硫酸氢铵溶液浸出低品位菱镁矿研究.pdf

轻金属 年第 期基金项目：国家自然科学基金（）；“兴辽英才计划”项目（）通讯作者：李来时（），男，教授，博士生导师。主要研究方向：粉体材料制备与应用。：收稿日期：硫酸氢铵溶液浸出低品位菱镁矿研究李 文，李来时，吴玉胜，王昱征，李明春，刘 峰（沈阳工业大学 材料科学与工程学院，辽宁 沈阳 ）摘要：采用硫酸氢铵溶液浸出低品位菱镁矿提取镁，研究了反应温度、反应时间、质量浓度、过量率、转速和粒度对镁浸出率的影响，并得出了最佳工艺条件：反应温度为 ，反应时间 、质量浓度为 、过量率 、转速 ，粒度 目，此条件下镁浸出率 。关键词：低品位菱镁矿；酸浸法；硫酸氢铵中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）：，（，）：，：，：；菱镁矿是一种以碳酸镁（）为主要成分的镁质矿物，具有良好的耐火性，是镁质耐火材料的主要来源，广泛应用于航空、建筑等领域 。我国菱镁矿资源储量非常丰富 ，资源总量位居世界前列。随着我国经济的快速发展，菱镁矿资源的消耗迅速增加，能够满足工业生产的菱镁矿资源储量急剧减少 。目前国际上所需要的菱镁矿 含量大于 ，大量低品位菱镁矿不能作为制备耐火材料的原材料，而被丢弃或堆放 ，不仅造成了镁资源的浪费，还造成了环境的污染。因此，对低品位菱镁矿进行利用，提高菱镁矿资源的综合利用率是非常有必要的 。菱镁矿中通常含有不同种类的金属杂质（如 ，）和非金属杂质（如 ），这些杂质对镁及含镁化合物的使用有很大影响。从菱镁矿中提取镁，主要有热法、电解法和湿法三种方法 。由于热法和电解法的能耗较高，不适合工业化生产，通常采用湿法工艺进行菱镁矿的浸出 。湿法冶金是将矿石与液体通过化学反应，使原料中所需要的金属转入液相中。菱镁矿的浸出一般采用有机酸或无机酸，有机碱或无机碱，或在其盐溶液中进行 。在这些方法中，酸浸法是最常用的方法。滕青等人 使用硫酸浸出菱镁矿尾矿，考察了不同反应因素对菱镁矿尾矿中镁浸出率的影响，得出了最佳的反应条件，从动力学角度分析了菱镁矿尾矿中镁的浸出行为。使用无机酸作为浸出剂时，通常会将矿物中的杂质溶解到溶液中，因此有机酸比无机酸更具有选择性 。等人 研究了天然菱镁矿在乳酸溶液中的溶解，研究了搅拌速度、粒度、温度和酸浓度等参数对溶解的影响，并确定了动力学模型。但是有机酸沸点低并且易降解，工作温度范围有限，也具有局限性 。首次采用常压法，通过硫酸氢铵浸出低品位菱镁矿，研究反应温度、反应时间、质量浓度、过量率、转速和粒度对镁浸出率的影响。本研究可为低品位菱镁矿的利用提供启示。实 验 年第 期李文 等：硫酸氢铵溶液浸出低品位菱镁矿研究 原料及试剂实验所用的低品位菱镁矿来自辽宁大石桥地区，通过球磨机粉碎、研磨，通过 目筛。烘干后取样，通过 射线荧光法（）测定其化学成分，结果如表 所示。图 为低品位菱镁矿的 图，由图可知低品位菱镁矿的主要成分为碳酸镁。实验中所用的硫酸氢铵为分析纯，从国药集团化学试剂有限公司购买，实验中所用的水为去离子水。表 低品位菱镁矿主要化学成分 其它 20304050607080MgCO3SiO22/()图 低品位菱镁矿的 图 分析测试采用 辐射 射线衍射仪分析低品位菱镁矿的化学成分。通过 射线荧光测定低品位菱镁矿的主要化学成分。通过 分析浸出前后低品位菱镁矿的表面形态。实验方法将一定质量的硫酸氢铵溶于去离子水中，得到一定质量浓度的硫酸氢铵溶液。将低品位菱镁矿和一定质量浓度的硫酸氢铵溶液按一定比例加入三口烧瓶中，并装有回流冷凝器，防止加热过程中液体蒸发。由磁力搅拌器水浴加热到预先设定的温度，并保持恒定，随后立即开始搅拌溶液。