濕法冶金技術在針鐵礦中除鐵的應用

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應用的除鐵方法。簡述了針鐵礦法除鐵原理，介紹了其在鋅、銅、鎳、錳濕法冶煉領域中的應用狀況，指出該技術存在的問題及需要改進的方向。

關鍵詞:針鐵礦法;鐵;去除;濕法冶金;應用

????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的多種礦物的主要組成元素之一，其常作為雜質存在，所以在有色金屬冶煉領域除鐵是一個普遍問題，尤其是在濕法冶金過程中，如何有效且經濟地控制、分離和利用鐵，是一個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。該法由比利時老山公司最先研發成功，1970年即開始工業化應用。針鐵礦法的優點是在常壓和較低溫度下應用，工藝設備簡單，除鐵成本較低;鐵沉降物呈結晶態，過濾性能良好;沉淀渣較少且渣中含鐵高，經適當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用。本文概述了其在濕法冶金過程中的研究和應用狀況。

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晶和化學成分上相同的化合物沉淀，反應式為

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

????在酸度不高、溫度不高于140℃條件下，根據熱力學數據，Fe3+的水解產物應是針鐵礦而不是膠狀氫氧化鐵，但當溶液中pH較大、同時Fe3+濃度較高時，水解產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生膠體Fe(OH)3，必須嚴格控制溶液的pH和Fe3+濃度。

????實際上，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Fe3+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。實際反應為

????2 Fe2++1/2O2+3H2O=2FeOOH+4H+。

由于針鐵礦沉淀形成的同時伴隨著酸度的提高，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中和，以控制pH的變化。

2針鐵礦法除鐵在濕法冶金中的應用

2. 1在濕法煉鋅中的應用

????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，大量鐵也進入到浸出液中。

????某公司于20世紀60年代末研發出熱酸浸出液中針鐵礦法除鐵工藝，隨后用于工業生產。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順利進行，溶液控制條件為Fe3+質量濃度不大于1 g/I.，溫度80~90 ℃?, pH 2~3，用鋅焙砂作中和劑調節溶液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+的溶液連續注入到一個大的反應器中，通過稀釋使其中Fe3+質量濃度低于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。

????王某研發的噴淋沉淀除鐵工藝己成功應用于濕法煉鋅生產中。該工藝將含較高濃度三價鐵的溶液，通過管型環狀的布液裝置向預先加有低濃度鐵的沉鐵槽液面噴灑，沉鐵槽內設有機械攪拌裝置，控制噴入的三價鐵的量與生成FeOOH結晶沉淀物所需三價鐵的量相平衡，使沉鐵槽內三價鐵質量濃度始終穩定在低于1 g/I、的水平。沉鐵槽內的溶液通過虹吸由溢流口排出，構成開路循環。調節焙砂的加入量，控制槽內溶液pH在3. 0~4. 0范圍內，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94. 84 %

針鐵礦的形成一般要求體系中的Fe3十質量濃度低于1 g/I.，為了在較大Fe3+質量濃度范圍內仍然可利用針鐵礦法除鐵，鄧某采用微分反應裝置進行針鐵礦法除鐵研究，結果表明，采用微分反應器可使體系中Fe3+質量濃度范圍擴大。但同時發現，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99. 74%，而無晶種時，除鐵率僅為90%

2. 2在濕法煉銅中的應用

????浸出一萃取一電積工藝是目前濕法煉銅的主要工藝。通常浸出液中銅質量濃度較低((1~6 g/L)，鐵是其中的主要雜質。銅溶液中的銅鐵分離及銅的富集可用溶劑萃取法實現。萃取銅時，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降低銅電積時的電流效率。

????采用氯化銅浸???黃銅礦，得到含一價銅和二價鐵的浸出液。然后將浸出液分成兩部分，一部分進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℃條件下將一價銅和二價鐵分別氧化為二價銅和三價鐵，三價鐵以針鐵礦沉淀形式除去，溶液返回作為浸出劑。化學反應為:

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

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

????吳某等采用二次逆流浸出方式處理氧化銅礦，通過分析空氣氧化低價鐵的反應機制、動力學及針鐵礦形成機制，將浸出液pH控制在3. 5~4. 0范圍內，經過空氣氧化形成針鐵礦，浸出液中鐵質量濃度從12. 57 g/I、降低到0. 45 g/L。

錢某等對Fe3+質量濃度為21. 76 g/I、的銅鎳合金的氯化浸出液進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，Fe2+的氧化反應速度越快，pH＜1.9時，Fe2+的空氣氧化很慢;而當溶液溫度為80~90℃時，用Na2CO3將pH調高到3. 5 ~4. 0時，Fe2+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。實驗室試驗和工廠擴大試驗均表明，該法除鐵效果較好，除鐵后液中Fe質量濃度在0.?02 g/L、以下，除鐵率達99. 9%，鐵渣中銅損失率為0.23%

2. 3在濕法煉鉆鎳中的應用

????在鎳鉆濕法生產過程中，必須包括去除雜質工序。

????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行了還原預處理，浸出液中的鐵以亞鐵離子形式存在，除鐵時，以二價銅離子為催化劑，空氣為氧化劑，先將Fe2+氧化成Fe3+然后在95℃?,pH＜6條件下，Fe3+以針鐵礦形式沉淀去除，浸出液中鐵質量濃度從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可提高二價鐵的氧化速率，但會導致鎳有更多損失。

????鎳電解時，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。最優除鐵條件為:溫度9 5℃，終點pH為3. 5 ,氯酸鈉質量濃度1 g/L，中和劑Na2CO3:質量濃度250 g/L，反應時間1. 5 h，加入晶種。除鐵后溶液中鐵質量濃度小于1. 5mg/I.，符合生產O鎳的要求;同時，鐵渣的過濾性能良好，渣含鎳量低。

硫化鎳精礦氯氣浸出一凈化一電積是一種全濕法、短流