锌浸出液针铁矿法除铁

21 1 除铁产物分析 在有一定量晶种时 , 用化学纯碳酸钠和化学纯 氧化锌浆料调酸度所得陈化槽、 反应槽样品的 TGDTG 分析曲线相似 , 如图 3所示。

( a) - 反应槽 ; ( b ) - 陈化槽
图 3 陈化槽和反应槽样品的 TG-DTG 分析曲线
F ig 1 3 TG-DTG curves of the goethite sa m ples
图 4 样品的 XRD 图谱
F ig1 4 XRD patte rns of sa m ple
( a) - 反应槽 ; ( b ) - 陈化槽
图 5 陈化槽和反应槽样品的 TG-DTG 曲线
F ig 1 5 TG-DTG curves of goeth ite sa m ples
图 6 晶种存在下陈化槽样品的 XRD 图谱
( 3)
2Fe ( aq) # ( Fe2 O3 # H 2 O ) n ( s 晶粒 ) + 4 H 2O y F e2 O3 # H 2 O ( s晶核 ) # ( Fe2 O3 # H 2 O) n ( s晶粒 ) ( 4) Fe2O 3 # H 2 O ( s 晶核 ) # ( Fe2O 3 # H 2 O ) n ( s 晶 粒 ) y 新晶核 + ( Fe2 O3 # H 2 O) n ( s晶粒 ) ( 5) 生成的晶核如果彼此之间发生附聚或团聚, 发 生重结晶成大晶体 , 或者在二次成核过程中 , 不断地 消耗铁离子, 晶核直接长成大晶体 , 实现除铁。 在除铁过程中 , 反应物料连续不断地加入, 反应 产物也连续不断地排出, 维持反应体系的物料总量 或总体积恒定 , 而且其中的三价铁离子总量或变化 量在任意反应时刻下都很小 ( 小于 1g /L ) , 此时反应 体系可视为微分反应体系。 11 2 试验用原料、 设备和仪器 试验所用主要原料为某锌冶炼厂上清液 ( 含锌 大于 100g /L ) 、 挥发窑氧化锌, 化学纯碳酸钠, 化学
3 结论
采用微分反应器装置针铁矿除铁, 突破以往必 须严格控制反应体系的铁含量小于 1g /L的局限 , 此 法使体系中可调控铁浓度范围增大 , 易于工业操作 实现。在大量晶种存在时, 溶液 pH = 21 5 , 除铁后溶 液含铁量为 01 0064g / L, 除铁率为 991 74 % , 而没有 晶种存在时, p H 值很高时, 除铁后溶液中含铁量为 01 0091g /L。在中和剂的选择上 , 可选用便宜的碳酸 钠, 较纯氧化锌 , 不宜用挥发窑氧化锌。
金提取分离等方面的研究。
联 系 人 : 陈启元 ( 1948 - ) , 男 , 安 徽望江县人 , 教 授 , 博士 , 主 要从
事湿法冶金提取分离等方面的研究。
第 3期
邓永贵等 : 锌浸出液针铁矿法除铁
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纯氧化锌, 化学纯硫酸铁。用工业上清液配制含铁 量为 12~ 15g /L 的待除铁原料液。 采用的设备及仪器为 JJ -1 型电动搅拌器、 PH S 25C 型酸度计、 TG16 W S 型离 心机、 DHG-9076A 型 鼓风干燥箱、 LH 586 -2 型超级恒温槽、 TGA / SDTA851 型 热 重差 热 同 步 分 析 仪、D /m ax2550 全 自 动 ( 18KW ) 转靶 X 射线衍射仪、 M astersizer 2000 型激 光粒度分析仪。 积分反应器装置图如图 1 所示 , 微分反应器装 置示意图如图 2 所示。 11 3 试验步骤 ( 1) 原生晶种的制备。采用图 1 积分反应器装 置 , 取一定量 ( 1500 m L )的上清液置于反应槽中作底 液 , 调节搅拌速度为一定, 控制反应槽温度维持在一 定温度范围内 , 用碱调节酸度。每次以 10 m L 的待 除铁液 ( 13g /L ) 一 次性地加 入到反 应槽中 发生反 应 , 则每次加料后引起反应槽内的铁离子浓度变化 约为 01 08g /L, 远小于 1g /L。 ( 2) 在晶种存在条件下除铁。