酸浸提取锑鼓风炉渣中铁的研究.pdf

酸浸提取锑鼓风炉渣中铁的研究 ① 陈珍娥１，２， 帅显泽１ （１．遵义师范学院 化学化工学院，贵州 遵义 ５６３００２； ２．黔北特色资源应用研究实验室，贵州 遵义 ５６３００２） 摘 要 采用硫酸与盐酸混合浸出的方法提取锑鼓风炉渣中的铁，考察了浸出时间、反应温度、盐酸加入量、硫酸浓度等对铁提取 效果的影响，并在此基础上研究了超声辅助浸出的效果。 结果表明，铁的最佳浸出条件为炉渣量 ３ ｇ、浸出时间 ２ ｈ、反应温度 ８０ ℃、 １∶１硫酸 １０ ｍＬ、浓盐酸 ６ ｍＬ，此时铁浸出率为 ８７．８９％。 相同浸出条件下超声辅助浸出可以缩短反应时间至 ０．５ ｈ。 关键词 锑； 鼓风炉渣； 废渣； 酸浸； 铁 中图分类号 ＴＦ１１１文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１８．０１．０２１ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１８）０１－００９２－０３ Ｉｒｏｎ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ａｎｔｉｍｏｎｙ Ｗａｓｔｅ Ｓｌａｇ ｆｒｏｍ Ｂｌａｓｔ Ｆｕｒｎａｃｅ ｂｙ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈｉｎｇ ＣＨＥＮ Ｚｈｅｎ-ｅ１，２， ＳＨＵＡＩ Ｘｉａｎ-ｚｅ１ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｚｕｎｙｉ Ｎｏｒｍａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｚｕｎｙｉ ５６３００２， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｑｉａｎｂｅｉ Ｆｅａｔｕｒｅｄ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ， Ｚｕｎｙｉ ５６３００２， Ｇｕｉｚｈｏｕ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｒｏｎ ｗａｓ ｒｅｃｏｖｅｒｅｄ ｆｒｏｍ ａｎｔｉｍｏｎｙ ｗａｓｔｅ ｓｌａｇ ｆｒｏｍ ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｂｙ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ａ ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｉｍｅ， ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ ｄｏｓａｇｅ， ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｉｒｏｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈａｔ， ｔｈｅ ｉｒｏｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ３ ｇ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ ｗａｓ ｌｅａｃｈｅｄ ａｔ ８０ ℃ ｆｏｒ ２ ｈ ｗｉｔｈ ａ ｍｉｘｔｕｒｅ ｏｆ １０ ｍＬ １∶１ ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ ａｎｄ ６ ｍＬ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ ａｃｉｄ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ａｎ ｏｐｔｉｍａｌ ｉｒｏｎ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅ ａｔ ８７．８９％， ａｎｄ ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ-ａｓｓｉｓｔｅｄ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｔｉｍｅ ｔｏ ０．５ ｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｓｂ； ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｓｌａｇ； ｗａｓｔｅ ｓｌａｇ； ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ； Ｆｅ 锑鼓风炉渣是指鼓风炉挥发熔炼锑矿石后产生的炉 渣，目前，对锑鼓风炉渣的处理方法主要有放置囤积、填 埋和制作建材等［１］。 以往对炉渣中有价金属的回收主要 针对 Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｉｎ 等贵金属［１－３］。 炉渣中铁品位可达 ２０％～３０％，如果不加以回收利用，不仅浪费资源，而且还 会污染环境。 目前从硫铁矿烧渣、金冶炼渣等渣中提取 铁的研究已有相关报道［４－１０］，但对锑鼓风炉渣中铁元素 的浸出研究鲜有报道。 本文应用混酸法提取锑鼓风炉渣 中铁，考察了主要影响因素对铁浸出率的影响，确定了最 佳浸出条件，并在此基础上研究了超声辅助浸出的效果。 １ 实 验 １．１ 实验原料与试剂、仪器 实验所用原料为湖南某冶炼厂产出的鼓风炉渣， 炉渣成分见表１。炉渣中主要成分为二氧化硅、氧化 亚铁、硅酸铁，少量为含铁的硫化物、金属锑、煤渣及焦 碳等杂物，有价金属元素为铁、金、锑等。 硅酸铁、氧化 亚铁、含铁硫化物、金属锑均呈不规则粒状分布，多数 已达单体解离，少数与二氧化硅连生。 其中硅酸铁、氧 化亚铁粒度均分布在０．０５３～０．０３７ ｍｍ 之间，含铁硫化 物、金属锑粒度均小于 ０．０５３ ｍｍ。 炉渣中金呈银金矿 形式存在，银金矿的形态以尖角粒状、板片状为主，次 之为角粒状、长角粒状，少量为浑圆粒状，镜下呈淡亮 黄色，反射率高，硬度低，表面较清洁，银金矿的粒度粗 细不均，粒级相对含量见表 ２。 表 １ 炉渣成分（质量分数） ／ ％ ＣｕＰｂＦｅＡｓＳｂＢｉＳｉＯ２ＳＡｕ１）ＣａＯＣ ０．０３００．１０２７．１３ ０．０４５２．２００．０４０ ３３．７５０．７８３．８０１２．７２ １．１０ １） 单位为 ｇ／ ｔ。 ①收稿日期 ２０１７－０７－１８ 基金项目 贵州省科技合作计划项目（黔科合 ＬＨ 字［２０１５］７０４８ 号）；遵义市创新人才团队培养项目（遵市科合（２０１６）３ 号） 作者简介 陈珍娥（１９７５－），女，湖南双峰人，高级工程师，主要从事湿法冶金及金属元素分析方法研究。 第 ３８ 卷第 １ 期 ２０１８ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３８ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０１８ 万方数据 表 ２ 银金矿粒级相对含量 粒级／ ｍｍ相对含量／ ％ ＋０．０７４ ２５．２０ －０．０７４＋０．０５３ １２．９０ －０．０５３＋０．０３７ ２１．４０ －０．０３７＋０．０１ ３０．００ －０．０１ １０．５０ 合计１００．００ 实验试剂硫酸（分析纯，９８％）、盐酸（分析纯， ３６．５％）、磷酸（分析纯，＞８５％）、重铬酸钾（分析纯）、 氯化亚锡溶液（５％）、二苯胺磺酸钠溶液（２ ｇ／ Ｌ）、氯 化高汞溶液（５０ ｇ／ Ｌ）、磷硫混酸。 实验用水为蒸馏水。 