反应一段时间后，停止反应，用真空过滤收集浸出后的残渣，然后用热的去离子水洗涤 次，最后在 烘箱中干燥 。干燥后的浸出渣分别进行 射线荧光和 射线衍射仪分析，测定浸出渣的化学成分，按照方程式（）计算镁的浸出率：（）（）（）（）式中：为 浸出率，（）和（）分别为菱镁矿原矿和浸出渣中 与 的质量比。硫酸氢铵浸出低品位菱镁矿过程中的反应式如（）：（）（）（）结果与讨论 反应温度对镁浸出率的影响温度是一个重要的影响因素。在硫酸氢铵溶液浓度 ，硫酸氢铵过量 下，菱镁矿和硫酸氢铵溶液在三口烧瓶中水浴加热，分别选取个反应温度：、和 ，考察反应温度对低品位菱镁矿浸出率的影响，结果如图 所示。根据图给出的结果，反应温度对镁的浸出率有很大的影响。可以看出，随着反应温度的升高，镁的浸出率稳步提高，最佳反应温度为 。温度的升高加速了反应体系中反应物的分子运动，这将增加体系中活化分子的数量和原子与分子之间的碰撞次数，从而加快反应浸出率。9080706050403020?/%5060708090100?/图 不同反应温度下镁的提取率 反应时间对镁浸出率的影响在硫酸氢铵溶液浓度为 ，硫酸氢铵过量 的条件下，低品位菱镁矿和硫酸氢铵溶液在三口烧瓶中 水浴加热一定时间，分别选取 个反 轻金属 年第 期应时间：、和 ，结果如图 所示。由图可知，随着反应时间的增加，镁的浸出率增大，但是增长速率逐渐减慢，最佳反应时间为。在一定的反应温度下，增加反应时间，使矿物继续溶解，促进化学反应，从而增加镁元素的浸出率。但是经过一段时间反应后，硫酸氢铵消耗了很大部分，菱镁矿中参与反应的部分也有所减少，溶液中镁离子浓度增大，因此反应时间越长，浸出率的增长速率逐渐减慢。9080706050403001234567?/h?/%图 不同反应时间下镁的提取率 酸浓度对镁浸出率的影响称取一定质量的菱镁矿，与硫酸氢铵溶液反应，硫酸氢铵过量 ，水浴加热 ，分别选取 个硫酸氢铵质量浓度：，结果如图 所示。从图 看出，随着硫酸氢铵溶液浓度的增加，镁的提取率下降，最佳的硫酸氢铵溶液质量浓度为 。这可能是因为较低浓度的硫酸氢铵溶液能够为反应提供足够的液相反应介质，从而促进反应物的移动并加快反应。203040506070868482807876747270?/%NH HSO44?/图 不同 浓度下镁的提取率 酸过量对镁浸出率的影响研究硫酸氢铵溶液过量率对镁提取率的影响。称取一定质量菱镁矿与 硫酸氢铵溶液反应，水浴加热 ，分别选取 个酸溶液过量率：，结果如图 所示。从图中看出，硫酸氢铵过量率对镁提取率的影响并不显著，由于单位时间内与菱镁矿反应的 量是固定的，所以过量的酸溶液并不能增加反应速率。考虑到节约用量，选择硫酸氢铵溶液过量率为 。1020304050859089888786NH HSO44?/%?/%图 不同 过量率下镁的提取率 搅拌速度对镁浸出率的影响称取一定质量的菱镁矿，与 硫酸氢铵溶液反应，硫酸氢铵溶液过量 ，水浴加热 ，分别选取 个转速：、和 ，结果如图 所示。从图中看出，搅拌速度越快，镁的浸出率越高，最佳转速为 。通过搅拌，使反应体系内固体与液体充分接触，从而提高反应速率。908988878685?/%202224262830?/rpm图 不同搅拌速度下镁的提取率 年第 期李文 等：硫酸氢铵溶液浸出低品位菱镁矿研究 粒度对镁浸出率的影响称取一定质量的菱镁矿与 硫酸氢铵溶液反应，硫酸氢铵过量 ，水浴加热 ，分别选取个粒度：、和 目，结果如图所示。根据图 给出的结果可知，粒度越小，镁的浸出率越高，最佳粒度为 目。