CN102674480A - 从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法 - Google Patents

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袁本福
刘志国
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从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法，涉及一种化工提取分离的工艺方法，本发明是一种从工业废料铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和氧化铁红的有机溶剂作用结晶工艺；由四个技术作业组成，实现了既提取分离铁又制备硫酸亚铁和氧化铁红的化工目的；这四个技术作业分别是：1.工业废料铁泥的稀硫酸浸出工艺；2.采用有机溶剂一元醇作用下结晶分离铁工艺；3.硫酸亚铁溶液与碳酸氢铵反应、沉淀物氧化焙烧制备氧化铁红工艺；4.沉淀液蒸发结晶制备硫酸铵工艺。该发明适用于从各种含铁的矿物以及工业废渣中提取并分离铁元素，综合利用其中有价成分减轻环境污染和资源浪费。

Description

从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法
技术领域
本发明涉及一种化工提取分离的工艺方法，特别是涉及一种从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法。
背景技术
随着化学工业的发展，全球环境不断恶化，环境保护已成为各国政府普遍重视的焦点问题。减少三废排放、废弃物治理及二次利用是目前解决化学工业环境问题的常用方法。
铁粉是常用的还原剂，氧化后作为废弃物被大量排出，因其外观似黑色泥浆，故俗称铁泥。产生铁泥的厂家主要是染料厂、制药厂和化工厂等。以铁屑将硝基苯还原为邻甲苯胺为例，按年产一千吨邻甲苯胺计算，至少会产生一千五百吨铁泥；用铁粉还原紫脲酸，以年产800t计，每年排放废铁泥在1000t左右。
铁泥处理大都采用堆存、土地掩埋法或送入钢铁厂回收。堆存是最简单的方法，但是占用大量土地，而且长期堆存极易产生扬尘，污染空气;土地填埋不仅占用大量土地，而且往往因无良好的防渗措施，使地下水源、河流、山川、湖泊受到污染，造成二次污染；送入钢铁厂回收可以减少填埋量、节省土地，但是由于其粒度很细，回收时易堵塞炼铁炉膛，使得炼铁操作条件恶化，产品质量严重下降。目前绝大多数回收方法都存在利用率低、有二次污染等问题。
发达国家早在上个世纪四、五十年代就开展了含铁废料的治理。近十几年来，国外染料工厂意识到该工艺产生的大量铁泥所引起的问题，因此已经从根本上改变了胺基染料的生产工艺，如采用催化加氢还原法、电催化氢化法、锌粉还原等方法得到氨基，另一方面将大部分染化企业转移至中国或其它第三世界国家。我国由于生产工艺与设备比较落后，目前仍有大部分的染化工厂采用铁粉还原。因此，铁泥在我国的存在是长期的，其综合利用的程度及技术水平，将影响到染料等厂生存和效益以及我国的环保和可持续发展。目前对工业废料铁泥的综合利用工艺主要有以下几种：
1.超临界技术：
吴英艳等人先采用超临界技术(SCWO)预处理铁泥，再煅烧后所得铁红的品质明显好于铁泥直接煅烧。此法的优点是工艺简单，所制得的产品质量好。缺点是需水在超临界状态下，操作条件要求高。
2. 由铁泥生产聚合硫酸铁：
聚硫酸铁是一种无机水质净化剂。它有极强的混聚能力，具有投药少，处理后水质优良，无毒等特点。以铁泥为原料经粉碎、酸浸制取FeSO4溶液后，用NaOH中和使其转化为Fe(OH)2，再经氧化、调聚、催固、粉碎后即可得聚合硫酸铁成品。优点：聚硫酸酸铁是一种高附加值产品，以铁泥为原料充分利用了废料中的铁资源。缺点：工艺路线较长。
3. 干法：
将染料工业黑色铁泥废碴晒干或烘干，使铁泥废碴中少量油性成分挥发，送入∮1.5×24来回转窑，用重油或煤煅烧。煅烧温度：窑尾为250 oC~350 oC，窑头为800 oC~850 oC。煅烧后物料送入雷蒙粉碎机，进行超细粉碎，即得氧化铁红颜料。   
此外，王燕鸿等人对干法进行了改进。将原料铁泥加入硫酸作为氧化剂，直接放入马弗炉中煅烧得氧化铁红成品，并考察了煅烧温度的影响，铁泥干法制备氧化铁染料的煅烧温度选择800 oC为宜。此法过程简单，但制得的铁红含铁量偏低，质量较差。此法的优点是工艺过程简单。缺点是制得铁红质量较低，尾气需要处理。
发明内容
本发明的目的在于提供一种从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法，提出了一种从工业废料铁泥中提取并分离铁、有机溶剂作用下结晶制备硫酸亚铁和氧化铁红新工艺。该方法具有经济价值高，用途广等特点。 
