硫酸烧渣还原浸取铁.pdf

2 0 1 2 年1 期 有色金属 冶炼部分 h t t p t ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 9 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．1 辐n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 1 ．0 0 3 硫酸烧渣还原浸取铁 金程，李登新 东华大学环境科学与工程学院，上海2 0 1 6 2 0 摘要采用硫化物作助剂还原浸出硫酸烧渣中的三价铁。采用k 4 3 四因素三水平正交试验，考察助剂 用量、硫酸用量、温度、时间对浸出效果的影响，并确定最佳配比。结果表明影响的显著顺序为助剂用 量 时间 硫酸用量 温度。在下述最佳条件下铁浸取率可以达到8 7 ．8 ％起始液固比2 t 1 、搅拌转 速13 0 0r ／m i n 、助剂用量1 7 ．2g 、硫酸2 3m L 、8 5 ℃反应3h 。 关键词硫酸烧渣；还原酸浸I 硫化物；铁；正交试验 中图分类号T F 8 0 3 ．2 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 1 0 0 0 9 一0 4 R e d u c t i V eL e a c h i n go fI r o nf r o mS u l f a t eS l a g J I NC h e n g ，L ID e n g x i n S c h o o lo fE n v i r o n m e n t a lS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，D o n g h u aU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 1 6 2 0 ．C h i n a A b s t r a c t T h ef e r r i ci r o nw a sr e d u c t i v el e a c h e df r o ms u l f a t es l a gw i t hs u l f i d e ．T h ee f f e c t so fl e a c h i n ga g e n t d o s a g e ，s u l f u r i ca c i dc o n s u m p t i o n ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r ea n dt i m eo nl e a c h i n gr a t eo fi r o nw e r ei n v e s t i g a t e d w i t hL 9 4 3 o r t h o g o n a lt e s t ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es e q u e n c eo fe f f e c t i n gi sl e a c h i n ga g e n td o s a g e ，r e a c t i o nt i m e ，s u l f u r i ca c i dc o n s u m p t i o na n dr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ．T h ei r o nl e a c h i n gr a t er e a c h e s8 7 ．8 ％o n t h ef o l l o w i n go p t i m u mc o n d i t i o n s r a t i oo f1 i q u i dt os o l i do f2 1 ，s t i r r i n gr a t eo f13 0 0r ／m i n ，l e a c h i n ga g e n td o s a g eo f1 7 ．2g ，s u l f u r i ca c i dc o n s u m p t i o no f2 3m L ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r eo f8 5 ℃a n dl e a c h i n g t i m eo f3h ． K e yw o I ．