湿法炼锌赤铁矿渣制备绿矾工艺简介

湿法炼锌赤铁矿渣制备绿矾工艺简介

赤铁矿渣中含有许多有价重金属和有毒金属，如不进行后续处理既浪费资源，又污染环境，因此，回收赤铁矿渣，经酸浸、还原、净化、结晶制成附加值较高的绿矾具有重要意义。

绿矾是一种重要的化工原料，在工业、农业上用途极为广泛，而且目前又有许多新型用途。例如，用作催化剂、吸附剂等。用赤铁矿渣制取绿矾不仅解决了赤铁矿渣的堆放、污染问题，而且成功的利用废渣制得用途广泛的绿矾，既节约了成本，又达到废物再利用的目的。

一研究背景

在处理高铁锌精矿的湿法炼锌过程中，当浸出工艺流程采用热酸浸出流程时，浸出液中铁的含量可高达30g/L以上，必须进行沉铁作业。目前，沉铁方法主要有黄钾铁矾法、针铁矿法以及赤铁矿法，其中以黄钾铁矾法居多，有二十多家，其它只在少数工厂采用。虽然黄钾铁矾法与其它两种方法相比，具有诸多优点，但是稀贵金属的回收率低，生产成本高而且渣含铁低，30%左右，不便利用，渣量大且渣的堆存性能不好，不利于环境保护。而相比较黄钾铁矾法，后两种方法对稀贵金属的回收较黄钾铁矾好，所产出的渣有更好的潜能被综合回收而加以利用，从而减少环境污染。目前，关于沉铁渣的综合利用方面的研究比较少，主要是通过萃取的方法回收其中的有价金属，如镓和锢，而对渣中含量最大的铁的综合回收很少考虑，这主要是由于回收成本高，而产品附加值小，如果研究出一种工艺，采用湿法炼锌赤铁矿渣生产出一种高附加值产品的话，对炼锌废渣的回收利用将具有十分诱人的前景和重要意义。采用湿法炼锌赤铁矿渣为原料生产有重要工业用途的绿矾将是不错的选择，如果研究成功，将产生巨大的社会效益和经济效益。

二赤铁矿法简介

赤铁矿渣是用赤铁矿法处理炼锌废渣得到的产物，赤铁矿法是1968-1970年由日本同和矿业公司发明，1972年投入生产。该法基于在高温（200℃）、高压（18-20kg/cm2）条件下，使硫酸锌溶液中的Fe3+以赤铁矿（γ-Fe2O3）形成沉淀。实质是在高压下用电解液来浸出锌浸出渣，同时加入SO2作为高价铁还原剂以促进铁的溶解，此浸出液再进行高压水除铁，生成Fe2O3而分离。特点：原料综合利用好，可回收Pb，Cu，Cd等几种有色金属，且Fe2O3经焙烧脱硫后可作炼铁原料；清除了还原渣，SO2转为H2SO4，不产生硫渣。缺点：需要用昂贵的钛材制造的耐高温、高压设备，投资费用高[3]。

原理：在Fe2O3-SO2的H:O体系内，当硫酸铁浓度较高时，在溶液酸度较高的情况下，将温度控制在458-473K，溶液中的Fe3+便水解成黄色的碱式硫酸铁沉淀：Fe2(SO4)3(aq)+2H2O(aq)=2Fe(OH)SO4(s)(黄)+H2SO4(aq)；当溶液酸度低时，溶液中的Fe3+便水解生成赤褐色的Fe2O3沉淀：

Fe2(SO4)3(aq)+3H2O(aq)=Fe2O3(s)+3H2SO4(aq)，故在高温下（458-473K）当溶液酸度不高时，Fe3+水解以Fe2O3为主，并混以Fe(OH)SO4的沉淀物，此沉淀物称为赤铁矿渣，其主要成分（质量分数/%）Fe：58-60，Zn：0.5-1.0，还含有少量的Cu，Mg等。

图1-1 赤铁矿法沉铁流程图

三实验过程及工艺

本法主要以赤铁矿渣为原料，经过酸浸，还原，净化等过程制取工业用途广泛的绿矾，实验主要通过对比总结确定最佳反应条件，达到低消耗，高产量的目的。

1 浸出阶段

不同金属形成沉淀的pH值不同，因此可以调整溶液的pH值来浸出溶液中的Fe3+。溶液的pH值在约5.5以下，锌将会以Zn2+形态存在于溶液。因此浸出过程中由于控制了较低的pH，锌将和铁一起以离子形态进入溶液[19]；二价铅离子会与硫酸根结合生成硫酸铅沉淀，并且硫酸铅在酸中的溶解度很低。因此，酸浸阶段铅基本出去，锌离子进入溶液，将在后续操作中出去。

(1)试验原料

Fe2O3固体含量99.4%，还原铁粉（Fe含量不低于98.0%），配置好的浓度分别为1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5mol/L的硫酸溶液。

