rate were investigated. The results show that niobium leaching rate is 85% above under the optimum conditions including particle size of -80 m , KOH co
4、ncentration of 6 mol/L, reaction temperature of 260 , and L/S=6 1. Leaching process of niobium by alkaline corresponds with model of contractibility and unreacted core is controlled by solid-membrane diffusion process. Key words： red mud; leaching; niobium; KOH 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
5、，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 1。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 85%以上， 并获 得了较好的浸出工艺条件。 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
6、制成，用电热套 加热， 采用 AA320N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 3-4。 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 （ %）： Al2O3 27.75、CaO 18.63、 Fe2O3 9.28、 SiO2 23.51、 NaO 12.06、 TiO2 4.53、 Nb2O5 0.52。 将赤 泥分为不同粒级
7、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， 交替改变反应时间、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 6 mol/L、 温度 260 、 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。 收稿日期 ： 2016-01-27 基金项目 ： 吕梁市科技攻关计划项目 （ GG201330-1） 作者 简介 ：苏候香 （ 1969-），女， 山西柳林 人 ， 硕士 ，副教授 . doi：
8、 10.3969/j.issn.1007-7545.2016.07.014 图 1 粒度对浸出率的影响 Fig.1 Effect of particle size on niobium leaching rate 从图 1可 见 ： 铌浸出率在 反应开始时 快速 增加， 50 min后 浸出 速率变缓 ，当反应时间为 60 min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，所以浸出时间选择 60 min为宜。 当赤泥的粒度大于 75 m时，随着粒度的减小， 浸出率 增 加
9、速度比较快，当接近 75 m 时， 铌的 浸出率 已 超过 80%。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 75 m 左右。 2.2 温度的影响 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
10、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 6 mol/L、 粒径 75 m 、 时间 60 min、 液固比 6 1。 分析图 2曲线 ， 在低于 200 时，铌浸出率很低，从200 开始， 随着浸出温度的升高， 铌的浸出率升高，在 300 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 260 时，铌的浸出率 已 超过 85%， 因此，浸出温度选260 。 图
11、2 温度对浸出率的影响 Fig.2 Effect of reaction temperature on niobium leaching rate 2.3 氢氧化钾 浓度的影响 试验条件： 温度 260 、 粒径 75 m 、 时间 60 min、 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
12、铌的浸出率 得到提高 。但当 氢氧化钾 浓度大于 6 mol/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 6 mol/L。 150 200 250 300 350020406080100浸出率/%浸出温度/ 0 20 40 60 80 10002040608010075 m90 m125 m浸出率/%浸出时间/min图 3 氢氧化钾浓度对铌浸出率的影响 Fig.3 Effect of KOH concentration on niobium leaching rate 2.4 液固比的影响 在 温度 260 、 时间 6
13、0 min、 粒径 75 m 、 氢氧化钾 浓度 6 mol/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 1。 图 4 液固比对铌浸出率的影响 Fig.4 Effect of L/S on niobium leaching rate 2.5 最
14、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 75 m 、 浸出温度 260 、 氢氧化钾 浓度 6 mol/L、 浸出时间 60 min、 液固比 6 1， 铌的浸出率 分别为 88%和 90%。 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 75 m 、 浸出温度 260 、 氢氧化钾 浓度 6 mol/L、 浸出时间 60 min、 液固比 6 1， 铌的浸出率 在 85%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 MILLER G L. Tantalum and Niobiu
15、mM. London： Butterworths Scientific Publications， 1959： 17-66. 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， 2003， 3（ 5）：459-463. 3 OMNEYA M E， MOHAMED A E M. Extraction of Niobium and Tantalum from Nitrate and Sulfate Media by Using MIBKJ. Min. Pro. Ex. Rev.， 2001， 22： 633-650. 4 何季林 ， 张宗国 ， 徐忠
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