实验仪器ＣＳ１０１－ＡＢ 型电热鼓风干燥箱、ＦＡ２００４Ｂ 型电子天平（上海越平科学仪器）、ＫＱ－１００ＴＤＥ 型高频 数控超声波清洗器、ＳＺＣＬ－３Ｂ 数据智能控温磁力搅 拌器。 １．２ 实验方法 称取一定量的原料置于 １００ ｍＬ 圆底烧瓶中，加入 指定量、指定浓度的盐酸和硫酸，在数显智能控温磁力 搅拌器下进行恒温回流，一定时间后将反应物用布氏 漏斗抽滤、洗涤，滤液定容至 ２５０ ｍＬ。 吸取一定体积 的滤液，在盐酸介质中用氯化亚锡还原 Ｆｅ ３＋ ，以氯化高 汞氧化过量的亚锡，在硫磷混合酸介质中，以二苯胺磺 酸钠溶液作指示剂，用重铬酸钾滴定法测定铁含 量［１１］，计算铁浸出率。 ２ 实验结果及讨论 ２．１ 锑鼓风炉渣浸铁工艺 ２．１．１ 浸出时间对浸出率的影响 称取 ３ ｇ 锑冶炼废渣，１∶１硫酸用量 １０ ｍＬ、浓盐酸 用量 ２ ｍＬ，控制浸出温度 ７０ ℃，浸出时间对铁浸出率 的影响如图 １ 所示。 浸出时间／h ■ ■ ■ ■ 88 86 84 82 80 78 74 72 0.51.01.52.02.53.0 铁浸出率／ 图 １ 浸出时间对铁浸出率的影响 由图１ 看出，在１～２ ｈ 范围内，铁浸出率随浸出时 间增加快速上升，当浸出时间为 ２ ｈ 时，铁浸出率达到 最大值；当浸出时间大于 ２ ｈ 后，浸出率反而下降，因 为 Ｆｅ ３＋ 易水解，随着浸出时间延长，浸出液中部分 Ｆｅ ３＋ 发生水解反应，产生各种络合离子，这些络合离子大量 聚沉得到铁的聚合物，从而使铁浸出率降低。 因而２ ｈ 为最佳浸出时间，此时铁浸出率为 ８６．７５％。 ２．１．２ 反应温度对浸出率的影响 浸出时间 ２ ｈ，其他条件不变，反应温度对浸出率 的影响见图 ２。 反应温度／℃ ■ ■ ■ ■ 88 87 86 85 84 83 557065608075908595 铁浸出率／ 图 ２ 反应温度对铁浸出率的影响 从图 ２ 可知，在 ６０～８０ ℃范围内，铁浸出率随反 应温度升高几乎线性增加。 在 ８０ ℃时铁浸出率达到 最高，为 ８７．０％。 再升高反应温度，铁浸出率无明显变 化。 因此选择浸出温度为 ８０ ℃。 ２．１．３ 浓盐酸加入量对铁浸出率的影响 浸出温度 ８０ ℃，其他条件不变，浓盐酸加入量对 铁浸出率的影响见图 ３。 浓盐酸加入量／mL ■ ■ ■ ■ ■ 88 87 86 85 84 83 82 213456 铁浸出率／ 图 ３ 浓盐酸加入量对铁浸出率的影响 图 ３ 表明，铁浸出率与浓盐酸加入量密切相关，开 始时随浓盐酸量增加，铁浸出率有升有降，但当浓盐酸 用量大于 ３ ｍＬ 后随用量递增，在 ６ ｍＬ 时浸出率达到 最大。 实验表明，盐酸有助于 Ｆｅ ３＋ 的浸出，主要是由于 溶液中盐酸浓度增加，导致大量氢离子进入其内部引 发吸氢腐蚀，从而使铁浸出率提高。 由于炉渣在高温 煅烧条件下产生了结构致密的氧化膜，若只采用单酸 不利于反应的进行，导致浸出率较低。 另外在后续铁 ３９第 １ 期陈珍娥等 酸浸提取锑鼓风炉渣中铁的研究 万方数据 化合物的制备工艺中，需要用碱来中和溶液，且酸易腐 蚀工艺设备，盐酸有挥发性，这样会增加后续操作难度 并且破坏环境［１２］。 因此，无论是从环境方面还是经济 方面考虑，浓盐酸用量都只能适宜，本实验选择浓盐酸 用量为 ６ ｍＬ，此时铁浸出率为 ８７．８９％。 ２．１．４ 硫酸浓度对浸出率的影响 浓盐酸加入量６ ｍＬ，硫酸用量１０ ｍＬ，其他条件不 变，硫酸浓度对铁浸出率的影响见图 ４。 体积比 ■ ■ ■ ■ 90 85 80 75 70 65 60 铁浸出率／ 1 21 1 H2SO4H2O 1 31 4 图 ４ 硫酸浓度对铁浸出率的影响 从图 ４ 可知，随着硫酸浓度下降，铁浸出率呈先减 小后增加趋势。 在硫酸浓度为 １ ∶１时，铁浸出率最大， 达到 ８７．８９％。 因而确定硫酸最佳浓度为 １∶１。 ２．２ 最优条件下铁的浸出率 根据单因素实验结果，确定最优条件为废渣 ３ ｇ， １∶１硫酸 １０ ｍＬ、浓盐酸 ６ ｍＬ，反应温度 ８０ ℃，恒温回 流 ２ ｈ。 