用针铁矿法从锌焙烧烟尘的热酸浸出液中除铁.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年5 期 1 3 用针铁矿法从锌焙烧烟尘的热酸浸出液中除铁 赵永1 ，蒋开喜2 ，王德全1 ，郭亚会3 1 ．东北大学材料与冶金学院，沈阳1 1 0 0 0 4 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 ； 3 ．葫芦岛锌厂，辽宁葫芦岛1 2 5 0 0 3 摘要研究了从锌焙烧烟尘常压热酸浸出液中沉淀针铁矿的过程。试验结果表明，反应时间和空气流量 对除铁率的影响不显著，而反应温度和溶液终点p H 是除铁过程的主要影响因素。在终点p H 3 ．0 、反应 温度3 3 3K 、反应时间2h 、空气流量0 ．2r r l 3 ／m i n 的条件下，除铁率超过9 9 ．5 ％，溶液中铁浓度可由4 0 g ／L 降至0 ．1g ／L 以下。 关键词焙烧烟尘；热酸浸出；除铁；针铁矿法 中图分类号T F 8 1 3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 5 0 5 0 0 1 3 一0 3 I r o nR e m o v a lf r o mH o tA c i dL e a c h i n gS o l u t i o no fZ i n cR o a s t i n g D u s tb yG o e t h i t eP r o c e s s Z H A OY o n 9 1 ，J I A N GK a i x i 2 ，W A N GD e q u a n l ，G U OY a h u i 3 1 ．S c h o o lo fM a t e r i a la n dM e t a l l u r g y ，N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y ，S h e n y a n g1 1 0 0 0 4 ，C h i n a ； 2 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a ； 3 ．H u l u d a oZ i n cS m e l t e r ，L i a o n i n g ，H u l u d a o1 2 5 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t P r e c i p i t a t i o np r o c e s so ft h eg o e t h i t ef r o mh o ta c i dl e a c h i n gs o l u t i o no fz i n cc o n c e n t r a t er o a s td u s tw a s i n v e s t i g a t e d ．E x p e r i m e n t a lr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h ee f f e c to fr e a c t i v et i m ea n dv o l u m eo fa i rf l o wo nt h er a t eo f i r o nr e m o v a li sn o ts i g n i f i c a n t ，b u tt e m p e r a t u r ea n df i n a lp Ho fs o l u t i o na r em a i ni n f l u e n c ef a c t o r sf o rt h ei r o n r e m o v a lp r o c e s s ．O nt h eo p t i m u mc o n d i t i o no fi r o np r e c i p i t a t i o n f i n a lp Hv a l u ei s3 ．0 ，3 3 3K ，r e a c t i v et i m ei s 2h ，a i rf l o wi s0 ．2m 3 ／m i n ，t h er a t i oo fi r o nr e m o v a le x c e e d s9 9 ．5 0 ％a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fF ei ns o l u t i o n c a nd e c r e a s ef r o m4 0g ／Lt ob e l o w0 ．