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法，该方法包括工业废料铁泥的酸浸出工艺；添加有机溶剂结晶制备硫酸亚铁工艺；结晶的铁盐制备高附加值产品氧化铁红工艺；沉淀液蒸发回收硫酸铵工艺，所说废料铁泥的酸浸出工艺，酸浸液中的铁为+3价，在还原剂作用下使酸浸液中的铁还原为+2价，还原剂为铁粉和铁屑；有机溶剂作用结晶提取分离铁并制备硫酸亚铁工艺，工业废料铁泥浸出液中加入有机溶剂，并在有机溶剂作用下铁盐结晶，实现工业废料铁泥中铁的分离提取；制备高附加值的氧化铁红，硫酸亚铁溶液与碳酸氢铵溶液反应， 生成铁的沉淀物Fe(OH)2, 沉淀物Fe(OH)2经氧化干燥后高温焙烧分解。
所述的从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法，所述制备高附加值产品氧化铁红工艺，沉淀液蒸发回收固体硫酸铵。
所述的从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法，所述有机溶剂是甲醇、乙醇的醇类，其有机溶剂可循环利用。
本方法用稀硫酸溶解工业废料铁泥，固液分离后，酸浸液在还原剂作用下使Fe3+还原，在有机溶剂作用下结晶提取硫酸亚铁，固液分离后得到纯度大于98%的硫酸亚铁晶体；将硫酸亚铁溶解，溶液滴入碳酸氢铵溶液中，形成Fe(OH)2沉淀，将Fe(OH)2沉淀氧化焙烧制备氧化铁红，同时沉淀液蒸发回收硫酸铵。
本方法的酸浸出有机溶剂作用提取硫酸亚铁工艺，在有机溶剂加入前酸浸液需还原，有机溶剂是甲醇、乙醇的醇类，有机溶剂可以循环利用。
本方法的氧化铁红制备，沉淀之前液相中的铁为+2价，沉淀物需氧化焙烧。
本发明的优点与效果是：
1.本发明是从工业废料铁泥提取并分离铁并制备硫酸亚铁和铁红合二为一的工艺方法。与现有技术相比，本发明具有加工方法独特，铁提取率高，产品硫酸亚铁和氧化铁红纯度高，且生产工艺简单，流程短，设备投资省，原料消耗少，不产生废液的排放，易于工业化生产等特点；
 2. 本发明由酸浸-有机溶剂作用结晶法制得产品硫酸亚铁，产品硫酸亚铁是制备高附加值铁质产品的原料，具有经济价值高，用途广等特点，产品铁红纯度超过98%。 
3. 本发明不仅适用于工业废料铁泥，还可应用于含铁的其他矿物。
4. 本发明不但可以提取并分离工业废料铁泥中的铁，同时得到副产品硫酸铵，做到了资源的综合利用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
葫芦岛化工厂铁泥成分(%)：Fe2O3: 73.88；FeO: 5.98；Fe: 1.07；其他: 19.07
将铁泥于70℃下烘干并粉碎后取20g置于反应器中，加入100mL25%的稀硫酸，于80℃下搅拌反应30min。铁泥中的氧化铁、氧化亚铁、铁单质和少量酸溶杂质与硫酸反应后进入液相中，其他不容的杂质仍以固相的形式存在。然后过滤使得固液分离，铁的溶解率可达95%以上。向反应液中加入6g铁屑，于60℃下还原2h，使得反应液中的Fe3+被还原为Fe2+，过滤除去未反应完铁屑并回收循环利用。再向滤液中加入150mL工业乙醇，稍微搅拌后结晶20min，其中Fe2+的以FeSO4·7H2O的形式结晶析出，析出率达到98%以上，将结晶滤液蒸馏回收乙醇。取制得的硫酸亚铁8.34g溶于20mL水中配成Fe2+浓度为1.5mol·L-1的溶液，将此溶液在搅拌的情况下缓慢滴加到20mL3mol·L-1的碳酸氢铵溶液中，Fe2+先与HCO3 -反应生成FeCO3，接着马上水解生成Fe(OH)2沉淀，经过滤后于70℃下鼓风干燥固相，Fe(OH)2又被氧化成Fe(OH)3，然后在700℃下焙烧40min得到含量达98%以上的氧化铁红，再将滤液蒸发结晶可得硫酸铵产品。
实施例2
青岛化工厂铁泥成分(%)：Fe2O3:64.32；FeO: 4.65；Fe: 1.30；其他: 29.73
这是铁含量相对较低的铁泥，所以在硫酸溶解反应时硫酸的用量较少。
将铁泥于70℃下烘干并粉碎后取20g置于反应器中，加入60mL25%的稀硫酸，于80℃下搅拌反应30min。铁泥中的氧化铁、氧化亚铁、铁单质和少量酸溶杂质与硫酸反应后进入液相中，其他不容的杂质仍以固相的形式存在。然后过滤使得固液分离，铁的溶解率可达96%以上。向反应液中加入5g铁屑，于60℃下还原2h，使得反应液中的Fe3+被还原为Fe2+，过滤除去未反应完铁屑并回收循环利用。再向滤液中加入90mL工业乙醇，稍微搅拌后结晶20min，其中Fe2+的以FeSO4·7H2O的形式结晶析出，析出率达到98%以上，将结晶滤液蒸馏回收乙醇。其他步骤如实例1。
实施例3
青岛化工厂铁泥成分(%)：Fe2O3: 86.58；FeO: 5.25；Fe: 1.98；其他: 6.19
这是铁含量较高的铁泥，并且其中的铁单质含量相对较多，所以硫酸溶解反应时硫酸的用量较大，反应时间更长。
将铁泥于70℃下烘干并粉碎后取20g置于反应器中，加入160mL25%的稀硫酸，于90℃下搅拌反应50min。铁泥中的氧化铁、氧化亚铁、铁单质和少量酸溶杂质与硫酸反应后进入液相中，其他不容的杂质仍以固相的形式存在。然后过滤使得固液分离，铁的溶解率可达95%以上。向反应液中加入7.5g铁屑，于60℃下还原2.5h，使得反应液中的Fe3+被还原为Fe2+，过滤除去未反应完铁屑并回收循环利用。再向滤液中加入240mL工业乙醇，稍微搅拌后结晶20min，其中Fe2+的以FeSO4·7H2O的形式结晶析出，析出率达到98%以上，将结晶滤液蒸馏回收乙醇。其他步骤如实例1。

