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        鐵礬渣轉(zhuǎn)化法制取氧化鐵紅

        2019-08-30 07:20:18汪九初陳六新唐衛(wèi)國(guó)陳海大
        安徽化工 2019年4期
        關(guān)鍵詞:氯化銨液固比氯化

        汪九初,陳六新,唐衛(wèi)國(guó),陳海大

        (安徽銅冠有色金屬(池州)有限責(zé)任公司,安徽池州247100)

        我國(guó)濕法煉鋅冶煉采用熱酸浸出低污染沉礬除鐵工藝的產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)40 萬(wàn)噸,每年產(chǎn)出鐵礬渣量45 萬(wàn)噸以上。鐵礬渣為大量堆存的危險(xiǎn)固廢。目前國(guó)內(nèi)處理鐵礬渣主要采用奧斯麥特爐、側(cè)吹爐等工藝,火法處理鐵礬渣成本高,且資源化程度不高。

        本文主要以鐵礬渣為原料,進(jìn)行濕法和火法聯(lián)合工藝,將鐵礬渣處理后,鐵轉(zhuǎn)化為氧化鐵紅,鈉轉(zhuǎn)化為硫酸鈉,同時(shí)富積鐵礬渣中的銦和銀,以期為鐵礬渣資源化處理提供解決方案。

        1 實(shí)驗(yàn)原料

        選用某公司產(chǎn)出的鐵礬渣,該公司的沉礬除鐵過(guò)程只加入鈉鹽未加入銨鹽作為沉礬劑,因此鐵礬渣主要成分為鈉礬,主要成分見(jiàn)表1。

        表1 鐵礬渣主要成分

        鐵礬渣掃描電鏡發(fā)現(xiàn)鐵礬渣結(jié)晶較好且純度相對(duì)較高,粒徑在2 μm 左右,結(jié)晶物為鈉礬,見(jiàn)圖1。

        圖1 鐵礬渣SEM 圖

        2 實(shí)驗(yàn)方法

        鐵礬渣綜合利用見(jiàn)圖2,主要操作工序有鐵礬渣堿性分解、堿性分解液冷卻結(jié)晶、堿性分解液脫砷、堿性分解渣氯化浸出、氯化浸出渣、煅燒、球磨、氯化浸出液置換銀和銦。本文僅對(duì)鐵礬渣堿性分解、堿性分解渣氯化浸出、氯化浸出渣煅燒、氧化鐵紅產(chǎn)品質(zhì)量驗(yàn)證作論述。

        圖2 鐵礬渣資源化利用流程

        2.1 氫氧化鈉分解鐵礬渣實(shí)驗(yàn)

        液固比為3∶1,按鐵礬渣轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵所用氫氧化鈉理論量的1.1 倍,選擇反應(yīng)時(shí)間,結(jié)果見(jiàn)圖3,最佳反應(yīng)時(shí)間為1.5 h。

        控制反應(yīng)時(shí)間為1.5 h,考查氫氧化鈉濃度對(duì)結(jié)果的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4,堿濃12%,滿足鐵礬渣分解和砷的浸出要求。

        表2 鐵礬渣浸出數(shù)據(jù)

        根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)選擇:溫度60℃,時(shí)間1.5 h,氫氧化鈉濃度12%,液固比3∶1。該條件下得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2,鐵礬渣分解后的渣含硫小于0.15%,含砷小于0.02%。

        圖3 鐵礬渣脫硫脫砷隨時(shí)間變化曲線

        圖4 堿濃對(duì)鐵礬渣脫硫脫砷的影響

        2.2 氯化銨浸出實(shí)驗(yàn)

        本步驟主要考查脫除鐵礬渣經(jīng)過(guò)氫氧化鈉轉(zhuǎn)化后鐵渣中的Ag 和In。據(jù)資料可氯化浸出,本實(shí)驗(yàn)考慮采用氯化銨浸出,主要理由有:首先是氯和銨根離子均具有與銦和銀的絡(luò)合能力;其次是氯化銨在下一步驟煅燒時(shí)不會(huì)有殘留,最后氯離子在煅燒時(shí)具有氯化揮發(fā)能力。

        氯化銨浸出pH 值的選擇:pH 值越低,越有利于銀和銦的浸出,但pH 太低會(huì)導(dǎo)致氫氧化鐵溶解,因此本實(shí)驗(yàn)將pH 控制為2.0。

        氯化銨濃度及反應(yīng)時(shí)間的選擇:溫度60℃,液固比3∶1,試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。氯化銨濃度越大,攪拌時(shí)間越長(zhǎng),浸出效果越好。考慮氯化銨溶解度問(wèn)題,為保證氯化銨在溫度變化不致于結(jié)晶析出,確定氯化銨浸出條件:氯化銨濃度6 N,液固比3∶1,pH 2,攪拌浸出時(shí)間1.5 h。按此實(shí)驗(yàn)條件做三組實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)所得浸出渣成分?jǐn)?shù)據(jù)如表4。

