雷軍鵬，鄭軍福，閆剛剛

(金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737104)

高鎳锍加壓浸出液磁絮凝除鐵試驗研究

雷軍鵬，鄭軍福，閆剛剛

(金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737104)

研究了采用磁絮凝法從高硫鎳加壓浸出硫酸鎳溶液中分離鐵，考察了反應(yīng)溫度、溶液pH、反應(yīng)時間、磁種種類、磁種用量對鐵去除率的影響。結(jié)果表明，適宜條件下，除鐵后液中鐵質(zhì)量濃度低于0.5 g/L，鐵渣洗滌后鐵質(zhì)量分數(shù)大于50%，鎳質(zhì)量分數(shù)小于1%。采用磁絮凝除鐵技術(shù)可以形成粒度大、結(jié)晶良好、含鐵較高的類針鐵礦渣，該鐵礦渣可作為鋼鐵冶煉原料。

高鎳锍;磁絮凝；加壓浸出液；鐵；去除

鐵是常見的雜質(zhì)元素，高效除鐵是濕法冶煉過程中需要面對的最現(xiàn)實也最具挑戰(zhàn)性的課題之一。選擇性加壓酸浸處理高鎳锍工藝成熟，但高鎳锍中通常含有一定量銅和鐵，在加壓浸出鎳過程中，鐵部分被浸出。浸出液中鐵含量過高會導(dǎo)致鐵在整個加壓體系中循環(huán)，對實際生產(chǎn)造成嚴重影響。就含銅、鋅、鈷、鎳等金屬的硫酸鹽體系來說，一般采用沉淀法除鐵，沉鐵法大致分為黃鐵礬法、針鐵礦法、磁鐵礦法、赤鐵礦法、氫氧化鐵法[1-6]。這些方法產(chǎn)出的鐵渣含鐵量低、過濾性較差，只能作為一種中間產(chǎn)物返回火法處理，增加了整個系統(tǒng)的負擔和成本。

針對上述問題，研究了一種適合從高鎳锍加壓浸出液中除鐵的新工藝。該工藝有望將體系中的鐵作為中間產(chǎn)品開路，從而提高鎳浸出率及鐵綜合利用率，降低生產(chǎn)成本。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與設(shè)備

加壓浸出液取自某企業(yè)電解車間，其典型成分見表1。

表1 加壓浸出液典型成分 g/L

試驗所用設(shè)備：1臺帶水浴加熱的雙層玻璃攪拌釜，臺式pH計，蠕動泵，真空抽濾泵。

1.2 試驗方法與原理

加壓浸出液磁流體除鐵試驗流程如下：先加入10 L去離子水作為底液，調(diào)pH至3.0；加壓浸出液和氧化劑分別用蠕動泵按一定速率泵入雙層玻璃反應(yīng)釜中，加入改性磁種，同時加入中和劑碳酸鈉或碳酸鎳，保證反應(yīng)pH穩(wěn)定；反應(yīng)結(jié)束后，向5 L燒杯中倒入除鐵后液，攪拌2 min后靜止10 min，觀察渣層厚度，判斷沉降性能；水解結(jié)束后，真空抽濾固液分離，濾后鐵渣經(jīng)熱酸洗滌后烘干脫水，得到二次鐵渣。試驗裝置如圖1所示。

圖1 磁絮凝除鐵試驗裝置

針鐵礦法適用于多種酸性介質(zhì)浸出液，可在常壓、較低溫度下進行，廣泛應(yīng)用于含鋅、錳、鎳等溶液除鐵。針鐵礦的形成反應(yīng)為

(1)

針鐵礦FeO(OH)包括α-FeO(OH)、β-FeO(OH)2種形式：在硫酸介質(zhì)中，為α-FeO(OH)；在鹽酸介質(zhì)中，為β-FeO(OH)。針鐵礦法沉鐵要求溶液中Fe3+質(zhì)量濃度必須小于1 g/L[7]。

