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湿法冶金除铁的几种主要方法

编辑:管理员    发布时间:2016/5/13 14:27:40

锰矿及有色金属矿通常与铁的化合物伴生,浸出过程中有价金属进入溶液时,铁也不同程序地进入溶液。为了获得高质量的金属电积产品以及高的电流效率,必须首先将溶液中的铁除尽。目前水溶液中常用的几种主要除铁方法如下:

1中和水解法

1. 1中和水解除铁的化学反应与热力学分析

对于电极反应:

 

根据上述(I ) (II) ( III)反应的ψ01ψ02ψ03pH02(Ia)(IIa) ( IIIa)(IV)反应的ψ0和pH0值,大家就可以作出一个完整的Fe-H2Oψ-pH图(注意:这里均假定:H+外,其他物质活度都等于1),见图1

 

  

 

    ψ-pH图中一般都绘有标志着水稳定性的(a)(O2)线和(b)(H2)线。

    从图1看出,图中(I ) (II) ( III)线将整个Me-H2O系划分为Men+, Me (OH)2和Me 3个区域。而这3个区域也就构成了湿法冶金的浸出、净化和电积过程所需要的稳定区域。

    除铁采用的中和水解法,就是调节溶液中的pH,使主体金属离子不水解,而Fe离子因为pH超过了(II)线而呈Fe (OH)n沉淀析出。

由图1可知,Fe3+水解pH0值为1. 617,远远低于Fe2+水解pH2值6. 64,故一般均将Fe2+氧化为Fe3+再进行水解除Fe。在湿法冶金中广泛使用的氧化剂是MnO2与空气。

1. 2中和水解净化除铁的应用

例如在锰的湿法冶金中,浸出液含有铁与重金属杂质,Fee+的氧化在浸出槽中进行,加入MnO2矿粉,使Fe2+氧化为Fe3+,氧化时间0. 51h,氧化后液[Fe2+] < 1 mg/ L,在原槽中加入中和剂氨水使矿浆pH6. 57. 0,此时Fe3+全部水解沉淀,达到除铁目的。同时重金属离子大部分也水解沉淀,杂质Si0:大部分随同FeCOH):沉淀进入到浸出渣中。Mn2+也有少量水解沉淀,这就要求必须很好地控制水解除铁pH值,减少Mn的损失。该法主要优点是操作简单,因此,应用广泛。

2黄钾铁矾法

2. 1黄钾铁矾除铁的化学反应与热力学分析

    KFe3 (SO4 )2 (OH )6+8 H+=K++3 Fe3++2 HSO4-+6 H2O

    反应的标准pHo:25℃时为一1. 738,当100℃时为一2. 052。即温度升高,有利于铁的沉出。

    理论上黄钾铁矾中的K+可以用Na+,NH4+、Pb2+ ,Ag+等代用,但实际工业上认为最经济的是Na+NH4+

    黄钾铁矾除铁的ψ-pH图见图2

    从图2可知,黄钾铁矾是一种很稳定的复杂的难溶电解质,它的稳定区最大,Fe2O3, ZnO ·Fe2O,FeAs04, In2O3, In (OH)3等物质都包括在它的稳定区之内,也就是说,在K+HSO4一存在的条件下,可以进行下列固态铁化物之间的相变反应,生成稳定的黄钾铁矾。

2. 2黄钾铁矾法除铁的应用

    黄钾铁矾法只能除去Fe3+而不能除去Fe2+,故首先要加入氧化剂使Fe2+氧化为Fe3+。其主要应用于湿法炼Zn中的铁锌分离,同时也可以在Cu,Mn,Ni,Co湿法冶金除Fe中应用。

    铁矾法的除铁条件是:9095℃, pH值为1-2. 0,添加晶种,4 --5 h

铁矾法的优点是:无需还原可直接沉铁,带走了SO42-,有利于湿法冶金系统的酸平衡。

3针铁矿法

3. 1针铁矿法除铁的化学反应与热力学分析

    FeOOH+3 H+=Fe3++2 H2O

    反应的平衡pH0:25℃时为一0. 315 4,当80℃时为-0. 870 4.

    针铁矿沉铁的原理见图3

    从图3看出,当100℃时,与Fe2 (SO4)3浓度相适应所形成的铁化合物是:

    在非常稀的溶液中析出α- FeOOH(针铁矿),在浓溶液中析出Fe2(SO4 )3·5 Fe2O3·15 H2O(碱式硫酸铁),在很浓液中析出4 Fe2 (SO4 )3·5Fe2O3 ·27H2O(草黄铁矾)相当于6[(H30 ) Fe3 (SO4)2(OH)6]

 

即从高浓度Fe3+溶液中直接析出的铁化物是胶体的草黄铁矾,而从很低浓度Fe3+溶液中却能沉淀析出结晶状的针铁矿α-FeOOH

3. 2针铁矿法除铁的应用

    针铁矿法除铁的条件为:

    Fe3+<1 g/ L, 90~95℃, pH:33. 5

    添加晶种,3 ~4 h

    E. Z.法与V. M.法都是针铁矿法,其沉铁原理是一样的,都是形成FeOOH,都要求[Fe3+p]<1 g/ L,但采用的方法不一样。E. Z.法采用稀释法,使高含量的Fe3+溶液加入到不含Fe3+的溶液中,使}[Fe3+]稀释达到小于1 g/ L而生成FeOOH沉淀。V. M.法把Fe3+还原为Fe2+,然后再使Fe2+氧化为Fe3+的同时生成FeOOH沉淀。因此,E. Z.法比V. M.法省去了Fe3+的还原工序,工艺流程简单,操作较容易,但稀散金属进入铁渣,不利于稀散金属的综合回收。

    针铁矿法的优点是:

    不需消耗碱试剂,FeOOH为晶体,易于澄清过滤,Fe,As,Sb,F除去效果好。

    针铁矿法也是主要应用于湿法炼锌的铁锌分离,同时也可应于Cu,Mn,Ni,Co湿法冶金中的除铁。


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