針鐵礦法除鐵及其在濕法冶金中的應(yīng)用

摘要:從酸性溶液中除鐵是濕法冶金工藝中普遍存在的問題，針鐵礦法除鐵是一種有效且獲得工業(yè)應(yīng)用的除鐵方法。簡述了針鐵礦法除鐵原理，介紹了其在鋅、銅、鎳、錳濕法冶煉領(lǐng)域中的應(yīng)用狀況，指出該技術(shù)存在的問題及需要改進(jìn)的方向。（CWL-N離心萃取機(jī)針鐵礦法除鐵及其在濕法冶金中的應(yīng)用）

????作為地殼中最為豐富的元素之一，鐵是包括銅、鎳、鋅等有色金屬礦石在內(nèi)的多種礦物的主要組成元素之一，其常作為雜質(zhì)存在，所以在有色金屬冶煉領(lǐng)域除鐵是一個(gè)普遍問題，尤其是在濕法冶金過程中，如何有效且經(jīng)濟(jì)地控制、分離和利用鐵，是一個(gè)常見而又棘手的難題。

沉淀法是重要的濕法除鐵方法之一，而針鐵礦法是其中一種有效的除鐵方法。該法由比利時(shí)老山公司最先研發(fā)成功，1970年即開始工業(yè)化應(yīng)用。針鐵礦法的優(yōu)點(diǎn)是在常壓和較低溫度下應(yīng)用，工藝設(shè)備簡單，除鐵成本較低;鐵沉降物呈結(jié)晶態(tài)，過濾性能良好;沉淀渣較少且渣中含鐵高，經(jīng)適當(dāng)處理可作為煉鐵原料。多年來，針鐵礦法除鐵己得到廣泛研究及應(yīng)用。本文概述了其在濕法冶金過程中的研究和應(yīng)用狀況。（CWL-N離心萃取機(jī)針鐵礦法除鐵及其在濕法冶金中的應(yīng)用）

1針鐵礦的形成和除鐵原理

????針鐵礦是含水氧化鐵的主要礦物之一，一般稱為。型一水氧化鐵，其組成為。針鐵礦法除鐵是使溶液中的Fe3+形成與天然針鐵礦在結(jié)晶和化學(xué)成分上相同的化合物沉淀，反應(yīng)式為

????????Fe3++2 H2O=FeOOH+3H+

????在酸度不高、溫度不高于140℃條件下，根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，F(xiàn)e3+的水解產(chǎn)物應(yīng)是針鐵礦而不是膠狀氫氧化鐵，但當(dāng)溶液中pH較大、同時(shí)Fe3+濃度較高時(shí)，水解產(chǎn)物大多是或都是不易過濾的膠狀氫氧化鐵川。因此，為了避免在針鐵礦法除鐵過程中產(chǎn)生膠體Fe(OH)3，必須嚴(yán)格控制溶液的pH和Fe3+濃度。

????實(shí)際上，針鐵礦法除鐵主要是兩條途徑，即部分水解法和還原氧化法。

????部分水解法是將含F(xiàn)e3+的溶液緩慢而均勻地加入到具備水解條件的溶液中，加入速度要不大于Fe3+的水解速度，使鐵以針鐵礦形成沉淀。

????還原氧化法則是先將Fe+還原成Fe2+，然后在水解條件下再將Fe2+緩慢氧化為Fe+，為了控制溶液中Fe+的濃度，氧化速度不能大于其水解速度。實(shí)際反應(yīng)為

????2 Fe2++1/2O2+3H2O=2FeOOH+4H+。

由于針鐵礦沉淀形成的同時(shí)伴隨著酸度的提高，因而無論是部分水解法還是還原氧化法，都必須加入堿性物質(zhì)中和，以控制pH的變化。

2針鐵礦法除鐵在濕法冶金中的應(yīng)用

2. 1在濕法煉鋅中的應(yīng)用

????在濕法煉鋅工藝中，鋅的浸出常采用二段浸出法，即一段中性浸出和一段酸性浸出。鋅焙砂中約有10%的鋅呈鐵酸鋅(ZnFe2O4)形式存在，中性浸出很難將其溶解，所以中性浸出渣需用熱酸再次浸出，將鐵酸鋅溶解。鋅浸出的同時(shí)，大量鐵也進(jìn)入到浸出液中。（CWL-N離心萃取機(jī)針鐵礦法除鐵及其在濕法冶金中的應(yīng)用）