磁絮凝除鐵原理與針鐵礦法原理類似，不同之處在于前者引入磁種參與反應(yīng)。類針鐵礦沉淀，結(jié)晶反應(yīng)速度快、類針鐵礦溶度積小，導(dǎo)致其在溶液中嚴重過飽和，晶體易以初級成核方式結(jié)晶析出，形成大量細小晶粒。為促進類針鐵礦結(jié)晶、生長，提高其二次成核速率，使類針鐵礦以較大粒度結(jié)晶沉淀，需要加入大量晶種，誘導(dǎo)類針鐵礦在其表面結(jié)晶生長。當大量晶種存在時，F(xiàn)e3+迅速吸附在晶種表面，并快速水解形成新的晶核，發(fā)生二次成核，或直接長大形成大晶體。反應(yīng)式為：

(2)

(3)

生成的晶核之間發(fā)生附聚或團聚，并重結(jié)晶成大晶體，或者在二次成核過程中不斷消耗鐵離子，使晶核直接長成大晶體。在結(jié)晶沉淀過程中，微細晶粒熟化并聚集成晶簇。晶簇不斷聚合長大形成結(jié)晶良好的類針鐵礦。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 溶液pH對磁絮凝除鐵的影響

Fe3+的水解與溶液pH直接相關(guān)，在試驗條件下，pH對磁絮凝除鐵后液Fe3+質(zhì)量濃度及渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)的影響試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 溶液pH對磁絮凝除鐵效果的影響

由圖2看出：隨溶液pH升高，除鐵后液Fe3+質(zhì)量濃度降低，渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)升高；pH在 2.25～3.0之間，渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)迅速升高至50%，之后略有下降；在試驗pH范圍內(nèi)，除鐵后液Fe3+質(zhì)量濃度始終小于1 g/L。反應(yīng)之后，除鐵后液靜止10 min，在5 L燒杯中渣層分別為1.48、1.10、0.40、0.50、0.65 L，表明隨溶液pH升高，F(xiàn)e3+水解產(chǎn)物無定形度降低、結(jié)晶度升高；但pH超過3.25后，鐵渣沉降性能及過濾性能反而下降。

渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)與渣沉降性能表現(xiàn)出明顯的正相關(guān)性，渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)越高，渣沉降性能越好。在較低pH條件下，水解形成無定形多聚物，結(jié)晶度差、對鎳離子吸附嚴重、含水量高；在較高pH條件下，有微細顆粒出現(xiàn)，影響沉降性能。因此，確定適宜的溶液pH為3.0～3.5。

2.2 反應(yīng)溫度對磁絮凝除鐵的影響

溶液pH控制在3.0～3.5之間，反應(yīng)溫度對磁絮凝除鐵后液Fe3+質(zhì)量濃度及渣中鐵質(zhì)量分數(shù)的影響試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 反應(yīng)溫度對磁絮凝除鐵效果的影響

由圖3看出，隨溫度升高，除鐵后液Fe3+質(zhì)量濃度降低，渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)升高。反應(yīng)后，除鐵后液靜止10 min，5 L燒杯中渣層體積分別為1.30、1.15、0.50、0.40、0.65 L。表明反應(yīng)溫度對鐵離子水解沉淀影響較大，升溫有利于Fe3+水解沉淀，有效縮短水解多聚反應(yīng)時間和陳化過程，促進水解產(chǎn)物結(jié)晶。隨溫度升高，鐵渣無定形度降低，沉降性能及過濾性能得到明顯改善，沉降層含水量低、壓縮緊密。所以，磁絮凝除鐵的適宜溫度為70～80 ℃。

2.3 反應(yīng)時間對磁絮凝除鐵的影響

反應(yīng)時間直接影響除鐵工藝的經(jīng)濟性。在70～80 ℃條件下，控制溶液pH為3.0～3.5，考察反應(yīng)時間對磁絮凝除鐵后液Fe3+質(zhì)量濃度及渣中鐵質(zhì)量分數(shù)的影響，試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 反應(yīng)時間對磁絮凝除鐵效果的影響