1g ／L ． K e y w o r d s R o a s t i n gd u s t ；H o ta c i dl e a c h i n g ；I r o nr e m o v a l ；G o e t h i t ep r o c e s s 锌精矿流态化焙烧过程所产的焙烧烟尘，通常 需要采用二次焙烧的方法脱除其中对锌蒸馏过程有 害的铅、镉、硫等元素。但二次焙烧工艺不仅能耗 高、劳动条件差，而且环境污染严重。针对这些问 题，作者已经进行了该烟尘的湿法冶金工艺试验研 究L 1J 。该烟尘中的铁酸锌含量很高，在通过热酸浸 出使烟尘中的铁酸锌溶解的同时，三价铁进入溶液。 浸出液中三价铁浓度较高，一般可达3 0g ／L ，总铁 浓度达4 0g ／L 左右。为了有效回收浸出液中锌及 基金项目国家自然科学基金重点项目 5 0 2 3 4 0 1 0 作者简介赵永 1 9 6 5 一 ，男，博士研究生 镉等有价金属，必须把铁从热酸浸出液中除去。 从高铁溶液中除铁方法主要有黄钾铁矾法、针 铁矿法和赤铁矿法【2 J ，除铁过程常用的氧化剂有空 气、二氧化锰、双氧水等【3 1 ，采用针铁矿法除铁有两 种方式一是先把F e 3 十离子还原成F e 2 离子，然后 通过加入氧化剂使F e 2 离子氧化成F e ”离子，同时 加入中和剂使F e 3 离子水解生成针铁矿沉淀；二是 将含铁浓度高的溶液缓慢加入到不含铁的溶液中， 通过加入氧化剂和中和剂使铁形成针铁矿沉淀M J 。 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年5 期 两种针铁矿法有一个共同条件控制溶液中的F e 3 浓度小于1g ／L [ 5 l 。有关研究指出，当溶液中存在 一定浓度的铜离子对针铁矿沉铁过程有催化作用。 本研究采用第二种针铁矿法从焙烧烟尘的热酸浸出 液中除铁，用空气作氧化剂。因热酸浸出液中的铜 离子浓度达0 ．5g ／L 以上，除铁过程不须另加铜离 子。本试验主要考察了终点p H 、反应温度、时间及 空气流量等因素对针铁矿沉铁过程的影响。 1试验 1 ．1 试验原料及试剂 试验原料为焙烧烟尘的常压热酸浸出液，其典 型化学成分 g ／L Z n1 0 1 ．2 3 、C A1 ．0 4 、F e 3 2 9 ．1 4 、F J 1 2 ．3 2 、A s0 ．3 0 、S b0 ．1 0 、C u0 ．5 7 、C o 0 ．0 1 。中和剂采用从锌冶炼烟气中回收的氧化锌烟 尘，含锌7 9 ．8 ％。通入空气作为氧化剂。 1 ．2 试验装置及方法 试验装置如图1 所示。焙烧烟尘的常压热酸浸 出液盛于高位杯中，反应杯中盛不含F J 的硫酸锌 溶液，溶液的流量由阀门1 来控制，温度由温控仪调 整，空气流量由阀门2 及3 控制。试验时先将中和 到p H 2 的浸出液放入高位杯中，当反应杯的温度加 热到预定温度时；由反应杯底部鼓人空气，并开动搅 拌；开动阀门1 ，按指定流量加入含F e 3 4 的溶液到反 应杯中，此过程中添加氧化锌调节溶液的p H ，并计 时。试验完成后，除铁渣水洗过滤，与除铁液一并送 分析。 图1空气氧化针铁矿法试验装置图 F i g ．1E x p e r i m e n t a ld e v i c eo fg o e t h i t ep r o c e s s 2 试验结果及讨论 2 ．1 终点p H 对除铁的影响 试验固定条件温度3 3 3K 、反应时间2h 、空气 流量0 ．2m 3 ／m i n 。试验结果见图2 。图2 表明，随 p H 的升高，除铁率明显提高；当终点p H 3 时，除 铁率达9 9 ．8 ％；继续增加终点p H ，除铁率增加不明 显。同时，随溶液终点p H 的升高，铁渣中渣含锌量 明显增加。除铁过程要求在确保高除铁率的同时尽 量减少渣含锌量，为此，本试验除铁的终点p H 选择 3 ．0 。 求 、 碍 蝼 篮 溶液p H 图2 终点p H 对浸出液除铁率及铁渣中 渣含锌的影响 T a b l e2T h ee f f e c t so fp Ho nt h ei r o nr e m o v i n g r a t ea n dz i n cc o n t e n ti ns l a g 2 ．2 温度对除铁效率的影响 试验固定条件反应时间2h 、空气流量0 ．2 m 3 ／m i n 、终点p H 3 ．0 。试验结果见图3 。图3 表 明，随反应温度的升高，除铁率明显增加。当反应温 度为3 3 3 K 时，除铁率达9 9 ．8 ％；温度再升高，除铁 率增加不明显。因此，从节约能源角度出发选择适 宜的温度为3 3 3 K 。 1 兰0 0 ．0 一 温度，K 图3 温度对除铁率的影响 F i g ．3 E f f e c to fT e m p e r a t u r eo nt h er a t i o o fi r o nr e m o v a l 2 ．