????某公司于20世紀(jì)60年代末研發(fā)出熱酸浸出液中針鐵礦法除鐵工藝，隨后用于工業(yè)生產(chǎn)。該法(簡稱V. M法)先用過量15%一20%的閃鋅礦(ZnS)將浸出液中的Fe3+還原為Fe2+，再用空氣將Fe2+緩慢氧化為Fe3+，使鐵以針鐵礦沉淀形式除去。為保證針鐵礦的形成反應(yīng)順利進(jìn)行，溶液控制條件為Fe3+質(zhì)量濃度不大于1 g/I.，溫度80~90 ℃?, pH 2~3，用鋅焙砂作中和劑調(diào)節(jié)溶液pH.

????為了避免V. M法中的還原、氧化兩步簡化除鐵工藝，某公司提出了部分水解法(即E. Z法)除鐵。該法是將含大量Fe3+的溶液連續(xù)注入到一個(gè)大的反應(yīng)器中，通過稀釋使其中Fe3+質(zhì)量濃度低于1 g/I.，在pH1. 7~3. 5、溫度50~95℃條件下，使生成針鐵礦，余酸用焙砂中和。

????王某研發(fā)的噴淋沉淀除鐵工藝己成功應(yīng)用于濕法煉鋅生產(chǎn)中。該工藝將含較高濃度三價(jià)鐵的溶液，通過管型環(huán)狀的布液裝置向預(yù)先加有低濃度鐵的沉鐵槽液面噴灑，沉鐵槽內(nèi)設(shè)有機(jī)械攪拌裝置，控制噴入的三價(jià)鐵的量與生成FeOOH結(jié)晶沉淀物所需三價(jià)鐵的量相平衡，使沉鐵槽內(nèi)三價(jià)鐵質(zhì)量濃度始終穩(wěn)定在低于1 g/I、的水平。沉鐵槽內(nèi)的溶液通過虹吸由溢流口排出，構(gòu)成開路循環(huán)。調(diào)節(jié)焙砂的加入量，控制槽內(nèi)溶液pH在3. 0~4. 0范圍內(nèi)，溫度由間接加熱的蒸氣盤管控制在85 ~90℃之間，平均除鐵率可達(dá)94. 84 %

針鐵礦的形成一般要求體系中的Fe3十質(zhì)量濃度低于1 g/I.，為了在較大Fe3+質(zhì)量濃度范圍內(nèi)仍然可利用針鐵礦法除鐵，鄧某采用微分反應(yīng)裝置進(jìn)行針鐵礦法除鐵研究，結(jié)果表明，采用微分反應(yīng)器可使體系中Fe3+質(zhì)量濃度范圍擴(kuò)大。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，針鐵礦晶種對除鐵效果有較大影響:在pH = 2. 5、體系中有大量晶種存在條件下，除鐵率可達(dá)99. 74%，而無晶種時(shí)，除鐵率僅為90%（CWL-N離心萃取機(jī)針鐵礦法除鐵及其在濕法冶金中的應(yīng)用）

2. 2在濕法煉銅中的應(yīng)用

????浸出一萃取一電積工藝是目前濕法煉銅的主要工藝。通常浸出液中銅質(zhì)量濃度較低((1~6 g/L)，鐵是其中的主要雜質(zhì)。銅溶液中的銅鐵分離及銅的富集可用溶劑萃取法實(shí)現(xiàn)。萃取銅時(shí)，鐵的存在對萃取劑的選擇性和銅的萃取速率有較大影響川。鐵在電解液中積累也會(huì)降低銅電積時(shí)的電流效率。

