周兆安;刘小文;毛谙章;米永红
【摘 要】读者
采用纤铁矿沉淀法净化氯化锌浸出液中的铁和其他杂质离子,考察了反应温度、pH值、Fe3+浓度和氯化锌溶液加料速度等因素对杂质去除效果的影响.结果表明,在反应pH值3.5,溶液Fe3+浓度5.0 g/L,纤铁矿晶种添加量0.1 g,搅拌速度300 r/min,反应温度25℃,氯化锌溶液加料速度7.5 mL/min、溶液总体积300 mL时,铁(Ⅲ)、铬(Ⅲ)、砷(Ⅴ)、氟去除率分别可达99.96％、99.54％、99.80％和60.38％,锌损失率仅为0.86％. 【期刊名称】《矿冶工程》
【年(卷),期】2018(038)004
【总页数】4页(P118-121)
人宇科学
【关键词】除铁;纤铁矿法;沉淀;氯化锌溶液
【作 者】周兆安;刘小文;毛谙章;米永红
【作者单位】深圳市深投环保科技有限公司,广东 深圳518049;深圳市深投环保科技有限公司,广东 深圳518049;深圳市深投环保科技有限公司,广东 深圳518049;深圳市深投环保科技有限公司,广东 深圳518049
【正文语种】中 文
【中图分类】TF111
铁是地球地壳中含量最丰富的元素之一。各种有金属精矿、冶炼炉渣和粉尘中一般都含有一定量的铁。在湿法冶炼浸出过程中,铁会溶解到溶液中。因此,从浸出液中除去铁离子是湿法冶金的一个重要方向［1］。
在锌、锰、铜、镍、钴等金属的湿法冶金过程中,从溶液中除铁方法主要有化学沉淀法(包括氧化中和沉淀、黄钾(铵)铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法)［1-7］和选择性溶剂萃取法［8-9］,但上述除铁工艺均有一定的应用局限性。
本文提出了一种新的适合湿法冶炼生产过程除铁工艺——纤铁矿法,该工艺操作简便,所得沉淀渣易于过滤和洗涤。
1 实 验
1.1 实验原料与试剂
所用纤铁矿晶种由EDTA-Fe2＋-OH--H2O体系经氧化沉淀法制备所得,使用前经多次离心洗涤。氯化锌溶液为次氧化锌烟尘盐酸浸出液,其pH值为1.5,溶液中还含有铁、砷、铬、氟等杂质,具体组成见表1。其他试剂双氧水、碳酸钠和氯化铁等均为分析纯,双氧水用于氧化溶液中的亚铁离子,碳酸钠作为中和剂,氯化铁用于调整溶液中的Fe3＋浓度。
表1 氯化锌溶液主要组成分析结果/(g·L-1)Zn2＋ Cl- SO42- Fe3＋ Fe2＋ As5＋ Cr3＋ F-89.4 92.7 5.81 1.25 3.65 0.024 7 0.035 1 0.126 2
1.2 实验设备
实验设备包括ZNCL-G型恒温水浴锅(上海耀裕仪器厂)、PHS-3C型pH计(上海仪电科学仪器股份有限公司)、SHZ-D(Ⅲ)型循环水真空泵(巩义市予华仪器有限公司)、HL-2D恒流泵(上海青浦沪西仪器厂)、DZF-6020型真空干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)、XRD-6000型X线衍射仪(日本岛津公司)、Vista MPX Varian 700-ES型电感耦合等离子体发射光谱仪(
美国瓦里安)。
1.3 实验方法人事劳资管理系统
实验在一个500 mL烧杯中进行,溶液通过带搅拌功能的恒温水浴锅加热并搅拌,料液和中和剂通过恒流泵调节并匀速加料。实验装置如图1所示。
图1 实验装置示意
首先将10 mL含有10 g/L现制纤铁矿晶种的料浆加入到烧杯中作为反应底液,开启搅拌并加热,当温度达到反应所需温度后,通过恒流泵从两端同时加入氯化锌浸出液和饱和碳酸钠溶液,控制一定pH值不变,直到加完300 mL氯化锌溶液后,继续维持反应温度和pH值陈化30 min。然后过滤得到滤液和滤渣。滤液通过滴定或稀释后用ICP测定各金属含量,用氟离子选择电极法测定氟含量；滤渣通过低温烘干测定含水率及化学组成；最后计算各金属去除率或损失率。
2 实验结果与讨论
2.1 纤铁矿晶种的制备
纤铁矿晶种制备步骤为:①称取一定量EDTA-2Na、绿矾和水,三者质量比为1∶25∶250,将其混合搅拌溶解；②用2～4 mol/L的氨水溶液或质量浓度10%～15%的氢氧化钠溶液作为中和剂,缓慢添加到上述混合液中,使体系pH值升至8.5,搅拌维持反应15 min；③缓慢通入氧气或者加入双氧水溶液氧化体系中的亚铁,直至溶液pH值降到4.0左右,并维持稳定不变；④加入少量前述碱液中和至中性,待陈化24 h之后离心洗涤备用。所得纤铁矿(γ-FeO(OH))晶种的XRD分析如图2所示。由图2可知,纤铁矿晶种可以长久稳定地保存在水溶液中。