按图 2 连接微分 反应器装置。对于一定容积的反应槽, 先确定反应 槽中的底液量 V 底的数值和应加入的晶种量数值 , 以及一次性的每次加入待除铁液量 V 加的数值和 每次加入待除铁液的时间间隔。不必要求反应槽内 的铁离子浓度变化 < 1g /L, 每次加料后引起反应槽 内的铁离子浓度变化大至 31 5g /L 时的除铁效果都 很好。调节反应槽、 陈化槽的搅拌速度为一定 , 控制 反应槽、 陈化槽温度。经过数次加料后, 反应槽将会 发生溢流, 溢流出的混和液进入陈化槽, 在其中进行 陈化。 所得反应槽、 陈化槽产物经离心分离 , 洗涤 , 干
[ 14- 16 ]
( 1) Fe ( aq) + 2H 2 O y F eOOH ( s晶核 ) + 3 H
3+ +
。针铁矿法除铁分为还原。还
( 2)
氧化法 ( V1M 法 ) 和部分水解法 ( E 1 Z法 )
当大量晶种存在和反应体系在任意反应时刻下 三价铁离子的总量或变化量都很小 (小于 1g /L ), 晶 种发挥作用, 铁离子吸附在晶种表面发生水解, 最后 脱落形成新晶核, 产生二次成核, 见式 ( 3) ~ 式 ( 5) 。 3+ 3+ Fe ( aq) + n ( F e2 O3 # H 2 O ) ( s 晶粒 ) y Fe ( aq) # ( Fe2 O3 # H 2 O) n ( s晶粒 )
1 实验方法
11 1 基本原理 针铁矿除铁由原生晶种制备和在晶种存在条件 下除铁两步完成。原生晶种制备采用积分反应器装 置 , 反应体系中的固 /液比极低, 低至反应体系在任
收稿日期 : 2008- 04- 30 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划资助项目 ( 2007CB613601) 作者简介 : 邓永贵 ( 1982- ) , 男 , 重庆市 人 , 硕 士, 主要 从事湿 法冶
+
。现在除铁的方法有黄钠 ( 钾 ) 铁矾法、 针铁
矿法和赤铁矿法等。黄钠 ( 钾 ) 铁矾法应用最为广 泛 , 但渣量比较大 , 渣的回收处理难。赤铁矿法能耗 高。虽然针铁矿法难于工业控制, 但产物针铁矿可 作为二次资源使用, 且渣量少 铁的文献报道较多
[ 6 - 13] [ 3- 5]
, 研究针铁矿法除
21 3 陈化效果 从反应槽和陈化槽样品的粒度分布图 9 可以看 出 , 经过反应槽得到的混合液再经陈化槽陈化 , 陈化 槽产物的颗粒明显变大 , 说明陈化对针铁矿生长是 有利的。
参考文献:
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湿 法炼锌中焙烧 或锌精矿浸出得 到的 ZnSO4 溶液中含有大量 F e ( 或 F e ), 必 须对铁进行分 离
[ 1- 2] 3+ 2+
意反应时刻下的三价铁离 子总量或变化量 都很小 ( 小于 1g /L ) 。反应物料连续不断地加入 , 反应体系 可视为积分体系。此时三价铁离子的直接水解可视 为准均相反应 , 成核过程为准均相成核 , 成核过程为 准静态过程, 见反应式 ( 1) 和式 ( 2)。 3+ 2Fe ( aq) + 4H 2 O y F e2 O 3 # H 2 O ( s 晶 核 ) + 6 H
( a) - 反应槽 ; ( b ) - 陈化槽
图 9 反应槽和陈化槽产物针铁矿 粒度分布曲线
F ig1 9 P article size distr ibution ( PSD ) o f sa m ples
图 8 终点 pH 值与除铁率的关系
F ig1 8 Effects o f pH on remova l ratio o f iron ions
明 , 此法除铁易于工业实践 , 除铁效果好。在大量晶种存在时 , 溶液 p H = 21 5 , 除铁后溶液含铁量为 01 0064 g/ L, 除铁率为 991 74 %, 而没有晶种存在时 , 相同 pH 值时 , 除铁率仅为 90% , 除铁后溶液含铁量大于 0107g /L。
