黄钾铁钒法沉铁

A 黄铁矾法除铁原理

a 黄铁矾沉淀组成及热力学稳定性

黄铁矾的分子式通常可以写成A

20·3Fe

2

3

·4S0

3

·6H

2

0或AFe

3

（S0

4

）

2

（OH)

6，或A

2

[ Fe

6

( SO

4

）

4

（OH）

12

，式中A代表一价阳离子，即可以是K+、Na+、

NH

4+、Rb+、Ag+、—Pb2+或H

3

+O等，例如：

黄钾铁矾：KFe

3

（S0

4

）

2

（OH）

6

,其化学组成：K

2

0 9.41%，Fe

2

3

47.83%，

S0

331.97%，H

2

0 10.79%。黄钠铁矾：NaFe

3

（S0

4

）

2

（OH）

6

，其化学组成：Na

2

0 6.4%；

Fe

20

3

49.42%；S0

3

33.04%，H

2

0 11.14%。黄铵铁矾：NH

4

Fe

3

（S0

4

）

2

（OH）

6

，其

化学组成：（NH

4）

2

O 5.43%，Fe

2

3

49.93%，S0

3

33.37％，H

2

0 11．27％。

这些化合物通常称黄钾铁矾或黄铁矾。在自然界里，有些矿物具有类似的组成，相同的结构和结晶形态，即所谓类质同晶。所谓矾，是一系列类质同晶矿物的总称，而黄钾铁矾是矾中的一种。

波北兹涅克和麦尔文研究了Fe

20

3

-S0

3

-H

2

0三元系在某些温度下的平衡情

况，如下图所示。所有碱式盐、酸式盐及正盐都位于三元系相图内部，这是由于

它们都含有结晶水的缘故。无水硫酸高铁位于Fe

20

3

-S0

3

二元系线上，但它在50℃

和75℃的条件下不是平衡相，即不会从溶液中以这种成分析出，因而没有在图上出现。按照平衡固相来分类，图大致可分成以下三类区域：

平衡固相是氧化铁的水化物。这是一个非常狭小的区域，位于图中最左端的三角形1中。在这个区域内，从液相析出的固相是一水氧化铁或三水氧化铁。由于后者是介稳相而不是平衡相，因而未在图上标出。液相线基本上不和

Fe

20

3

-S0

3

二元系边线相交，因而氧化铁的水化物在水中的洛解度非常小。三角形

1远离组分S0

3

，表示系统酸度非常低，高铁以氢氧化铁和针铁矿的形态从铸旅由析出需要符合这种条件。黄铁矾除铁必须偏离这个区域，即必须使溶液保持一定酸度。

平衡固相是碱式盐或碱式盐和氧化铁水合物的混合物。三角形2-7都属于这样的区域，它们由液相和固相很合组成。可以看出，三角形2的平衡固相是

氧化铁的水合物和含结晶水的硫酸高铁碱式盐（3Fe

20

3

·4S0

3

·9H

2

0），在3-7

中，平衡固相则为一种或两种不同的碱式盐。

平衡固相是正盐、酸式盐或它们的混合物。三角区域9-13就属于这样的

区域，体系中S0

3

%的增加将使平衡液相线即母液的含铁量急剧下降。这些区域的

特点是平衡液相线含有很高的S0

3

%。与黄铁矾沉铁直接有关的是区域2-3，与它

们相应的稳定平衡固相是碱式盐草黄铁矾3 Fe

20

3

·4S0

3

·9H

2

0，也可以写成

［H(H

20)］

2

0·3 Fe

2

3

·4S0

3

·6H

2

0，不论在成分或物理化学性质方面都和黄钾铁

矾非常相近。所以当溶液中存在K＋、Na+、NH

4

+时，平衡固相将由更为稳定的黄铁矾所代替。随溶液酸度减小，黄铁矾趋于不稳定，并将转变为含水氧化铁。为使高铁以铁矾析出，必须使溶液保持一定酸度。

从硫酸铁溶液中沉淀铁矾的反应如下：

3Fe

2（S0

4

）

3

＋6H

2

O ==== 6Fe(OH)S0

4

＋3H

2

S0

4

4Fe（OH）S0

4＋4H

2

0 ==== 2Fe

2

（OH)

4

S0

4

＋2H

2

S0

4

2Fe（OH）S0

4＋2Fe

2

（OH）

4

S0

4

＋2NH

4

0H ====（NH

4

）

2

Fe

6

（S0

4

）

4

（OH）

12

2Fe（OH）S0

4＋2Fe

2

（OH）

4

S0

4

＋Na

2

S0

4

＋2H

2

0 ==== Na

2

Fe

6

（S0

4

）

4

（OH）

12＋H

2

SO

4

2Fe（OH）S0

4

＋2Fe

2

（OH）

4

S0

4

＋4H

2

0 ====（H

3

0）

2

Fe

6

（S0

4

）

4

（OH）

12黄铁矾形成时，有硫酸产生。必须将酸中和，反应才能继续进行。在锌

冶炼中通常采用焙砂作中和剂。在其他情况下可用Fe

20

3

、Na

2

C0

3

等作中和剂。

黄铁矾结晶的形成需要的是Fe3+，在实际的工业滤液中均含有比例不等

的Fe2+，因此氧化Fe2+成为Fe3+是结晶前的首要步骤。氧化剂有KMn0

4, Mn0

2

, C1

2

,

NaC1O

3和过氧硫化物等。在湿法炼锌工业实践中，多用0

2

或空气为氧化剂。沉矾

速度是人们关注的重要问题，长沙矿冶研究院马荣骏等做出了系统的动力学方面的工作。

b 一价阳离子对结晶的影响