Claims (3)

1.从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法，其特征在于，该方法包括工业废料铁泥的酸浸出工艺；添加有机溶剂结晶制备硫酸亚铁工艺；结晶的铁盐制备高附加值产品氧化铁红工艺；沉淀液蒸发回收硫酸铵工艺，所说废料铁泥的酸浸出工艺，酸浸液中的铁为+3价，在还原剂作用下使酸浸液中的铁还原为+2价，还原剂为铁粉和铁屑；有机溶剂作用结晶提取分离铁并制备硫酸亚铁工艺，工业废料铁泥浸出液中加入有机溶剂，并在有机溶剂作用下铁盐结晶，实现工业废料铁泥中铁的分离提取；制备高附加值的氧化铁红，硫酸亚铁溶液与碳酸氢铵溶液反应， 生成铁的沉淀物Fe(OH)2, 沉淀物Fe(OH)2经氧化干燥后高温焙烧分解。
2.根据权利要求1所述的从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法，其特征在于，所述制备高附加值产品氧化铁红工艺，沉淀液蒸发回收固体硫酸铵。
3.根据权利要求1所述的从工业废铁泥中提取分离铁并制备硫酸亚铁和铁红的方法，其特征在于，所述有机溶剂是甲醇、乙醇的醇类，其有机溶剂可循环利用。
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