由圖4看出，隨反應(yīng)時間延長，除鐵后液Fe3+質(zhì)量濃度明顯降低，但渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)變化很小。反應(yīng)不同時間后靜止10 min，5 L燒杯中渣層體積分別為0.52、0.50、0.40、0.30、0.33、0.30 mL，表明Fe3+水解產(chǎn)生結(jié)晶較好的沉淀物，其沉降性能及過濾性能都較好，鐵渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)高于50%，Ni質(zhì)量分數(shù)低于1%，說明磁流體除鐵工藝對于反應(yīng)時間具有較好的適應(yīng)性，因此確定適宜的反應(yīng)時間為60～90 min。

2.4 改性磁種用量對磁絮凝除鐵的影響

改性磁種是磁流體除鐵工藝的關(guān)鍵，改性磁種表面活性點為Fe3+水解產(chǎn)物提供晶核并促進其結(jié)晶長大，從而保證鐵渣具有較大的顆粒粒度，同時磁性晶核能賦予顆粒較強的磁性，可以促進顆粒間團聚。

控制溶液pH為3.0～3.5，在70～80 ℃條件下反應(yīng)60 min，改性磁種用量對磁絮凝除鐵后液鐵質(zhì)量濃度及渣中鐵質(zhì)量分數(shù)的影響試驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 改性磁種用量對磁絮凝除鐵效果的影響

由圖5看出：隨改性磁種用量增加，除鐵后液Fe3+質(zhì)量濃度波動明顯，但總體呈下降趨勢；渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)隨改性磁種用量增加先升高，在改性磁種用量為0.4后開始下降。

隨磁種用量增加，除鐵后液靜止10 min后，5 L燒杯中渣層體積分別為1.00、0.90、0.75、0.40、0.30 L，表明隨改性磁種用量增大，渣中Fe3+質(zhì)量分數(shù)明顯增大，水解產(chǎn)物結(jié)晶程度提高，沉降加快，壓縮層更加緊密。因此，確定改性磁種用量以鐵渣質(zhì)量的1/3～1/2較為適宜。

磁性晶核種類對鐵渣的生成有重要影響。其他條件相同，分別以改性磁種、改性爐渣、爐渣作晶核，鐵渣在5 L燒杯內(nèi)的沉降試驗結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同磁性晶核對除鐵后液中鐵渣沉降性能的影響

由圖6看出：自然條件下，晶核的加入增大了顆粒粒度，使鐵渣沉降速率極大地提高，而且沉降層壓縮緊密、含水量低；其中，以改性磁種作磁種形成的鐵渣表現(xiàn)最為顯著，30 min即可沉降完全。對于二段加壓浸出液以改性磁種或改性鎳爐渣作磁性晶核均能取得良好的凈化效果，但鎳爐渣自身鐵含量較低(鐵質(zhì)量分數(shù)為40%左右)，導(dǎo)致鐵渣品位較低(40%～45%)，因此，試驗確定選用改性磁種作為磁性晶核。

3 結(jié)論

采用磁絮凝除鐵法去除加壓浸出液中的鐵效果較好，工藝上是可行的。在溶液pH 為3.0～3.5、反應(yīng)溫度70～80 ℃、反應(yīng)時間1～2 h，改性磁種用量為鐵渣質(zhì)量的1/3～1/2條件下，可獲得良好的除鐵效果。凈化處理后，除鐵后液中鐵質(zhì)量濃度小于0.5 g/L，所得鐵渣中鐵質(zhì)量分數(shù)大于50%，鎳質(zhì)量分數(shù)小于1%。采用磁絮凝除鐵工藝，可以加速浸出液中鐵的分離，改善鐵渣過濾性能，降低鐵渣吸附、夾帶，提高鐵渣中鐵品位，使鐵渣有望作為單獨產(chǎn)品開路，為進一步提高浸出率創(chuàng)造條件。

