电解法除铁

电解法除铁

运用电化学原理，针对以纤维状或胶态状杂质铁化合物形式存在的高岭土（福建省此类型高岭土矿颇多，一般除铁法对此类矿的除铁效果不太理想），通过杂质铁在电极上的还原沉积，进而清洗电极去除杂质铁，达到此类高岭土矿有效除铁的目的。经初步探索表明：电解除铁法对上述这类型高岭土矿除铁是可行的；对某些其它类型高岭土矿物的除铁也是有效果的，很值得深入研究。

电解除铁法的优势在于电解处理后高岭土的结构不会被破坏；操作简单，不用加热，没有污染，后处理简单。

原电池的电极的判断：

负极：电子流出的一极；发生氧化反应的一极；活泼性较强金属的一极。

正极：电子流入的一极；发生还原反应的一极；相对不活泼的金属或其它导体的一极。

在原电池中，外电路为电子导电，电解质溶液中为离子导电。

所用药品有: NaHSO3、H2C2O4、H2SO4、HCl、Na2C2O4

材料：碳棒、铅板、白金片和直流电源。

具体实验方法

先将样品经分散，粒级分离后，取粒径小于2μm的高岭土矿为原料。

在一定固含量的浆液中，按每100g土比例分别加入不同量的NaHSO3和H2C2O4，调节pH小于7，配制成不同组成的电解土液。以一定面积的碳棒、铅板为电极，在搅拌下，通入直流电，控制小于氢过电位的槽电压进行电解，经一段时间，间断取出阴极稀酸清洗、活化电极。除铁后产品进行检测。（具体实验条件未见文献报道，需要进一步探索）

4.4.1 物理法

物理法是指用简单的物理性设备对矿物进行除铁的方法[i]。主要有磁选法和浮选法两种。其中磁选法主要是利用不同的磁选机对矿物中有磁性的杂质的去除，磁选机种类很多，有不同磁场强度的磁选机，有高梯度超导磁选机，低温超导磁选机，高梯度超导磁选机等，可处理几微米或更细微级别的很弱的顺磁场磁性的矿物[ii]。超导磁选机具有能长期运转，电耗可以降低约80%～90%；同时这种设备还同时具有快速激磁和退磁的能力，可使设备减少对矿物的分选、退磁和冲洗杂质所需的时间，从而可以大大提高对矿物的处理量，该设备的处理能力为6t/h，缺点在于设备昂贵。电磁选矿法是用来分离原矿中含铁的矿物的一种设备，是利用矿物的磁性的差别，根据被磁化的物质在磁场中被激发必将受到磁力作用这种物理效应，将铁和其氧化物从原料中得到分离的目的，电磁选矿法对除去较大和较粗颗粒的据有强磁性矿物的效果良好，如磁铁矿、钛铁矿和加工搬运过程中混入的较大的铁屑(通常使用永久性磁铁、强力磁棒和电磁除铁设备等设备)，但对黄铁矿等弱磁性的铁矿物和粒度很细的颗粒处理效果不明显。

浮选法包括泡沫浮选法和双液层浮选法两种。泡沫浮选法是指在矿浆中加入不同的起泡剂(松油)和捕收剂(塔尔油和燃料油)，振荡，捕收剂由于静电力的作用背负着杂质颗粒上升到含有泡沫的泡沫层，而随泡沫溢流排出，所需的矿物为底流产品。此方法去除铁和钛的效果较好，但对处理几微米以下的矿物效果不理想，而且还导致工艺流程复杂。双液层浮选法是先在矿浆中加入不同量的分散剂，调整pH值在5～11之间，再加入具有选择性的捕收其中单独一种矿物的阳离子型捕收剂和四氯化碳，接着用有机液调和，使得矿浆在pH值为8～

12的情况下乳化，从而形成矿浆-水层和所要去除矿物杂质-有机液层两种液体层，把矿浆-水层分离出来，进行浓缩并烘干即可得到纯度较高的矿物精矿，但是此方法成本较高。

4.4.2 化学法

化学提纯除铁针对性强，试剂设备简单，收效快，生产成本低，操作过程简单，但是难以实现自动化，同时废水、污液处理困难，所以使用有一定的局限性一般从技术与经济方面考虑，常把化学方法与其他方法配合使用，相互配合，收效更大。主要可以分为电化学法、氧化法、还原法、酸浸法、络合法和选择性凝聚和絮凝法。

（1）电化学除铁

矿物表面都是带有电性的，不同的矿物表面带有的电性也不相同，在对高岭石进行表面电性的测定结果表明：当pH值为2或者3以上的时候，所有pH范围内的颗粒表面都带有负电荷。由于高岭石的层与层的表面和端面的性质不同，使得其荷电机理不同，层面上的电荷主要归因于类质同晶取代的作用，晶格上的金属离子通过类质同晶取代现象，被带较低电荷的阳离子所取代，这种取代的结果就造成了晶体中正电荷不足，使高岭石层面上带负电荷。因此这种表面负电荷量只取决于其晶格中被异价阳离子类质同晶所取代的程度，而和介质中的pH值无关[iii]。高岭石的端面断裂时使得硅氧键和铝氧键暴露，在水介质中显示出典型的铝硅酸盐的性质，在矿物的端面断裂面好象SiO2和A12O3组成的混合氧化物表面的行为一样[iv]。H+和OH- 一起定位离子的作用，可示意如下图：

图4.15 高岭土表面电性

电化学合成连二亚硫酸钠除铁法，在弱酸性条件下电解亚硫酸盐水溶液，在电解池阴极上生成连二亚硫酸根离子：2HSO3- + 2H+ + 2e- = S2O4-2 + H2O连二亚硫酸根离子有强烈的还原作用，能使三价铁还原成二价Fe2+：Fe2O3 + S2O42- + 4H+ = 2Fe2+ + 2HSO3- + H2O从而使固态的Fe2O3转变成Fe2+水合离子进入溶液，达到与高岭土分离的目的。此法能使含铁1.15% (以Fe2O3为主)的高岭土降至含铁0.37%。此电解法就地产生的新生态S2O42-，比固体Na2S2O4的漂白作用更为有效，无需使用昂贵的固体Na2S2O4，药品费用低。另外，在整个反应过程中，亚硫酸氢根离子按HSO3-电解S2O42-漂白HSO3-的方式循环，含有HSO3-的滤液经处理后可以回用，既减少了亚硫酸氢盐的添加量，又减轻了排放含硫废液对水体的污染。但此法的电解设备一次性投资较高[v]。

（2）氧化法

氧化法除铁漂白是用较强的氧化剂矿浆中将处于还原态的含铁矿物（黄铁矿等）等氧化成可溶于水的亚铁离子，与此同时，还可以将深色的有机质氧化，使其成为能被水洗去的无色的氧化物。氧化法中所用的氧化剂主要有次氯酸钠、过氧化氢、高锰酸钾、氯气和臭氧等。国内最常用的还原剂是漂白粉[vi]，以次氯酸钠为主要有效成分，黄铁矿被其氧化的反应如下：FeS + 4NaClO → Fe2+ + 4Na+ + SO42- + 4Cl-，在较强的酸性环境中，亚铁离子是稳定的，但当pH 值较高的时候，亚铁离子则可能会变成难溶的三价铁离子，失去其在溶液中的可溶性，对其去除起到阻碍的作用。除了pH值的影响外，氧化法漂白过程还受到含铁矿物和原矿的特性、温度、试剂用量、矿浆浓度和漂白时间等因素的影响[vii]。

（3）还原法