CN102226238B - 红土矿浸出液高效除铁工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种红土矿浸出液高效除铁工艺，该方法将红土矿浸出液和氧化剂加入反应釜中反应一定时间后，将碱液连续加入反应釜中进行中和反应；对反应后的料浆过滤，将滤布和滤饼一起先用蒸汽或水加热，收集蒸汽冷凝液或水溶液，与过滤所得的滤液混合送入净化工序回收镍钴，再将滤布和滤饼在水溶液或稀碱液中加热一定时间后取出滤布，将溶液蒸干，可回收氢氧化铁产品。本发明对传统的氧化中和除铁法进行了改进，有效地避免了除铁过程镍钴等金属的损失，极大地改善了氢氧化铁胶体的过滤性能，过滤介质可以重复使用，流程简单，生产成本低。

Description

红土矿浸出液高效除铁工艺

技术领域

本发明涉及红土矿浸出液除铁，特别是通过氧化、中和及过滤脱除红土矿浸出液中铁的方法。

背景技术

随着全球镍产品的需求量不断上升，作为主要镍矿资源的红土矿的开发越来越受到关注。红土矿的冶炼技术中，酸浸工艺由于具有产品品种多，对有价金属的综合利用程度高的优势而获得了广泛应用。酸浸工艺包括矿石浸出、浸出液净化分离、电解等步骤。通常浸出液都含有铁、镍、钴、镁、铝等金属离子，浸出液中的铁离子浓度高于其它金属离子浓度，故多数浸出液净化分离流程的第一步是除铁。

常用的浸出液除铁方法主要有氧化中和法、黄钾铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法。黄钾铁矾法所得产品难于回收利用，在堆积和存放的过程中还会释放出硫酸而污染环境，因此现在已较少使用。赤铁矿法和针铁矿法所得产品可以直接利用，因而常被用于红土矿浸出液的除铁目的，但赤铁矿法需要的沉铁温度较高，通常在140℃以上，能耗和对设备的要求相对较高；针铁矿法可在较低的温度下进行，但流程较长，需先加入还原剂将部分Fe³⁺还原为Fe²⁺，再用氧化剂将溶液中的Fe²⁺氧化为Fe³⁺，然后Fe³⁺水解为针铁矿而从溶液中沉积下来，另外，如生成的针铁矿结晶度不高，则易吸附镍、钴等有价元素，造成这些金属的损失。

氧化中和法操作简便，是使用最多的矿物浸出液除铁方法。它的原理是用氧化剂将浸出液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺，再加入碱液调整溶液的pH值，使Fe³⁺以氢氧化铁的形式沉淀；但氢氧化铁常以胶体形式沉淀，使沉铁后的料浆过滤极为困难，表现在过滤速度很慢，且过滤时有大量的胶体穿过过滤介质进入滤液中，即使增大过滤介质的厚度或经多次过滤也无法避免；此外，氢氧化铁沉积时会带动部分或大量的镍、钴、镁、铝等其它金属离子共沉积，造成有价金属的损失。因此，氧化中和法的应用受到了限制。

已有的专利所述的除铁方法中，有不少提及用碱液调整浸出液的酸度以除去红土矿浸出液中的铁，很显然，这些方法都没有考虑沉铁过程镍钴等有价金属的损失和料浆过滤困难等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种改进的氧化中和除铁方法，可以处理铁含量不同的各种红土矿浸出液。

本发明红土矿浸出液高效除铁工艺，包括如下步骤：

(1)将红土矿浸出液和氧化剂分别加入搅拌反应釜中，升温后进行反应；

(2)停止加热和搅拌，将碱液连续缓慢加入反应釜中；

(3)将反应后的料浆引入装有滤布的过滤装置过滤，得到滤饼和滤液两部分；

(4)将滤饼与滤布从过滤装置中卸除，用蒸汽或水加热；

(5)将步骤(4)的上层清液倾出，与步骤(3)所得滤液混和，或将蒸汽冷凝液与步骤(3)所得滤液混和，送入后续净化分离阶段采用萃取、离子交换或沉淀法分离回收镍、钴、镁、铝；