(2)实验过程

A 称量Fe2O3

按实验设计方案称量质量分别为16.0g 、24.0g 、32.0g 、40.0g的Fe2O3粉末。具体方法是将天平放平稳，在载物盘上放一个干燥且干净的100mL的烧杯，注意烧杯边缘不要超出载物台圆盘的边缘。加砝码使天平平衡，读得烧杯质量为59g。用药匙将Fe2O3粉末慢慢加到烧杯中，直至分别达到设计方案质量后编号1、2、3、4待用。

B 量取硫酸溶液

取干净且干燥的500mL量筒一只，将玻璃棒靠到器壁上，沿玻璃棒缓慢倒入所需浓度的硫酸溶液，本次实验所需的浓度有1mol/L、1.5mol/L、2mol/L、2.5 mol/L 的硫酸溶液。当液体高度距刻度线2-3mm处时，停止加入，改用胶头滴管滴入，直至液体的凹液面处与刻度线300mL相平时停止滴加。

C 水浴加热

将水浴加热设备的温度调至实验方案中设定的温度，将硫酸溶液和称量好的Fe2O3粉末依次加入到500mL烧杯中。再将烧杯放入水浴加热设备中加热保持恒温80℃。将搅拌桨固定在电极上，然后伸入烧杯中，距杯底约1cm。用控制仪控制搅拌速度为300r/min，反应时间为1h、1.5h、2h。记录各组数据。

(3)试验步骤

溶出的目的是使渣中的Fe2O3与硫酸溶液发生反应，生成Fe2(SO4)3，从而使Fe3+进入溶液。溶出主要步骤：

①称取一定量的Fe2O3。

②用500mL量筒量取一定浓度的硫酸溶液。

③将硫酸溶液倒入烧杯内，上部放搅拌桨，转动搅拌桨使Fe2O3粉末与硫酸溶液充分接触，然后在恒温水浴并不断搅拌的条件下进行溶出。溶出时间按实验方案确定。

2 Fe2(SO4)3溶液的净化阶段

从赤铁矿渣的成份分析来看，Fe2(SO4)3溶液净化的主要任务是实现Fe和Zn、Mn、Mg、Cu等热酸浸出时和铁一起进入到浸出液的杂质金属离子的分离。

净化操作主要分三步：①加络合剂：先往浸出液中加入络合剂，使Zn2+形成络合离子而留在溶液中；②沉铁：再调pH值进行沉铁；③溶解：然后将Fe(OH)3沉淀再用硫酸溶解。

Fe2(SO4)3溶液的净化主要是基于Fe3+和其他杂质金属离子的沉淀pH值不同。Fe3+的沉淀pH值比其他金属离子要小，因此可以通过调整溶液的pH值，以实现Fe3+和大部分杂质金属离子的分离。从而达到净化除杂的目的。该过程的反应有：

Fe3++OH-=Fe(OH)3↓(2-1)

Al3++OH-=Al(OH)3↓(2-2) 3 铁粉还原与结晶

(1)试验原料

还原铁粉（Fe含量不低于98.0%），已制得的Fe2(SO4)3溶液。

(2)实验过程

A 称量还原铁粉

按实验设计方案称量质量分别为6.4g 、9.6g 、12.8g 、16.0g的还原铁粉。具体方法是将天平放平稳，在载物盘上放一个干燥且干净的100mL的烧杯，注意烧杯边缘不要超出载物台圆盘的边缘。加砝码使天平平衡，读得烧杯质量为59g。用药匙将还原铁粉慢慢加到烧杯中，直至分别达到设计方案的质量后编号1、2、

3、4，待用。

B 加入还原铁粉进行还原反应

将编号为1、2、3、4的铁粉分别加入对应编号的硫酸与Fe2O3的反应液中。将水浴加热设备的温度调至实验方案中设定的温度80℃。将搅拌桨固定在电极上，然后伸入烧杯中，距杯底约1cm。用控制仪控制搅拌速度为300r/min，反应时间为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h。记录数据。

(3)试验步骤

还原的目的是使溶液中的Fe3+与还原铁粉发生反应，生成FeSO4。

溶出主要步骤：

①称取还原铁粉。

②将还原铁粉慢慢加到溶出部分的反应液中，要注意对应编号正确。

③将搅拌桨固定在电极上，然后伸入烧杯中，距杯底约1cm。并控制搅拌速度为300r/min，反应时间为以上6组，记录数据。

还原方程式：Fe+Fe2(SO4)3→FeSO4 (2-3) 最后，结晶的目的是进一步出去其中的杂质金属离子，这是利用不同物质的过饱和度和溶液中的浓度不同而实现的。

4 铁的测定方法

铁的测定根据化工行业标准HG/T2250－91，需要准备的试剂有：