在最优条件下双酸法浸出锑鼓风炉渣中铁浸 出率为 ８７．８７％。 ２．３ 超声波辅助条件下反应时间与浸出率关系 废渣 ３ ｇ，１∶１硫酸 １０ ｍＬ、浓盐酸 ６ ｍＬ，８０ ℃下加 超声波辅助浸出，铁浸出率达到 ８７．８９％所需时间为 ０．５ ｈ。 由此说明，加超声波辅助后，达到相同浸出率 的反应时间明显减少。 ２．４ 炉渣中金、锑的流向及其回收方法 对浸出液、浸出渣进行分析，发现金属锑随铁一起 进入浸出液中，而金留于渣中得到富集。 浸出液中的 锑可以通过水解的方法回收，由于水解过程中 Ｆｅ ３＋ 也 易水解，因此采取加入过量锑粉或铁粉还原后，对滤液 控制一定的酸度进行水解沉淀收锑，过滤后的滤液再进 一步沉淀铁，获得铁精矿。 浸出渣中金品位由 ３．８０ ｇ／ ｔ 升高到 ６．８０ ｇ／ ｔ，可以用氰化浸出使金得到有效回收。 ３ 结 论 采用硫酸和盐酸双酸法浸出锑冶炼鼓风炉渣，当 废渣量 ３ ｇ，１∶１硫酸 １０ ｍＬ、浓盐酸 ６ ｍＬ，在 ８０ ℃下回 流反应２ ｈ 条件下，铁浸出率可达到８７．８９％；在超声波 辅助下能缩短反应时间，达到相同浸出率只需 ０．５ ｈ。 对酸浸液还原后控制一定的酸度可以回收其中的锑， 回收锑后的溶液，可通过控制溶液 ｐＨ 值来沉淀铁，获 得铁精矿。 酸浸除铁、锑后，金在浸出渣中得到富集， 通过渣氰化浸出可使金得到有效回收。 使用双酸法浸 出工艺，不仅操作简单，还能使鼓风炉渣中铁、金、锑等 有价金属元素得到有效回收，实现了资源的综合回收 利用，减少了固体废弃物的囤积，从而提高了资源利 用率。 参考文献 ［１］ 陈才丽，许友泽． 冶炼废渣资源化、无害化工艺研究［Ｊ］． 化学工 程与装备， ２０１１（７）２０９－２１０． ［２］ 吕利光，汤争争，张义民，等． 一种锑冶炼废渣综合利用的方法中 国，ＣＮ１０４２３２９０９Ａ［Ｐ］． ２０１４－１２－２４． ［３］ 曹晓恩，徐洪军，洪陆阔，等． 铁矾渣直接还原-浮选回收银工艺研 究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１７，３７（２）７１－７３． ［４］ 金 程，李登新． 硫酸烧渣还原浸取铁［Ｊ］． 有色金属（冶炼部 分）， ２０１２（１）９－１２． ［５］ 师兆忠，石海洋． 硝酸浸取硫铁矿烧渣制取铁精矿的工艺条件优 化［Ｊ］． 化工矿物与加工， ２０１４（３）１５－１８． ［６］ 孙红艳，孔 馨，森 维，等． 用硫酸从铅冶炼水淬渣中浸出铁的 实验研究［Ｊ］． 湿法冶金， ２０１５，３４（３）２２２－２２４． ［７］ 王 威，张 博，曹耀华，等． 从金冶炼渣中综合回收铁、金、银 ［Ｊ］． 湿法冶金， ２０１５，３４（４）３２１－３２３． ［８］ 詹保峰，黄自力，杨 孽，等． 焙烧-浸出-磁选回收铜渣中的铁 ［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１５，３５（２）１０３－１０６． ［９］ 黄蒙蒙，李宏煦，刘召波，等． 低铁拜耳法赤泥中回收铁的实验研 究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１７，３７（１）９２－９５． ［１０］ 许 冬，春铁军，陈锦安． 铜渣高温快速还原焙烧-磁选回收铁的 研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１７，３７（１）８９－９１． ［１１］ 马秀卿，赵蕴清． 不用汞盐快速测定硫铁矿灰中的全铁［Ｊ］． 硫 酸工业， １９８３（４）３４－３８． ［１２］ 刘 培，江 建，刘宗宽，等． 双酸法提取硫铁矿烧渣中铁［Ｊ］． 化工学报， ２０１３，６４（７）２６１９－２６２４． 引用本文 陈珍娥，帅显泽． 酸浸提取锑鼓风炉渣中铁的研究［Ｊ］． 矿冶 工程， ２０１８，３８（１）９２－９４． ４９矿 冶 工 程第 ３８ 卷 万方数据