????采用氯化銅浸出黃銅礦，得到含一價(jià)銅和二價(jià)鐵的浸出液。然后將浸出液分成兩部分，一部分進(jìn)行萃取一電積得到陰極銅;另一部分用空氣氧化，在pH 1~3、溫度大于90℃條件下將一價(jià)銅和二價(jià)鐵分別氧化為二價(jià)銅和三價(jià)鐵，三價(jià)鐵以針鐵礦沉淀形式除去，溶液返回作為浸出劑?；瘜W(xué)反應(yīng)為:

??????CuFeS2+3CuCl2=4CuCl+ FeCl2+2 S0

??????2 Fe2++4Cu++3/2O2+H2O=2FeOOH+4Cu2+。

????吳某等采用??次逆流浸出方式處理氧化銅礦，通過分析空氣氧化低價(jià)鐵的反應(yīng)機(jī)制、動(dòng)力學(xué)及針鐵礦形成機(jī)制，將浸出液pH控制在3. 5~4. 0范圍內(nèi)，經(jīng)過空氣氧化形成針鐵礦，浸出液中鐵質(zhì)量濃度從12. 57 g/I、降低到0. 45 g/L。

錢某等對Fe3+質(zhì)量濃度為21. 76 g/I、的銅鎳合金的氯化浸出液進(jìn)行針鐵礦法除鐵研究，用SO2還原Fe3+，還原程度通過控制溶液電位加以控制，用空氣作氧化劑氧化Fe2+。研究表明:溶液pH越高，F(xiàn)e2+的氧化反應(yīng)速度越快，pH＜1.9時(shí)，F(xiàn)e2+的空氣氧化很慢;而當(dāng)溶液溫度為80~90℃時(shí)，用Na2CO3將pH調(diào)高到3. 5 ~4. 0時(shí)，F(xiàn)e2+很容易被氧化并形成聲FeOOH而沉淀;若在Na2?CO3溶液中加入適量氯酸鈉，則Fe2+的氧化速率提高。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工廠擴(kuò)大試驗(yàn)均表明，該法除鐵效果較好，除鐵后液中Fe質(zhì)量濃度在0.?02 g/L、以下，除鐵率達(dá)99. 9%，鐵渣中銅損失率為0.23%（CWL-N離心萃取機(jī)針鐵礦法除鐵及其在濕法冶金中的應(yīng)用）

2. 3在濕法煉鉆鎳中的應(yīng)用

????在鎳鉆濕法生產(chǎn)過程中，必須包括去除雜質(zhì)工序。

????Chang等研究了采用針鐵礦沉淀法從鎳紅土礦酸性浸出液中除鐵。由于鎳紅土礦在浸出前進(jìn)行了還原預(yù)處理，浸出液中的鐵以亞鐵離子形式存在，除鐵時(shí)，以二價(jià)銅離子為催化劑，空氣為氧化劑，先將Fe2+氧化成Fe3+然后在95℃?,pH＜6條件下，F(xiàn)e3+以針鐵礦形式沉淀去除，浸出液中鐵質(zhì)量濃度從14. 0 g/L、降至1. 0 g/L以下。溶液pH用碳酸鎂控制。研究還指出，pH對二價(jià)鐵氧化速率和鎳在鐵渣中的損失有顯著影響，提高pH可提高二價(jià)鐵的氧化速率，但會(huì)導(dǎo)致鎳有更多損失。

????鎳電解時(shí)，陽極液需凈化除鐵后才能作為陰極新液返回電解工序。何某等對鎳電解陽極液中的鐵采用針鐵礦法去除鐵，結(jié)果表明:以氯酸鈉為氧化劑，pH越高，除鐵效果越好;升高溫度，有利于針鐵礦的生成。最優(yōu)除鐵條件為:溫度9 5℃，終點(diǎn)pH為3. 5 ,氯酸鈉質(zhì)量濃度1 g/L，中和劑Na2CO