关键词 : 冶金技术 ; 锌浸出液除铁 ; 针铁矿法 ; 晶种 ; 微分反应器装置 中图分类号 : TF813 ; TF8031 25 文献标识码 : A 文章编号 : 1001 - 0211( 2010) 03- 0080- 05
第 62卷 第 3 期 2 0 1 0 年 8 月
有
色
金
属
N on ferrous M etals
V ol162, N o1 3 A ug. 2 0 1 0
锌浸出液针铁矿法除铁
邓永贵, 陈启元, 尹周澜, 张平民
(中南大学 化学化工学院 , 长沙 410083)
摘 要 : 使用微分反应器装置针铁矿法从湿法炼锌浸出液 除铁 , 对含铁为 Fe3+ /Fe2+ 浸出液为 待除铁液进行 试验。结果表
从图 3 可以看出 , 所得产物在 250e 左右出现
针铁矿的特征吸热峰, 初步认定产物为针铁矿, 把陈
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有
色
金
属
第 62 卷
化槽产物经 XRD 分析, 结果如图 4 所示, 证明产物 确为针铁矿。
在一定量晶种存在时, 若采用挥发窑氧化锌浆 料为中和剂调酸, 最后分别取陈化槽和反应槽的产 物进行了 TG-DTG 分析 , 如 5 所示。 从图 5 的曲线可以看出, 陈化槽、 反应槽的产物 在 250e 均出现明显的针铁矿吸热峰 , 但在 360e 左 右出现一个非针铁矿的吸热峰, 为了检测不同中和 剂引起产物的 TG-DTG 曲线变化的原因, 选择陈化 槽的产物进行 XRD 进行物相分析 , 结果如图 6 所 示。发现 TG-DTG 曲线出现变化是因产物中含有铅 铁矾所至 , 即在除铁过程中容易生成铅铁矾 , 故在工 业上不宜采用挥发窑氧化锌浆料调节酸度。 21 2 除铁效果 考察了存在晶种与否, 不 同终点 p H 值下除铁 效果 , 终点 p H 值与除铁后液残铁含量的关系 , 终点 p H 值与除铁率的关系, 分别见图 7 和图 8 。
3+
原氧化法是把高铁还原成二价铁 , 再控制铁的氧化 速度, 使得铁含量始终低于 1g /L, 生成针铁矿。部 分水解法一般以喷淋的方式洒入搅拌均匀的含铁低 于 1g /L 的反应槽, 以此稀释铁含量。目前针铁矿法 除铁存在两大难题: 怎样制备合适的晶种 ; 在晶种存 在下, 如何调控整个除铁过程得到针铁矿。研究中 , 在采用积分反应器装置制备出合格晶种情况下 , 首 次使用微分反应器装置使得除铁更易于工业调控 , 该技术完全不同于还原 - 氧化法或部分水解法。
燥, 样品进行表征分析。
图 1 积分反应器装置
F ig1 1 Sche m e of integ ra l reaction appa ratus
图 2 微分反应器装置示意
F ig1 2 Sche m e o f d iffe rentia l reaction apparatus
2 试验结果与讨论
F ig1 6 XRD pa tterns of sa m ple from ag ing tank prepared by a great dea l cry sta l seeds in ex istence
图 7 终点 pH 值对除铁后液残铁含量的影响
F ig 1 7 E ffects of pH on concentration o f iron ions in purified so lution
从图 7 可以看出 , 在没有晶种存在时, p H 值越
高, 除铁后液残铁量越低。当 p H 值大于 31 5 后, 除 铁后液残铁量变化较小。存在一定量晶种时, 终点
第 3期
邓永贵等 : 锌浸出液针铁矿法除铁
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p H 值为 21 5 , 除铁后液残铁量就仅为 010064g /L, 除 铁较彻底。 从图 8 可以看出 , 在没有晶种存在时 , p H 值为 31 5时 , 除铁率才超过 99 % , 而当有一定量晶种存在 时 , pH 为 21 5 时, 除铁率就已超过 99% 。