車 林
(中南鉆石有限公司,河南 方城 473264)
在濕法冶煉過程中,鋅精礦經(jīng)酸性浸出后,鐵是鋅浸出液中最主要的雜質(zhì)金屬。若浸出液中鐵含量較高,則會(huì)明顯增加后續(xù)工藝的電能消耗,使得電解效率降低,對(duì)電解沉積產(chǎn)生嚴(yán)重危害。因此,鋅浸出液中鐵含量過高是制約濕法煉鋅技術(shù)發(fā)展和裝備水平的因素之一。目前,濕法除鐵的主要方法有針鐵礦法、赤鐵礦法和黃鈉鐵礬法。其中,針鐵礦法是一種有效的除鐵方法,其優(yōu)點(diǎn)是在常壓和較低溫度下應(yīng)用,工藝設(shè)備簡(jiǎn)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。赤鐵礦法是基于高溫高壓低硫酸濃度的條件,浸出液中Fe發(fā)生水解,生成FeO形式的沉淀,從而達(dá)到除鐵的目的。此方法產(chǎn)生的渣量少,但設(shè)備造價(jià)高,操作技術(shù)要求較高。黃鈉鐵礬法則是在溶液中存在堿金屬離子的條件下,鋅浸出液在溫度90~95 ℃、酸度大于40 g/L的環(huán)境下反應(yīng)充足的時(shí)間,生成不易溶解的堿式鐵化合物結(jié)晶。本研究采用低溫凈化除鐵的方法,以國(guó)內(nèi)某冶煉廠的除鐵前液為研究對(duì)象,對(duì)低溫直接除鐵進(jìn)行了研究。
從試驗(yàn)原料來看,試驗(yàn)所用除鐵的鋅浸出液為國(guó)內(nèi)某冶煉廠提供的除鐵前液,經(jīng)分析,溶液的各元素含量如表1所示。其中,除鐵前液的pH為2.0。試劑主要有氧化鈣(CaO)、雙氧水(HO)、添加劑和氫氧化鈉(NaOH),均為分析純。
表1 除鐵前液的化學(xué)組分(全分析)
取適量除鐵前液(150 mL)倒入反應(yīng)燒杯中,開啟攪拌;用適量CaO預(yù)調(diào)節(jié)溶液pH,使其保持在4.0~4.5。待預(yù)調(diào)節(jié)溶液pH穩(wěn)定后,分批次均勻加入預(yù)先配制的雙氧水和添加劑溶液,其間滴加液堿維持溶液pH穩(wěn)定。同時(shí),控制反應(yīng)溫度,反應(yīng)時(shí)間為75 min。反應(yīng)停止后,除鐵后液靜置0.5 h后過濾。最后,分析溶液Fe含量。
試驗(yàn)條件如下:33%添加劑用量為15 mL;CaO預(yù)調(diào)溶液pH約為4.0;30% HO用量為15 mL;溫度為25 ℃;終點(diǎn)pH為2.35、2.46、4.25和5.13。終點(diǎn)pH對(duì)溶液Fe含量、Fe沉淀率的影響如圖1所示。由圖1可知,隨著終點(diǎn)pH的升高,溶液的Fe含量呈下降趨勢(shì),F(xiàn)e沉淀率則升高。提高終點(diǎn)pH可以降低溶液Fe含量,提高Fe沉淀率。當(dāng)終點(diǎn)pH小于2.46時(shí),沉鐵礦漿呈明顯膠體狀,過濾性能差。當(dāng)終點(diǎn)pH大于4.25時(shí),F(xiàn)e的沉淀率變化不大。因此,比較適合的終點(diǎn)pH范圍為4.0~4.5。
圖1 終點(diǎn)pH對(duì)溶液Fe含量、Fe沉淀率的影響
試驗(yàn)條件如下:33%添加劑用量為15 mL;CaO預(yù)調(diào)溶液pH約為4.0;30% HO用量為15 mL;溫度為25 ℃、40 ℃,終點(diǎn)pH為4.0~4.5。溫度對(duì)除鐵效果的影響如圖2所示。由圖2可以看出,當(dāng)溫度提高到40 ℃后,溶液Fe含量由40 mg/L進(jìn)一步降低到6 mg/L,F(xiàn)e沉淀率大于99%。因此,選擇除Fe溫度40 ℃。
圖2 溫度對(duì)除鐵效果的影響
試驗(yàn)條件如下:33%添加劑用量為15 mL;CaO預(yù)調(diào)溶液pH約為4.0;30% HO用量為15 mL;溫度為40 ℃,終點(diǎn)pH為4.0~4.5。添加劑用量對(duì)除鐵效果的影響如圖3所示。由圖3可知,添加劑用量為15 mL和7.5 mL時(shí),溶液含鐵量均小于5 mg/L,F(xiàn)e沉淀率基本相同。而在不加入添加劑的情況下,控制終點(diǎn)pH為4.0~4.5時(shí),F(xiàn)e沉淀率依然可以超過99%。
圖3 添加劑用量對(duì)除鐵效果的影響
無添加劑沉鐵試驗(yàn)如圖4所示。不加入添加劑的試驗(yàn)產(chǎn)生的氣泡大、松散,溢出現(xiàn)象明顯。試驗(yàn)后產(chǎn)生的沉淀渣呈一定膠體狀態(tài),無明顯鹽粒生成,自然沉降速率緩慢,過濾性能差,不利于礦漿的固液分離。作為對(duì)比,圖5為加入添加劑沉鐵試驗(yàn),在加入添加劑的試驗(yàn)中,沉鐵礦漿膠體態(tài)不明顯,有明顯鹽粒生成,礦漿過濾性能良好。因此,選擇加入添加劑進(jìn)行沉鐵,添加量為7.5 mL。
圖4 無添加劑沉鐵試驗(yàn)
圖5 加入添加劑沉鐵試驗(yàn)
試驗(yàn)條件如下:33%添加劑用量為15 mL;CaO預(yù)調(diào)溶液pH約為4.0;30% HO用量為15 mL;溫度為40 ℃,終點(diǎn)pH為4.0~4.5。從圖6試驗(yàn)結(jié)果可知,在氧化劑用量減少一半的情況下,溶液Fe含量、Fe沉淀率基本不變。但減少氧化劑用量會(huì)導(dǎo)致溶液中其他元素的沉淀率上升,因此選擇氧化劑用量15 mL。
圖6 氧化劑用量對(duì)除鐵效果的影響
試驗(yàn)結(jié)果表明,在除鐵前液150 mL、溫度40 ℃、終點(diǎn)pH 4.0~4.5、30% HO用量15 mL、33%添加劑用量7.5 mL的條件下,溶液Fe含量小于5 mg/L,F(xiàn)e沉淀率為99.72%,沉鐵礦漿有明顯鹽粒產(chǎn)生,固液分離性能良好。