d s s u l f a t es l a g ；r e d u c t i v el e a c h i n g ；s u l f i d e ；i r o n ；o r t h o g o n a lt e s t 以硫铁矿为原料制取硫酸过程中会产生一种粉 状尾渣，通常称作硫酸烧渣。烧渣中铁的品位一般 可以达到3 0 ％以上。目前，利用硫酸烧渣中的铁制 备净水絮凝剂[ 1 ‘3 ] 、铁系颜料H 。6 ] 、磁性铁氧体材 料[ 7 喝1 的研究很多。由于经过高温煅烧，烧渣中的铁 绝大部分以F e 。0 。的形式存在，难以直接酸浸溶 出[ 9 ．1 0 ] 。本试验选用多种硫化物组成助剂，在 H 。S 0 ．溶液中对F e 。0 3 进行还原浸出。作者前期 已经进行了常压下还原酸浸单因素试验，考察了助 剂用量、硫酸用量、温度、时间、液固比等条件对浸出 效果的影响。本文在条件试验结果的基础上，进行 L 9 4 3 正交试验，以确定最佳浸出条件，分析各因素 对浸出效果的影响程度。 1浸出原理 F e 2 0 。溶于硫酸可生成F e 3 ，因为F e 3 的溶解 度小，易于水解而生成氧化铁晶格，所以硫酸烧渣直 接浸取难度很大。通过添加硫化物作助浸剂，在酸 性溶液中助剂能将F e 3 还原为F e 2 ，从而减少了溶 液中F e 3 的浓度，抑制了F e 3 的水解，可以使得溶 液中的氧化铁晶格减少，从而加速烧渣中F e 。0 3 的 溶浸【1 l _ 1 5 1 。 基金项目国家高技术研究发展计划 8 6 3 项目 2 0 0 6 A A 0 6 2 1 3 2 ，上海市重点学科建设项目 B 6 0 4 作者简介金程 1 9 8 6 ．女．山东淄博人．硬士研究生． 万方数据 1 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 期 2试验方法 2 ．1 试验原料 试验所用原料为某冶炼厂含硫金精矿硫酸化焙 烧后的酸浸尾渣 以下称硫酸烧渣 ，粒度组成为 4 2 5l | m7 ．3 ％，可 以看出7 0 ％以上的烧渣粒度在4 8 ～1 5 0 “m 。硫酸 烧渣含A u2 1 ．1 6g ／t 、A g2 6 ．6 6g ／t ，其余成分 ％ T F e4 0 ．2 5 、F e 3 3 9 ．6 9 、A l1 ．4 3 、C a1 ．3 7 、A s 0 ．8 9 、P bO ．5 6 、N aO ．7 5 、S i 0 22 4 ．5 5 、S1 ．1 2 ，可以看 出，烧渣中9 8 ％以上的铁为三价铁，系典型的难浸 出物料。试验所用助剂为自制药剂，成分 ％ Z n S 5 0 、N a 2 S2 5 、M n S2 0 、C a S4 、N a 2 S 2 0 3 5 H 2 0O ．5 、 C 3 H 3 N 3s 3O ．5 。 2 ．2 试验方法 试验在5 0 0m L 三口烧瓶中进行，试验装置如 图1 所示。试验中，先将2 5 ．Og 硫酸烧渣和一定量 的助剂加入到三口烧瓶中，再按起始液固比2 1 每克烧渣加水2m L 加入一定量水。试验开始前， 先将定量的硫酸加入恒压漏斗中，转动活塞将硫酸 加入到三口烧瓶中时，开始计时。保持在恒定温度 下搅拌反应一定时间，控制转速为13 0 0r ／m i n 。反 应停止后，将料液抽滤，滤液定容后按G B ／T 7 7 3 9 ．7 2 0 0 7 分析浸出液中铁的含量，计算铁的浸 出率。 恒温加热磁力搅拌器气体缓冲器 图l 试验装置 F i g ．1E x p e r i m e n t 柚s e t u p 2 ．3 试验结果与讨论 2 ．3 ．1 正交试验 在单因素条件试验基础上，设计L 9 4 3 四因素 三水平正交试验，以确定各因素对试验效果影响的 显著性，并确定最佳工艺条件。正交试验因素及水 平分别为A 一助剂用量 1 0 ．3g 、1 3 ．8g 、1 7 ．2g ；B 一硫酸用量 1 7m L 、2 0m L 、2 3m L ；C 一温度 7 5 ℃、8 5 ℃、9 5 ℃ ；D 一时间 1h 、2h 、3h ，试验结果 见表1 。 表lL ’【4 3 正交试验结果 T a b l e1R e s u l t so fL 9 4 3 o r t h o g o n a l t e s t 均值1 6 1 ．