        表3 氯化銨浸出液數(shù)據(jù)

        氯化銨浸出渣掃描電鏡SEM 見(jiàn)圖5,X 射線能譜(EDS)檢測(cè)見(jiàn)圖6。圖5 表明氯化銨浸出渣與原礬渣結(jié)晶相比,在原有的晶粒上出現(xiàn)許多孔洞,特別疏松,這與氯化銨浸出后抽濾渣含水特別高(50%左右)有關(guān),粒徑仍約為2 μm;氯化銨浸出渣EDS 圖發(fā)現(xiàn),浸出渣中鐵氧比并非是簡(jiǎn)單的氫氧化鐵;氯化銨浸出渣X 衍射檢測(cè)發(fā)現(xiàn)為非晶體結(jié)構(gòu)。由試驗(yàn)可知,銀和銦的浸出率均在30%左右。

        圖5 氯化銨浸出渣SEM 圖

        表4 氯化銨浸出渣成分

        圖6 氯化銨浸出渣EDS 圖

        2.3 氫氧化鐵煅燒實(shí)驗(yàn)

        氯化銨浸出后的渣經(jīng)過(guò)洗滌分別在550℃、650℃、750℃、850℃、950℃煅燒1.5 h,550℃煅燒物表面發(fā)黑,粉碎后略顯棕紅,650℃比550℃略紅,705℃煅燒整體顯棕紅色,850℃煅燒顏色和750℃相似,但結(jié)塊嚴(yán)重;950℃煅燒物棕紅色加深,結(jié)塊比850℃更嚴(yán)重。進(jìn)行煅燒實(shí)驗(yàn),氯化浸出渣在不同溫度下煅燒后含鐵量如表5,煅燒鐵紅分析數(shù)據(jù)如表6。

        表5 不同煅燒溫度下渣含鐵量

        表6 煅燒后化學(xué)成分

        煅燒鐵紅數(shù)據(jù)和現(xiàn)象說(shuō)明,煅燒溫度750℃~850℃即可,煅燒后的產(chǎn)物銀和銦均有較大幅度降低,主要原因是銦在煅燒時(shí)有較大的揮發(fā)。

        圖7 750℃煅燒氧化鐵紅SEM 圖

        2.4 氧化鐵紅產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)

        將經(jīng)過(guò)煅燒的氧化鐵紅按照GB 5085.1-2007 標(biāo)準(zhǔn)做浸毒實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)見(jiàn)表7,表7 表明氧化鐵紅沒(méi)有危險(xiǎn)固廢特征。

        經(jīng)比照氧化鐵顏料標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1863-2008,鉛按標(biāo)準(zhǔn)作定性試驗(yàn)符合要求,本試驗(yàn)制出的氧化鐵紅符合紅色

        煅燒渣掃描電鏡如圖7 和圖8,煅燒后產(chǎn)物粒徑約400 nm,結(jié)晶為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu),煅燒產(chǎn)物X 衍射呈三氧化二鐵結(jié)構(gòu)。B 類(lèi)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。

        圖8 850℃煅燒氧化鐵紅SEM 圖

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

        (1)氫氧化鈉濃度12%,液固比3∶1,溫度60℃,反應(yīng)時(shí)間為1.5 h,能夠?qū)㈣F礬渣分解為鐵的其他化合物,并將砷脫除。

        (2)鐵礬渣經(jīng)過(guò)氫氧化鈉分解后的產(chǎn)物,經(jīng)過(guò)6 N氯化銨浸出,銀和銦均有30%左右的浸出率,本步驟既有氯化浸出、洗滌作用,同時(shí)為煅燒提供Cl-,促進(jìn)銦的氯化揮發(fā)。

        表7 煅燒渣浸出毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

        (3)雖然本次試驗(yàn)選的鐵礬渣相對(duì)較純,但鐵礬渣在氫氧化鈉中分解產(chǎn)物,鐵的物相較為復(fù)雜,經(jīng)X 衍射(XRD)和X 射線能譜(EDS)檢測(cè)發(fā)現(xiàn),鐵簡(jiǎn)單生成氫氧化鐵。

        (4)氯化浸出渣在750℃和850℃煅燒后,銦的揮發(fā)量較大,達(dá)到30%;銀也有部分揮發(fā)。

        (5)本次試驗(yàn)的鐵礬渣完全可以制備氧化鐵紅,但氯化浸出渣在抽濾時(shí)發(fā)現(xiàn),濾渣含水太高,達(dá)50%,浸出渣的微觀結(jié)構(gòu)需要破壞或采用其他辦法以降低濾渣含水,否則干燥成本較高。

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