因为反应速度和比表面积成正比，颗粒越细，表面积越大，越能充分与反应溶液接触，所以反应速度就会越快。96949290888684100120140160180200?/%?/?图 不同粒度下镁的提取率 浸出渣表征为了探索低品位菱镁矿在硫酸氢铵溶液浸出过程中各组分的溶解，选择在 质量浓度为 、过量率为 、反应时间 ，反应温度为 ，粒度为 目的条件下得到的浸出渣进行化学成分和微观形貌分析。浸出渣的化学成分如表 所示，浸出前后氧化镁含量从 降低到 ，含量从 升高到 ，浸出率为 。表 浸出渣中主要化学成分 其它 采用 分析浸出渣的主要成分，如图 所示。可以看出，浸出渣的主要成分为 和 ，浸出渣中 的峰值明显降低，晶相含量降低。用扫描电镜观察了未经处理的低品位菱镁矿和浸出渣的微观形貌，如图 （）和图 （）所示，低品位菱镁矿原矿为块状，表面粗糙。经过浸出后，菱镁矿浸出渣表面上有许多松散的孔洞，因为菱镁矿中的部分镁在浸出液中溶解，浸出渣中镁含量降低，所以浸出渣的表面粗糙度和孔隙率都增大了。?/.a u10203040506070802/()?MgCO3SiO2图 低品位菱镁矿浸出前后的 图baa-?b-?图 低品位菱镁矿和浸出渣的 图 结 论（）反应温度、浸出时间、酸浓度和粒度是影响浸出率的主要因素，酸过量和搅拌速度对浸出率影响不大。（）最佳工艺条件：反应温度为 ，反应时间、质量浓度为 、过量率 、转速 ，粒度 目，此条件下镁浸出率 。参考文献：，（）：，（）：艾晶，刘崇峻，吴桂叶，等 菱镁矿与白云石浮选分离研究进展 中国矿业，（）：汪衢，白丽梅，马玉新，等 菱镁矿煅烧制备氧化镁及其活性检测 轻金属 年第 期的研究进展 有色金属（冶炼部分），（）：，（）：杨俊峰，余跃，王曦 我国菱镁矿业绿色高质量发展对策研究 中国矿山工程，（）：，：谭欣，苏建芳，朱阳戈，等 辽宁某低品位菱镁矿提质降杂试验研究与工业实践 矿产保护与利用，（）：，：宋闯 菱镁矿尾矿处理与再利用研究进展 环境保护与循环经济，（）：，（）：，（）：，：滕青，冯雅丽，马英 菱镁矿尾矿酸浸动力学研究 金属矿山，（）：，（）：，（）：，（）：（责任编辑杜雅君）?（上接第 页）药剂用量为 时，浮选伊利石的回收率为 ，浮选伊利石回收率为 ，较 提高 。（）通过红外光谱分析，新型药剂 等季铵盐对高岭石与伊利石的作用机理是物理静电吸附。参考文献：陈攀 新型季頮（铵）盐的结构性能与作用机理研究及应用 长沙：中南大学，张栋山西铝土矿及共伴生矿产综合利用分析 华北自然资源，（）：黄传兵，王毓华，陈兴华，等 铝土矿反浮选脱硅研究综述 金属矿山，（）：红钢河南铝土矿的矿石性质及其对选冶工艺的影响 矿冶，（）：凌石生，张文彬铝土矿反浮选脱硅药剂研究概述 国外金属矿选矿，（）：黄志强，钟宏，王帅，等 双子季铵盐捕收剂 和 对高岭石、叶腊石、伊利石浮选行为的比较及机理（英文），（）：崔吉让，方启学，黄国智一水硬铝石与高岭石的晶体结构和表面性质 有色金属，（）：胡岳华，蒋昊，邱冠周，等一水硬铝石型铝土矿铝硅浮选分离的溶液化学 中国有色金属学报，（）：胡岳华，周苏阳，孙伟，等 铝土矿反浮选新型捕收剂 浮选性能及机理 中南大学学报（自然科学版），（）：岳彤，孙伟，陈攀季铵盐类捕收剂对铝土矿反浮选的作用机理 中国有色金属学报，（）：刘国蓉季铵盐对不同粒级伊利石、叶蜡石和石英的浮选与吸附研究 长沙：中南大学，刘晓文一水硬铝石和层状硅酸盐矿物的晶体结构与表面性质研究 长沙：中南大学，（责任编辑杜雅君櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄殮殮殮殮）欢迎订阅杂志欢迎刊登广告欢迎投稿