标准黄钾铁矾法

黄钾铁矾法

黄钾铁矾法(jarosite process)

使锌浸出液中的铁形成黄铁矾类晶体沉淀而被除去的锌热酸浸液除铁方法。在锌焙砂进行高温高酸浸出时，随着锌焙砂中的锌较彻底溶出的同时，也有大量铁(5～20g/L)进入溶液。黄钾铁矾法是一种从锌热酸浸出液中除铁的有效方法，它与锌焙砂热酸浸出组成完整的锌焙砂浸出系统。

1853年在西班牙首次发现一种含水的碱性硫酸铁复盐矿物，被命名为黄铁矾(jarosite)。1960年澳大利亚电解锌公司(Electrolytic Zinc Co of Australia Ltd．)在里斯登(Risdon)的锌精炼厂发展并应用了一种称为黄钾铁矾法(jarosite process)的从溶液除铁的新方法，用于除去锌热酸浸出液中的铁。与此同时，挪威锌公司(Det Norske Zinc一Kompani A．S．)的埃特雷姆(Eitrheim)电锌厂和西班牙阿斯土列安公司(Asturiana de Zinc S．A．)也成功地开发了这种方法。这三家公司均获得了这种方法的发明专利权，并在世界范围内推广应用。随后在黄钾铁矾法的基础上又发展了转化法和低污染铁矾法。

黄钾铁矾法黄铁矾的分子式为MeFe3(SO4)2(OH)6，式中Me代表一价离子，如K+、Na+、Rb+、Cs+、Tl+、Li+、Ag+、NH4+、H3O+等。锌热酸浸出液中的硫酸铁在碱金属或铵离子存在下，溶液接近沸腾温度时，便转变成黄铁矾晶体析出：

3Fe2(SO4)3+Me2SO4+12H2O=2MeFe3(SO4)2(OH)6+6H2SO4析出的晶体经沉淀、过滤除去。

工艺条件在相同条件下，黄铁矾形成的难易程度和其一价离子半径大小有关，离子半径接近或大于100pm者比较容易生成矾的结晶。如r k+=133pm，r Na+=98pm，r NH4+=143pm等，它们常被用作除铁沉淀剂。影响黄铁矾生成的

最主要因素是锌热酸浸出液的酸度、析出温度、一价阳离子种类和浓度、是否加入晶种等。为了尽可能降低硫酸锌溶液中的铁含量，黄铁矾析出过程必须在较低的酸度下进行，通常控制溶液pH在1．5左右。从反应可看出，黄铁矾析出本身就是一个增酸过程，为了维持溶液的一定酸度需加入中和剂以中和黄铁矾析出过程中所产生的酸。常使用的中和剂有锌焙砂、氧化锌等。在相同的酸度下，黄铁矾在酸液中的溶解度随温度升高而急剧下降，即黄铁矾在酸中的溶解是个放热过程。温度升高，有利于黄铁矾自溶液中析出，故沉淀黄铁矾常采用接近溶液沸点的温度。在各种碱金属中，以钾铁矾最稳定，这是由阳离子本身半径的大小和离子水化合半径的数值所决定的。由于钾盐较贵，工业上常采用含NH4+、Na+的盐类或碱类。黄铁矾的析出速度和溶液中一价阳离子的浓度有关，它的加入量必须满足黄铁矾分子式所规定的原子比，即Me：Fe必须达到1：3。进一步增加一价离子加入量，对黄铁矾析出的效果并不会产生明显影响。由于在铁矾沉淀时，往往有一部分草黄铁矾[(H3O)Fe3(SO4)2(OH)6]生成，致使阳离子的实际消耗量略低于上述比值。当黄铁矾沉淀条件大体相同时，添加晶种可以加快沉淀的进行。

工艺流程世界各湿法炼锌厂采用的黄铁矾炼锌流程大体相同，原则流程如图所示。它由锌焙砂热酸浸出和铁矾沉淀两部分组成。锌焙砂经中性浸出、热酸浸出后，99％以上的锌被浸出进入溶液，浸出渣含不溶锌在1％以下，且富集了银和铅，可作为回收银和铅的原料。为了从浸出液中分离铁和部分杂质，一般工厂以硫酸钠为沉铁剂，加入锌焙砂使溶液的pH维持在1．5左右，于368K下沉淀3～5h，溶液中的绝大部分铁便以黄铁矾沉淀析出，部分杂质以类质同像取代黄铁矾中的相应离子或被黄铁矾吸附而与铁同时沉淀。沉淀后的上清液含铁较低。一般在1g／L以下，可返回中性浸出。铁矾沉淀中混有未溶解的铁酸锌和少量氧化锌，需经酸洗回收这部分锌。酸洗条件是：温度363～368K，终酸大于45g／L，时间2～3h。酸洗过程中有少量杂质进入溶液。锌冶炼回收率可达97％。

转化法(conversion process)其实质是将锌焙砂浸出中的高温高酸浸出和沉矾除铁作业合并一起完成，即铁酸锌溶解和黄铁矾沉淀同时进行，两者的反应分别为：

3(ZnO•Fe2O3)+12H2SO4=3ZnSO4+3Fe2(SO4)3+12H2O

3Fe2(SO4)3+xMe2SO4+(14—2x)H2O=2Mex(H3O)(1一x)[Fe3(SO4)2(OH)6]+(5+x)H2SO4式中Mex(H3O)(1一x)[Fe3(SO4)2(OH)6]为混合型黄铁矾。

在同一过程中，加入沉铁剂，在363～368K温度下，控制酸度在45g／L左右，反应5～8h，铁由一种固体化合物——铁酸锌转化为另一种固体化合物——混合型黄铁矾，转化率在99％以上。锌冶炼回收率可达96％～97％。转化法具有工艺简单、流程短、浓密和过滤只需一套设备、投资省的特点，但由于浸出渣和铁矾渣在同一作业排出，只适合处理含铅、银低的锌焙砂。芬兰奥托昆普公司

的科科拉(Kokkola)锌厂用此法生产，锌浸出率99％，年产电锌16万t。

低污染黄钾铁矾法为了进一步提高金属回收率和减少铁矾渣对环境的污染，80年代以来，发展了一种低污染黄钾铁矾法。该法是采用预中和使含铁溶液达一定负酸度，或通过稀释来调整含铁溶液的成分，在沉淀黄铁矾时，不需添加中和剂就能达到令人满意的除铁目的。这种方法是在使用黄铁矾作晶种和有沉铁剂存在的条件下，将经调整后所得到的不稳定含铁的锌溶液，加热到接近沸点，溶液中的铁(Ⅲ)可呈黄铁矾沉淀析出。析出的沉淀不经酸洗，铁渣含锌2％左右，避免了由于酸洗时铁和杂质的部分返回。该法不宜用于处理含铁较高的锌焙砂。澳大利亚的里斯登(Risdon)电锌厂进行了中间工厂试验，锌冶炼回收率98％，所产铁矾渣仍含有害元素，但对环境的污染程度有所减轻。

展望黄铁矾法是世界上湿法炼锌厂广泛采用的除铁方法。这种方法在技术上比较成熟，除铁效果好，但所产的黄铁矾渣对环境有污染。其发展趋势是：(1)完善渣场设施，消除黄铁矾渣堆存对环境产生的污染；(2)产出对环境污染程度更轻的渣；(3)开展综合利用黄铁矾渣的研究，提高黄铁矾法的综合利用水平。