3 空气流量对除铁效率的影响 试验固定条件温度3 3 3K 、反应时间2h 、终点 p H 3 ．0 。试验结果表明，随空气流量的增加，除铁率 略有增加；但增加幅度不大，除铁率基本维持在 9 9 ．8 ％，说明通入空气中的氧气已足够维持反应的 进行。操作中选择空气流量0 ．2 m 3 ／m i n 。 ％，碍蝼笾 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年5 期 1 5 2 ．4 反应时间对除铁率的影响 固定其它试验条件温度3 3 3K 、空气流量0 ．2 m 3 ／m i n 、终点p H 3 ．0 。试验结果表明，随反其它 应时间的延长，除铁率略有增加，基本维持在 9 9 ．8 ％，表明反应时间对除铁率影响不大。反应中 选择适当的时间即可，本试验选择反应时间为2h 。 2 ．5 综合除铁试验 确定除铁试验的适宜条件后，进行了综合除铁 试验，试验条件为终点p H3 ．0 、温度3 3 3K 、反应时 间2h 、空气流量0 。2 m 3 ／m i n 。试验结果见表1 。 表1 综合除铁试验 T a b l e1 S y n t h e s i se x p e r i m e n to fi r o nr e m o v a l 3结论 1 锌焙烧烟尘的热酸浸出液可采用针铁矿法 除铁。除铁过程中反应时间及通氧量对除铁影响不 太显著，反应温度和溶液终点p H 值是除铁过程的 主要影响因素。 2 除铁过程中，控制适宜的操作条件终点p H 值3 ．0 、温度3 3 3 K 、反应时间2 h 、空气流量为 0 ．2 m 3 ／m i n ，浸出液中9 9 ．5 ％以上的铁可通过针铁 矿法除去；溶液中铁含量由4 0 9 ／L 降至0 ．1g ／L 以 下。 3 针铁矿法去除锌焙烧烟尘的热酸浸出液过 程中，渣含锌偏高，超过1 0 ％；铁渣含铁在3 0 ％以 上。 参考文献 [ 1 ] 赵永，蒋开喜，王德全，等．处理火法炼锌焙烧烟尘的新 方法[ J ] ．有色矿冶，2 0 0 4 5 2 9 3 2 ． [ 2 ] 铅锌冶金学编委会．铅锌冶金学[ M ] ．北京科学出版 社，2 0 0 3 3 1 8 3 4 5 ． [ 3 ] 刘俊峰，邓文艳，刘胜姿．闪锌矿常压酸浸制取硫酸锌 除铁工艺研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 0 1 1 5 3 5 5 ． [ 4 ] C l a a s s e nJO ，M e y e rE HO ，R e n n i eJ ，e ta 1 ．I r o np r e c i p i ． r a t i o nf r o mz i n c r i c hs o l u t i o n s d e f i n i n gt h eZ i n co rP r o c e s s [ J ] ．H y d r o m e t a U u r g y ，2 0 0 2 ，6 7 8 7 1 0 8 ． [ 5 ] 梅光贵，王德润，周敬元，等．湿法炼锌学[ M ] ．长沙 中南大学出版社，2 0 0 1 1 5 0 1 6 5 ． 上接8 页 试验结果表明，浸出液固比由8 降至5 时，对 镍、钴、铜浸出率基本无影响。 4结论 在日处理1 0k g 干矿石条件下，控制浸出体系 的电位对维持较快的反应速度和较高的金属浸出率 十分重要；溶液中的钴离子浓度对钴浸出率影响较 大，镍离子浓度对镍浸出率的影响很小；液固比对浸 出率的影响不显著；温度对有价金属浸出率有影响， 最好控制在4 0 ～5 0 ℃。 参考文献 [ 1 ] 尹才斫，蒋训雄，周冰毅，等．大洋多金属结核活化硫酸 浸出[ J ] ．有色金属，2 0 0 2 ，4 9 1 ，6 2 6 9 ． [ 2 ] A g a r w a lJC ．K e n n e c o t tP r o c e s sf o rR e c o v e r yo fC o p p e r ， N i c k e l ，C o b a l ta n dM o l y b d e n u mf r o mO c e a nN o d u l e s [ J ] ． M i n i n gE n s n a r i n g ，1 9 7 9 ，3 1 2 1 7 0 4 1 7 0 9 ． [ 3 ] 河源正泰．锰结核中有价金属的回收[ J ] ．E t 本金属学 会会报，1 9 8 6 ，2 5 1 2 9 9 3 9 9 9 ． [ 4 ] 徐传华．大洋多金属结核冶炼工艺研究现状与展望 [ J ] ．国际海底开发动态，1 9 9 3 2 1 5 ． 万方数据