[1] 謝冰．濕法煉鋅工藝過程除鐵技術(shù)的發(fā)展[J]．礦業(yè)工程，2012，32(2)：100-102．

[2] 陳國寶，楊洪英，周立杰,等．針鐵礦法從銅鈷礦生物浸出液中除鐵的研究[J]．有色金屬(冶煉部分)，2013(3)：1-3．

[3] 孫大林，吳克明，胡杰.用針鐵礦法從鋅礦石浸出液中除鐵試驗研究[J].濕法冶金，2015，34(1)：68-71．

[4] 胡國榮，李國，鄧新榮,等．針鐵礦法從鉻鐵合金硫酸浸出液中除鐵[J]．濕法冶金，2006，25(4)：198-200．

[5] 張娟，吳紀功，廖璐，等.鋅浸出液過氧化氫法凈化除鐵試驗研究[J].濕法冶金，2014，33(1)：47-49．

[6] 鄧永貴．硫酸鋅浸出液針鐵礦法除鐵研究[D]．長沙：中南大學(xué)，2008．

[7] 孫成余，張候文．濕法煉鋅E.Z.針鐵礦法除鐵工藝研究[J]．中國有色冶金，2015，44(6)：68-70．

歡迎訂閱2018年《濕法冶金》

《濕法冶金》創(chuàng)刊于1982年，雙月刊，是濕法冶金技術(shù)綜合性刊物，中文核心期刊，主要刊登國內(nèi)外關(guān)于有色金屬、稀有金屬、稀散金屬及貴金屬的濕法冶金工藝，選礦技術(shù)，有機材料(萃取劑、離子交換樹脂、絮凝劑等)合成，化工過程自動控制，化工設(shè)備、選礦設(shè)備、儀器儀表的研制及應(yīng)用，水處理技術(shù)，三廢治理與環(huán)境保護技術(shù)，分析(物理分析、化學(xué)分析)方法等方面的新進展、科研成果和先進技術(shù)，也報道有關(guān)科技簡訊、文獻綜述等。

《濕法冶金》可供從事金屬礦選礦、濕法冶金、化學(xué)化工、金屬綜合回收、三廢治理、分析測試和環(huán)境保護等方面的科研、設(shè)計、生產(chǎn)人員及大專院校有關(guān)專業(yè)師生參閱。

《濕法冶金》國內(nèi)統(tǒng)一刊號CN11-3012/TF，國際標準刊號ISSN 1009-2617，廣告許可證號為京通工商廣字第0005號(1-1)，由《濕法冶金》編輯部編輯出版，郵局發(fā)行及編輯部發(fā)行。2018年定價15.00元/期，全年90.00元,全國各地郵局均可訂閱，郵發(fā)代號80-181。編輯部常年辦理訂刊業(yè)務(wù)。

通信地址：北京市通州區(qū)九棵樹145號《濕法冶金》編輯部 呂志新 (收)

郵編：101149。

開戶銀行：北京工商銀行九棵樹支行

開戶名：核工業(yè)北京化工冶金研究院

賬號：0200 0498 0900 8800 221(請注明匯款用途)。

聯(lián)系電話：(010)51675321，51674124。

電子信箱：shifayejin@163.com；sfyj4348@163.com。

廣告聯(lián)系：13911227093；(010)83824382。

Removal of Iron From Leaching Liquor of High Nickel Matte by Magnetic Flocculation

LEI Junpeng，ZHENG Junfu，YAN Ganggang

(JinchuanGroupCo.，Ltd.，Jinchang737104)

Removal of iron from sulfuric acid leaching liquor of high nickel matte was investigated by magnetic flocculation process.The effects of reaction temperature，solution pH，reaction time，the type and usage of magnetic seed on removal of iron were examined.The results show that under the appropriate conditions，the Fe3+concentration in sulfate leaching liquor is less than 0.5 g/L，the Fe3+content is greater than 50% and Ni content is less than 1% in the Fe3+slag.The iron slag with larger grain size，well-crystallized and high Fe3+content is obtained and is expected as the materials for steel smelting.

high nickel matte;magnetic flocculation；sulfuric acid leaching liquor；iron；removal

2016-12-02

雷軍鵬(1975-)，男，甘肅寧縣人，博士，工程師，主要研究方向為金屬材料及鎳鈷冶金。

TF803.25

A

1009-2617(2017)04-0342-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.04.020