O 均值2 8 0 ．6 均值3 8 1 ．6 R2 0 ．6 根据表1 结果，各因素对硫酸烧渣中铁的浸出 率影响的显著顺序为A D B C 。因素A 的影 响远远大于其他三个因素，这也充分证明了在试验 选取的范围内，助剂的加入能显著提高铁的浸出率。 由表1 可以看出，这四个因素的最佳水平组合为 A 3 8 3 C 2 D 3 。 2 ．3 ．2 验证性试验 根据正交试验结果，按最优组合A 。B 。C 。D 3 1 7 ．2g 助剂，2 3m L 硫酸，8 5 ℃，3h 条件进行还 原酸浸的验证性试验，得到硫酸烧渣中铁的平均浸 出率为8 7 ．8 ％。 2 ．3 ．3 表面形态表征及物相分析 图2 分别为硫酸烧渣和还原浸出后残渣的 S E M 图谱。可以看出，原烧渣颗粒呈疏松多孔状， 这有利于酸浸反应的进行。经还原浸出后，烧渣形 貌发生显著变化，粒径明显减小，颜色深浅也发生改 变，这与反应前后烧渣的物相组成及含量改变有关。 硫酸烧渣酸浸前后的X R D 图谱见图3 。经检 索，烧渣在反应前，在2 口 3 3 ．3 。 和3 5 ．7 6 。 处有 很强的赤铁矿的特征衍射峰，在2 口一4 9 ．5 8 。 、 5 4 ．2 2 。 和6 2 ．5 6 。 处也有一定强度的赤铁矿衍射 峰；在2 口一2 6 ．7 。 附近仍出现较强的石英特征衍射 峰；此外，不能检索出其他物相的存在。 经还原酸浸后，赤铁矿的衍射峰变得非常微弱， 石英的衍射峰强度基本不变，而在2 日一2 3 ．2 。 处明 显出现硫磺的主峰，在2 口一2 5 ．9 8 。 、2 7 ．8 6 。 、 l 3 6 5 2 1 O 7 1％缸髂跎∞伯伯跎暑吕 一5 7 9 4 。o o ，o o ，o o一仡他弧孔 万方数据 2 0 1 2 年1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 1 2 8 ．8 0 。 和2 9 ．0 6 。 处也有一定强度的单质硫的衍射峰，这证明了浸出过程中有固态产物硫磺生成。 图2 硫酸烧渣 a 和酸浸后残渣 b 的S E M 图谱 F i g ．2S E Mm i c r o g r a p h so fs u l f a t es l a g a a n di t SI e a c h e dr e s i d u 姻 b 反应前 b l 1 b I an‘“I b “～．～一U ．，．I 西．- 』U矗姒丈三』儿父eM 7 u 51 01 52 02 53 03 54 04 s5 05 56 06 57 0 反应后 a S i o n b F e 2 0 3 c S 51 01 52 02 53 03 54 04 55 05 56 06 57 } 舶儿。 图3 硫酸烧渣酸浸前后x R D 谱图 F i g ．3 X R Dp a t t e r n so fs u l f a t es l a ga n di t sI e a c h e dr e s i d u e s 3结论 1 用助剂还原浸出硫酸烧渣中的铁是可行的， 在试验选取的范围内各因素对硫酸烧渣中铁的浸出 率影响的显著顺序为助剂用量 时间 硫酸用量 温度。 2 在最优条件组合1 7 ．2g 助剂，2 3m L 硫酸， 8 5 ℃，3h 下，硫酸烧渣中铁的平均浸出率为 8 7 ．8 ％。 3 烧渣酸浸后形貌明显改变，粒径变小，有固态 产物硫磺生成。 参考文献 [ 1 ] 姜华。罗罹，吕亮．烧渣制备聚合硫酸铁及其对造纸废 水的处理效果口] ．中国给水排水，2 0 0 8 。2 4 1 9 8 0 一8 3 ． [ 2 ] 李德明．硫酸烧渣制备聚合磷硫酸铁及其对城市生活 污水的处理效果[ J ] ．安徽职业技术学院学报，2 0 l o ．9 2 2 4 2 6 ． [ 3 ] 姜凌。董亚妮，田萍．用硫铁矿烧渣制取聚合硫酸铁的 实验研究[ J ] ．环境科学与技术。2 0 1 0 。3 3 8 1 4 8 1 5 1 ． [ 4 ] 陈吉春，汤义兰．硫铁矿烧渣制备铁蓝工艺的研究[ J ] ． 矿业工程，2 0 0 7 ，5 5 6 5 6 8 ． [ 5 ] 李登新．寇文胜。钟非文。等．一种含硫金精矿酸化焙烧 万方数据 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 2 年1 期 渣制备铁红的方法中国，Z L 2 0 0 5 l 0 0 3 0 0 1 6 ．