(6)将水或碱液加入步骤(5)的滤饼和滤布中，加热，取出滤布；用清水洗涤后返回步骤(3)用作过滤介质；

(7)将步骤(6)的溶液蒸干，得到氢氧化铁产品。

步骤(1)所述的氧化剂为空气、氧气、过氧化氢或高锰酸钾，氧化剂加入量根据氧化剂与Fe²⁺的摩尔比确定，应使二者的摩尔比控制在1～4∶1的范围内。

步骤(1)所述的升温在50℃至溶液的沸点温度之间进行，反应时间为15～120min。

步骤(2)中所述的碱液为氨水、氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液，碱液加入量根据加入后溶液的pH值确定，应使溶液的pH控制在2～4的范围内；碱液加入速度为0.001～0.01L/min。

步骤(3)中所述的滤布可以是棉布、胶毡布、纤维纸中的一种。

步骤(4)所述的加热时间为10～60min，若用水加热时，加热温度为30～90℃。

步骤(6)所述的加热时间为10～90min，加热温度为80℃至溶液的沸点温度。

本发明具有以下优点：

(1)与传统的氧化中和除铁法相比较，本发明通过改变碱液的浓度与加入方式，使与氢氧化铁胶体共沉积的镍、钴、镁、铝等金属离子的数量大大减少。

(2)通过控制过滤条件和选用合适的过滤介质，实现了过滤介质能选择性地截留几乎所有氢氧化铁胶体而不截留溶液中的金属离子，大大增加了料浆的过滤速度，料浆只经一次过滤即可达到滤液完全澄清，极大地改善了沉铁后料浆的过滤性能。

(3)过滤介质可通过加热等方式得以再生，大大降低了生产成本；少量与氢氧化铁胶体共沉积的金属离子在再生过程得以回收，进一步降低了金属离子的损失。

(4)除铁产品可以回收利用，提高了除铁过程的经济效益。

(5)与其它除铁法比较，氧化中和除铁法的流程最简单、成本最低，但传统氧化中和除铁法由于具有金属离子损失大和料浆过滤困难的缺陷，其应用受到限制；本发明有效地克服了上述缺陷，大大拓宽了氧化中和除铁法的应用领域，不仅可以用于红土矿浸出液的除铁过程，也可用于含有铁离子的其它矿石浸出液的除铁过程。

附图说明

图1为本发明红土矿浸出液高效除铁工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明做进一步说明，但本发明不受这些实施例的限制。

实施例1

浸出液中金属离子浓度分别为：Fe²⁺2.5g/L，Fe³⁺4.6g/L，Ni²⁺1.3g/L，Co²⁺0.12g/L，Mg²⁺0.25g/L，Al³⁺0.06g/L，浸出液的酸浓度为9.5g/L。将2L浸出液加入容积为3L的搅拌反应釜中，加入过氧化氢溶液(过氧化氢与浸出液中Fe²⁺的摩尔比为1.5∶1)，升温至75℃搅拌反应15min，停止加热和搅拌，以0.001L/min的速度加入稀氨水溶液，使溶液的PH值控制在2-4，50min后停止加入稀氨水溶液；将反应后的料浆从反应釜排出，经用棉布、胶毡布、纤维纸中的一种过滤后得到滤液和滤饼两部分；在过滤装置底部通入水蒸汽，加热10min，收集蒸汽冷凝液，与滤液合并送入净化工序回收其它金属。将滤饼和滤布从过滤装置中卸下，置于一加热器中，加入300ml水于90℃加热15min，取出滤布用清水洗涤后重新装入过滤装置中；将余下的溶液蒸干，干燥后得到氢氧化铁。

经过一个除铁周期，所得滤液极为澄清，放置48h未见沉淀物。经检测，滤液的残酸浓度为0.14g/L，Fe³⁺浓度为0.01g/L，Fe²⁺浓度为0，镍、钴、镁、铝离子的浓度几乎与原浸出液浓度相同。

