拜耳法赤泥有价金属浸出行为调控及铝铁聚合反应基础研究

Red mud of Bayer process is a kind of secondary mineral resources containing aluminum, iron, titanium, etc. It is very important on the recovery of valuable metals for the comprehensive utilization of red mud. The point of contact is joint recovery of iron, aluminum and titanium, where the hydrochloric acid with appropriate concentration was used as the leaching solvent. The selective leaching of valuable metals and polymerization system of aluminum and iron were investigated by process mineralogy research, comprehensive design of experiment and theory analysis according to the leaching kinetics and polymerization reaction kinetics. The concrete research content was as follows: the diffusion coefficient of leaching agent can be increased and chemical composition in the red mud dissolved out of the range can be controlled on the basis of the technological mineralogy of red mud to achieve selective leaching of valuable components in term of the macro perspective of leaching kinetics. The polymerization degree of product was improved and the effect of impurity ions on the performance was reduced according to the polymerization kinetics and microscopic analysis to expound preparation principle of polyaluminum ferric chloride. The effective comprehensive utilization on red mud of Bayer process has remarkable application prospect and important scientific significance.

拜耳法赤泥是一种含有铝、铁、钛等多种有价金属的二次矿产资源，如何实现这些有价金属的联合回收，对于赤泥高效综合利用具有非常重要的意义。本项目以拜耳法赤泥中铝、铁、钛等有价组分联合回收为切入点，采用合适浓度盐酸作为浸出溶剂，以宏观浸出动力学和聚合反应动力学为基础，通过工艺矿物学研究、综合实验设计、理论分析等方法对拜耳法赤泥选择性浸出有价金属和铝铁聚合反应进行系统研究。具体研究内容如下：在全面分析拜耳法赤泥工艺矿物学的基础上，通过溶剂传质和未反应核收缩模型，阐述赤泥宏观浸出动力学理论，提高浸出药剂的扩散系数，控制化学组分的溶出范围，达到选择性浸出分离铝、铁、钛等有价组分的目标；从聚合反应动力学角度出发，结合聚合产物的微观分析，阐述盐酸体系高效聚合氯化铝铁的制备原理，以提高盐酸浸出液中聚合氯化铝铁的聚合度，降低杂质离子对其性能的影响，这使得拜耳法赤泥高效综合利用具有广阔的应用前景和重要的科学意义。

赤泥的大量堆存，不仅污染环境和占用耕地，还会造成资源的严重浪费。赤泥是一种含有铝、铁、钪、钒等有价金属的二次资源，具有重要的回收利用价值，从赤泥中综合回收有价组分也成为了当前的研究热点。因此，本项目从拜耳法赤泥高效附加值资源化利用角度出发，联合回收其中的钒、钪、铝、铁、钛等有价组分。利用选择性浸出提取赤泥中钒、钪、铝、铁，采用溶剂萃取法分离浸出液中钒和钪，通过铝铁聚合反应制备高分子无机絮凝剂。.首先，通过拜耳法赤泥工艺矿物学研究，分析矿物组成与有价组分分布特征，赤泥中铁主要以赤铁矿形式存在、铝主要以钙霞石形式存在，钒、钪多以类质同象的形式存在于钙霞石等晶格中，钛主要以钙钛矿和锐钛矿形式存在。其次，通过阐述赤泥宏观浸出动力学理论，控制化学组分的溶出范围，该过程中钛浸出率低于10%，超过80%的钒、钪、铝、铁溶解于浸出液中，钪浸出过程受内扩散关键步骤控制，钪浸出的表观活化能为6.361 kJ/mol，铝浸出过程受内扩散-化学反应联合控制，铝浸出表观活化能为31.666 kJ/mol。浸出液中的钒、钪可通过离子交换树脂（D301、D201、717）和溶剂萃取（P204、P507、N1923、伯胺7101）方等法进行分离，分离效率大于95%。铝、铁则可进行聚合制备絮凝剂。从聚合反应动力学角度出发，结合聚合产物的微观分析，阐述盐酸体系高效聚合氯化铝铁的制备原理，铝铁聚合反应不仅与铝、铁摩尔比相关，碱化比也是影响铝铁聚合的关键，制备的铝铁絮凝剂能够较好地处理高浊度废水，最佳条件下浊度去除率大于95%。.通过本项目的研究，分析了赤泥中有价组分的存在形式、分布规律及与杂质元素的嵌布关系，阐述了各有价组分的宏观浸出动力学特征差异，实现了赤泥中有价组分的选择性浸出分离。探究了聚合药剂与铝、铁的反应性能，检测了聚合产品的理化性能，分析了聚合反应的相关机理和控制因素，为赤泥高效回收有价金属提供了重要的理论支撑。