8 [ P ] ． 2 0 0 6 一0 5 1 7 ． [ 6 ] 李志金．酸浸渣制取高品质铁红的研究[ D ] ．上海东 华大学，2 0 0 5 ． [ 7 ] 徐杰，李书营，王瑞．硫铁矿烧渣的综合利用研究[ J ] ． 环境科学与管理，2 0 1 0 ，3 5 2 1 5 3 1 5 7 ． [ 8 ] z o uz ，x u a nAG ，Y a nzG ，e ta 1 ．P r e p a r a t i o no fF e 3 0 ‘ p a r t i c l e sf r o mc o p p e r ／i r o no r ec i n d e ra n dt h e i rm i c r o w a v ea b s o r p t i o np r o p e r t i e s [ J ] ．C h e m i c a lE n g i n e e r i n g S c i e n c e ，2 0 1 0 ，6 5 1 6 0 1 6 4 ． [ 9 ] 郑晓虹，陈玉峰，黄升光，等．硫酸浸取法从硫铁矿烧渣 中提取铁的研究[ J ] ．化工进展，2 0 0 3 2 1 6 5 1 6 8 ． [ 1 0 ] 占寿祥，郑雅杰．硫铁矿烧渣酸浸反应动力学研究 [ J ] ．化学工程，2 0 0 6 ，3 4 1 1 3 6 3 9 ． [ 1 1 ] A t aA k c i l ，H a s a nC i f t c i ．M e t a l sr e c o v e r yf r o mm u l t i m e t a ls u l p h i d eC o n c e n t r a t e s C u F e S 2 一P b 孓Z n S c o m b i n a t i o no ft h e m a lp r o c e s sa n dp r e s s u r el e a c h i n g [ J ] ． I n t ．J ．M i n e r ．P r o c e s s ，2 0 0 3 ，7 1 2 3 3 2 4 6 ． [ 1 2 ] S o u z aAD ，P i n aPS ，L e 矗oVA ，e ta l - T h el e a c h i n g k i n e t i c so faz i n cs u l p h i d ec o n c e n t r a t ei na c i df e r r i cs u l p h a t e [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，．z 0 0 7 ，8 9 7 2 8 1 ． [ 13 ] T a p i oS a l m i ，H e n r i kG r 吾n m a n ，H e i d iB e r n a s ，e ta l - l Ⅵe c h a n i s t i cm o d e l i n go fk i n e t i c sa n dm a s st r a n s f e rf o r as o l i 1 - l i q u i ds y s t e m L e a c h i n go fz i n cw i t hf e r r i ci r o n [ J ] ． c h e m i c a lE n g i n e e r i n gs c i e n c e ，2 0 1 0 ，6 5 4 4 6 0 一 4 4 7 1 ． [ 1 4 ] S i l v i aMCS a n t o s ，R e m i g i oMM a c h a d o ，C o r r e i aM J o a n aN ， e ta 1 ．F e r “c s u l p h a t e ／c h l o r i d el e a c h i n go f z i n ca n dm i n o re l e m e n t sf r o ma s p h a l e “t ec o n c e n t r a t e 口] ．M i n e r a l sE n g i n e e r i n g ，2 0 1 0 ，2 3 6 0 6 6 1 5 ． [ 1 5 ] 金程，王恩强，李登新．硫酸烧渣加压浸取铁[ J ] ．有色 金属 冶炼部分 ，2 0 1 1 1 1 6 8 ． 万方数据