实施例2

浸出液中金属离子浓度分别为：Fe²⁺10.4g/L，Fe³⁺22.5g/L，Ni²⁺5.9g/L，Co²⁺0.63g/L，Mg²⁺8.5g/L，Al³⁺4.1g/L。浸出液的酸浓度为16g/L。将2L浸出液加入容积为3L的搅拌反应釜中，通入氧气(氧气与浸出液中Fe²⁺的摩尔比为2.5∶1)，升温至95℃搅拌反应1h，停止加热和搅拌，以0.01L/min的速度加入稀氢氧化钠溶液，使溶液的PH值控制在2-4，20min后停止加入稀氢氧化钠溶液；将反应后的料浆从反应釜排出，经用棉布、胶毡布、纤维纸中的一种过滤后得到滤液和滤饼两部分。将滤饼和滤布从过滤装置中卸下，置于一加热器中，加入100ml水于85℃加热30min，将上层清液倾出与滤液合并送入净化工序。在滤饼和滤布中加入200ml稀氢氧化钠溶液，于100℃继续加热90min，取出滤布用清水洗涤后重新装入过滤装置中，将余下的溶液蒸干，干燥后得到氢氧化铁。

经过一个除铁周期，所得滤液极为澄清，放置48h未见沉淀物。经检测，滤液的残酸浓度为0.19g/L，Fe³⁺浓度为0.015g/L，Fe²⁺浓度为0，镍、钴、镁、铝离子的浓度几乎与原浸出液浓度相同。

实施例3

浸出液中金属离子浓度分别为：Fe²⁺14.9g/L，Fe³⁺8.2g/L，Ni²⁺6.2g/L，Co²⁺0.49g/L，Mg²⁺41.2g/L，Al³⁺25.3g/L。浸出液的酸浓度为11g/L。将3L浸出液加入容积为4L的搅拌反应釜中，加入高锰酸钾(高锰酸钾与浸出液中Fe²⁺的摩尔比为1∶1)，升温至55℃搅拌反应1.5h，停止加热和搅拌，以0.006L/min的速度加入氢氧化钠与碳酸钠的混合液，使溶液的PH值控制在2-4，30min后停止加入混合液；将反应后的料浆从反应釜排出，经用棉布、胶毡布、纤维纸中的一种过滤后得到滤液和滤饼两部分。将滤饼和滤布从过滤装置中卸下，置于一加热器中，加入100ml水于90℃加热50min，将上层清液倾出与滤液合并送入净化工序。在滤饼和滤布加入300ml氢氧化钠与碳酸钠的混合液，于100℃继续加热30min，取出滤布用清水洗涤后重新装入过滤装置中，将余下的溶液蒸干，干燥后得到氢氧化铁。

经过一个除铁周期，所得滤液极为澄清，放置48h未见沉淀物。经检测滤液的残酸浓度为0.15g/L，Fe³⁺浓度为0.02g/L，Fe²⁺浓度为0，镍、钴、镁、铝离子的浓度几乎与原浸出液浓度相同。

实施例4

浸出液中金属离子浓度分别为：Fe²⁺8.4g/L，Fe³⁺20.1g/L，Ni²⁺4.1g/L，Co²⁺0.39g/L，Mg²⁺7.6g/L，Al³⁺2.9g/L。浸出液的酸浓度为13g/L。将3L浸出液加入容积为4L的搅拌反应釜中，通入空气(空气与浸出液中Fe²⁺的摩尔比为4∶1)，升温至100℃搅拌反应2h，停止加热和搅拌，以0.003L/min的速度加入稀氢氧化钠溶液，使溶液的PH值控制在2-4，30min后停止加入稀氢氧化钠溶液；将反应后的料浆从反应釜排出，经用棉布、胶毡布、纤维纸中的一种过滤后得到滤液和滤饼两部分。将滤饼和滤布从过滤装置中卸下，置于一加热器中，加入100ml水于60℃加热25min，将上层清液倾出与滤液合并送入净化工序。在滤饼和滤布中加入350ml稀氢氧化钠溶液，于95℃继续加热60min，取出滤布用清水洗涤后重新装入过滤装置中，将余下的溶液蒸干，干燥后得到氢氧化铁。