2.2 纤铁矿法除铁实验
2.2.1 反应温度的影响
图2 纤铁矿晶种XRD分析结果
反应温度是除铁工艺中重要的影响因素之一,比如黄钾铁矾和针铁矿沉淀的操作温度一般为90～95℃,而赤铁矿法除铁则需要更高的温度［2,7］。
氯化锌浸出液中Fe3＋浓度5.0 g/L、纤铁矿晶种添加量0.1 g、搅拌速度300 r/min、氯化锌溶液进料速度7.5 mL/min、反应过程pH值控制在3.5、最终加入氯化锌溶液体积300 mL的
条件下,反应温度对纤铁矿法除铁工艺过程中铁等金属离子去除效果的影响见图3。
图3 反应温度对纤铁矿法除铁效果的影响
由图3结果不难看出,在25～80℃范围内Fe3＋去除效果极佳,沉淀率始终高于99.8%,而且几乎不受温度影响；同时,作为微量杂质的砷、铬和氟也得到了部分或大部分去除；铬和砷得到了非常高效的去除,且随着温度升高,去除效果更佳；氟去除率先随着温度升高有少许提高,当温度大于40℃之后,反而开始有一定幅度下降；而溶液的主体金属离子Zn2＋损失率始终低于1%。
几种离子的去除效果之所以有这样明显的差异,主要的原因可能是:铬、砷的去除是以自身沉淀作用或者与铁离子共沉淀的作用为主,被纤铁矿吸附为辅；氟离子主要是靠沉淀形成的纤铁矿吸附为主,而吸附本是自发的、放热的过程,过高的温度容易造成解析脱离［10］ 。
纤铁矿法与中和沉淀法过滤性能对比见表2。
表2 纤铁矿法与中和沉淀法过滤性能对比注:过滤液为除铁后溶液,体积约为350 mL。工艺 反应温度/℃ 过滤用时/min 过滤性能评价25 4.1 良好纤铁矿法 40 3.8 良好80 1.5 非常好25
＞60 非常差中和沉淀法 40 ≈40 很差80 ≈15 一般
从表2可知,纤铁矿法除铁相对于传统的除铁工艺,其最大的优点在于可以在一个广泛的温度范围内进行,尤其是可以在室温下进行操作；且纤铁矿法所得沉淀物易于过滤。本文选择最佳反应温度为25℃。
2.2.2 氯化锌溶液加料速度的影响
在化学沉淀过程中,反应速度起着重要作用。因此,加料速度也是一个重要的考察因素。反应温度25℃,其他条件不变,氯化锌溶液加料速度对纤铁矿法去除各金属离子效果的影响见图4。
图4 加料速度对纤铁矿法除铁效果的影响
丝锥夹头图4 结果表明,氯化锌溶液加料速度对铁、砷、铬沉淀率几乎没有影响,而对氟、锌沉淀率/损失率有显著影响。当加料速度从5 mL/min增至20 mL/min,氟去除率从60.78%降至53.86%,锌损失率从0.86%上升到2.30%。
仪表设备
由此可知,过快的加料速度,不仅不利于纤铁矿晶体的形成,而且有可能导致Fe3＋沉淀形成无定形氢氧化铁,从而影响沉淀过程和过滤性能。另外,过快的加料速度也很容易增加氯化锌溶液的包裹沉淀,加大锌的损失量。
综合考虑纤铁矿法沉铁的效果及操作效率,选择氯化锌溶液加料速度7.5 mL/min为宜。
2.2.3 反应pH值的影响
氯化锌溶液加料速度7.5 mL/min,其他条件不变,考察了反应pH值对溶液中金属沉淀率/损失率的影响,结果如图5所示。
图5 反应pH值对纤铁矿法除铁效果的影响
从图5中不难看出,反应pH值对纤铁矿沉铁过程中各金属沉淀率均有一定影响。当pH值从2.8上升至4.2时,铁、砷、铬和锌沉淀率均有所增加；当pH值为3.5时,铁、砷和铬沉淀率均超过99.5%,而此时锌损失率仅为0.86%。随着pH值进一步上升,虽然铁等杂质去除率有所上升,但锌损失率明显增加。与此同时,氟去除率一直随pH值增加而降低,分析其原因可能是氟靠纤铁矿的吸附,而pH值上升可能会降低纤铁矿表面的正电荷,不利于氟离子的吸附［10］。
因此,最佳反应pH值为3.5。
2.2.4 Fe3＋浓度的影响
pH值为3.5,其他条件不变,考察了Fe3＋浓度对溶液中金属沉淀率/损失率的影响,结果如图6所示。
京味电影图6 Fe3＋浓度对纤铁矿法除铁效果的影响
由图6可知,随着Fe3＋浓度从5 g/L提高到15 g/L,各杂质金属沉淀率也随之升高,同时锌损失率也从0.86%增加到4.02%,如果在反应过程中采用氧化锌或次氧化锌烟尘等含锌物料作为中和剂,则锌损失率将更高。
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