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赤泥是氧化铝工业生产中的一种固体废料,因为其外表红色而得名。按现有工艺和铝土矿组成,生产一吨氧化铝一般得到赤泥0.5~3.5t。据估算,世界每年赤泥产出量约为3500~4500万t,我国氧化铝厂每年排放赤泥180万t以上。目前赤泥的主要处理方式是堆弃,对环境造成了极大的危害。解决赤泥污染问题变得越发紧迫。 在地壳中,钪的含量仅有0.0005%,是典型的稀散亲石元素,大部分寄存在其它矿物中。钪广泛应用于国防、冶金、化工、玻璃、航天、核技术、激光、电子、计算机电源、超导以及医疗科学等领域。由于钪主要掺杂在各种矿物中,而且含量不高,考虑到资源利用的合理性,一般会在矿物的提炼过程中综合回收钪。 研究发现,氧化铝厂生产过程中产生的赤泥含有大量的有价金属。对某氧化铝厂的赤泥分析发现,其钪的含量相对较高。开展对该赤泥中有价金属的综合提取,不仅具有较大的经济效益,同时又能解决赤泥大量堆放而带来的场地和环境等问题。 本课题对某氧化铝厂赤泥中的钪元素作了浸出和萃取研究。主要研究成果如下: (1)探索和优化了适宜该赤泥中钪的浸出和萃取工艺及参数,钪的浸出率可达80%以上,钪的萃取率>84%。 (2)对该赤泥中的钪浸出反应动力学的研究发现:该浸出反应可以很好地用液-固单颗粒反应模型中的收缩未反应芯模型来描述,动力学方程为:1-(1-XB)2/3-2/3XB=Kt,拟合直线的相关系数均在0.92以上。根据阿累尼乌斯方程对赤泥浸出钪的反应表观活化能计算,钪的表观活化能Ea=19.55KJ/mol,频率因子A=2.156S-1,浸出反应控制步骤为固膜扩散控制。 (3)通过对钪的萃取过程的动力学研究,实验确定了P507萃取钪的过程为扩散控制过程。其传质系数大体数值范围是:Kw:2~5×10-3cm/s。研究发现:在萃取过程中总传质系数不是常数,随着萃取过程的进行,对于Kw存在一定的变化。萃取动力学方程为lnCSc(w)-CSc(w)/CSc(w)-CSc(w)=-bt,由于b与传质系数也有关,所以不是一个常数,大体在5.64×10-3~7.57×10-3之间。