经过一个除铁周期，所得滤液极为澄清，放置48h未见沉淀物。经检测，滤液的残酸浓度为0.15g/L，Fe³⁺浓度为0.012g/L，Fe²⁺浓度为0，镍、钴、镁、铝离子的浓度几乎与原浸出液浓度相同。

实施例5

浸出液中金属离子浓度分别为：Fe²⁺4.6g/L，Fe³⁺7.8g/L，Ni²⁺2.9g/L，Co²⁺0.21g/L，Mg²⁺11.6g/L，Al³⁺7.5g/L。浸出液的酸浓度为10g/L。将3L浸出液加入容积为4L的搅拌反应釜中，通入氧气(氧气与浸出液中Fe²⁺的摩尔比为3∶1)，升温至85℃搅拌反应45min，停止加热和搅拌，以0.008L/min的速度加入稀碳酸钠溶液，使溶液的PH值控制在2-4，20min后停止加入稀碳酸钠溶液；将反应后的料浆从反应釜排出，经用棉布、胶毡布、纤维纸中的一种过滤后得到滤液和滤饼两部分。将滤饼和滤布从过滤装置中卸下，置于一加热器中，加入150ml水于30℃加热60min，将蒸汽冷凝液与滤液合并送入净化工序。在滤饼和滤布中加入250ml稀碳酸钠溶液，于80℃继续加热60min，取出滤布用清水洗涤后重新装入过滤装置中，将余下的溶液蒸干，干燥后得到氢氧化铁。

经过一个除铁周期，所得滤液极为澄清，放置48h未见沉淀物。经检测，滤液的残酸浓度为0.11g/L，Fe³⁺浓度为0.009g/L，Fe²⁺浓度为0，镍、钴、镁、铝离子的浓度几乎与原浸出液浓度相同。

Claims (6)

1.红土矿浸出液高效除铁工艺，其特征是：包括如下步骤：

（1）将红土矿浸出液和氧化剂分别加入搅拌反应釜中，升温后进行反应；

（2）停止加热和搅拌，将碱液连续缓慢加入反应釜中，碱液加入速度为0.001～0.01L/min；

（3）将反应后的料浆引入装有胶毡布或纤维纸的过滤装置过滤，得到滤饼和滤液两部分；

（4）将滤饼与滤布从过滤装置中卸除，用蒸汽或水加热；

（5）将步骤（4）的上层清液倾出，与步骤（3）所得滤液混和，或将蒸汽冷凝液与步骤（3）所得滤液混和，送入后续净化分离阶段采用萃取、离子交换或沉淀法分离回收镍、钴、镁或铝金属；

（6）将水或碱液加入步骤（5）的滤饼和滤布中，加热，取出滤布，用清水洗涤后返回步骤（3）用作过滤介质；

（7）将步骤（6）的溶液蒸干，得到氢氧化铁产品。

2.根据权利要求1所述的工艺，其特征是：步骤（1）所述的氧化剂为空气、氧气、过氧化氢或高锰酸钾，氧化剂加入量根据氧化剂与Fe²⁺的摩尔比确定，二者的摩尔比为1～4：1。

3.根据权利要求1所述的工艺，其特征是：步骤（1）所述的升温在50℃至溶液的沸点温度之间进行，反应时间为15～120min。

4.根据权利要求1所述的工艺，其特征是：步骤（2）中所述的碱液为氨水、氢氧化钠溶液或碳酸钠溶液，碱液加入量根据加入后溶液的pH值确定，溶液的pH为2～4。

5.根据权利要求1所述的工艺，其特征是：步骤（4）所述的加热时间为10～60min，用水加热时加热温度为30～90℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于步骤（6）在80℃至溶液的沸点温度之间进行，加热时间为10～90min。