CN103014341A - 一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法 - Google Patents

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Abstract

一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，涉及一种含铬铁资源湿法冶金提取分离过程，特别是含铬电镀污泥盐酸浸出液中铬、铁的分离方法。其特征在于其工艺过程的步骤依次包括：（1）在含铬、铁的盐酸体系混合溶液中加入碱液调整溶液pH值；（2）加入可溶性磷酸盐，进行磷酸沉铬反应，使磷酸铬与氢氧化铬形成复合共沉淀物；（3）进行过滤分离，得到含铬沉淀物和含FeCl2滤液，实现铬铁选择性分离。本发明的方法工艺简单、流程短、环境友好，尤其适合应用于含铬铁电镀污泥资源化利用领域。

Description

一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法
 
技术领域
一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，涉及一种含铬铁资源湿法冶金提取分离过程，特别是含铬铁电镀污泥盐酸浸出液中铬、铁的分离方法。
背景技术
在湿法冶金过程中，盐酸是一种常用的湿法冶金浸出溶剂，其浸出效率高，金属浸出效果好，因而使用广泛。因为盐酸具有弱还原性，铬、铁成分经盐酸浸出后，一般铬、铁离子保持在Cr3+和Fe2+状态。由于铬、铁元素化学性质相近，以及吸附-共沉淀效应，在铬铁溶液提取金属中存在铬、铁分离难题。
目前已有的盐酸介质中铬、铁分离方法主要有：
（1）溶剂萃取法，其具有设备简单、过程易于控制以及试剂可循环使用等特点，经萃取剂TBP萃取铬或P204萃取铁，萃取分离效果较好。但盐酸浓度和铬浓度增加，容易使萃取剂TBP氧化，共萃取率较高，分离效果降低，铬损失明显；
（2）草酸亚铁沉淀法，是基于草酸亚铁溶度积低（2.1×10-7）的原理，通过草酸亚铁沉淀以达到分离铬、铁的目的。虽然草酸亚铁沉淀法在室温条件下即可实现98%左右的除铁率，但除铁率对草酸加入量及温度因素敏感，对操作要求严格，而且较佳的反应pH约4.0，初始溶液中和负荷大。
（3）氧化中和除铁法，盐酸介质中以双氧水、软锰矿作氧化剂将浸出的Fe2+氧化成Fe3+，然后水解中和除铁，这种方法存在胶体Fe(OH)3沉降速度慢、铁渣过滤较困难的问题，而且容易吸附其它有价金属造成损失。
（4）离子交换树脂除铁法，在浓盐酸中，金属离子主要以配合阴离子的形式存在, 阴离子交换树脂可以有效地除去浓盐酸中的铁离子, 但同时还可以不同程度地除去其它金属离子，选择性分离效果不好，而且还要严格控制交换前盐酸中游离氯的含量, 游离氯含量高时会降低树脂的使用寿命, 影响产品质量。
针对铬铁分离技术的研究基本处于实验室研究阶段，还缺乏支撑产业化应用的经济适用技术，目前没有大规模工业化应用的报道。这也是一直困扰含铬电镀污泥等二次资源循环利用的技术难题之一，不利于铬的无害化处置和有价成分金属铬的高效回收与资源化利用。
在公开的溶液中分离铬和铁离子方法的专利文献中，专利号为201010510631X的中国专利公开的是一种由多组分溶液中分离铬离子和铁离子的方法，以硫酸浸出铬铁矿后的硫酸铬和硫酸铁混合溶液为原料，加入萃取剂进行萃取，萃取剂选用十八烷基二甲基叔胺、十八烷基叔胺或双十八烷基叔胺，萃取剂加入量为硫酸铬和硫酸铁混合溶液体积的10%～50%，萃取后得到非有机相为硫酸铬溶液，得到有机相为萃取剂和硫酸铁，而后用氢氧化钠溶液对有机相进行反萃取，调节pH值为9～10,得到氢氧化铁、硫酸钠溶液和萃取剂，萃取剂循环使用，利用萃取得到的硫酸铬溶液，采用直接结晶的方法制备硫酸铬，利用氢氧化铁为原料以高温结晶的方法制备氧化铁红颜料。工业中采用萃取分离方法的成本较高，而且在电镀污泥萃取分离铬、铁过程中可能会有第三相产生，会严重影响萃取分离过程。
申请号为CN200710041574.3的中国专利是一种电镀污泥的磷酸盐稳定化处理方法，其主要步骤如下：(1)将电镀污泥经102℃烘干，然后研磨成粉，备用；(2)在30-70℃温度范围下，将分析纯的可溶性磷酸盐与上述电镀污泥按1∶70-1∶90的重量比例混合，并在搅拌机中强力搅拌4小时,使其充分反应；反应过程中控制其pH值在8-11范围内；(3)反应结束后，自然冷却， 得到含有重金属复合磷酸盐的污泥固体样品。然后将该样品作EPA毒性浸出试验,测定样品 中重金属的浸出毒性；试验表明该污泥能达到国家规定的危险废物填埋标准。这种方法只是电镀污泥稳定化处理，没有实现有价金属资源化利用。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术中存在的不足，提供一种工艺简单、流程短、环境友好、能有效分离铬铁的盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于其工艺过程的步骤依次包括： 
（1）在含铬、铁的盐酸体系混合溶液中加入碱液调整溶液pH值；
（2）加入可溶性磷酸盐，进行磷酸沉铬反应，使磷酸铬与氢氧化铬形成复合共沉淀物；
（3）进行过滤分离，得到含铬沉淀物和含FeCl2滤液，实现铬铁选择性分离。
本发明的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的含铬、铁的盐酸体系混合溶液中铬离子含量为0.1-20g/L, 铁离子含量为0.1-20g/L。
本发明的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的加入碱液调整溶液pH值过程调整溶液pH值为0.5～2.5。
本发明的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸盐的添加量以磷酸根计，磷酸根与铬离子摩尔比为0.2～0.8。
本发明的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的进行磷酸沉铬反应过程的温度为60～90℃，反应时间为60～120min。
本发明的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的进行磷酸沉铬反应过程进行搅拌，搅拌的线速度为100～400 m/min。
本发明的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的过滤分离后，铬形成磷酸铬与氢氧化铬复合沉淀物留着滤饼中，铁保持在溶液中。
本发明的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其基理是由于盐酸具有一定的弱还原性，铬和铁成分浸出后基本保持在Cr3+、Fe2+状态，利用Cr3+、Fe2+的磷酸盐溶解度差异，能实现铬和铁的选择性沉淀分离，CrPO4·2H2O的溶度积Ksp为2.4×10-23，Cr(OH)3的溶度积Ksp为6.3×10-31，而Fe3(PO4)2微溶于水，易溶于酸，磷酸铬能与氢氧化铬结合生成胶体状复合沉淀物，通过调整溶液pH值、化学沉淀反应、过滤分离等工艺步骤，最终得到磷酸铬氢氧化铬复合沉淀物和含FeCl2滤液，铬和铁的回收率在98%以上，实现铬铁选择性分离提取，所得到的复合沉淀物可在后续进一步延伸加工成氯化铬或氢氧化铬产品，同时磷酸根可得到回收循环利用。
本发明本发明的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，具有以下优点：（1）工艺操作简单、流程短、成本低；（2）磷酸沉铬方法在较宽的离子浓度范围内具有强选择性，而且铬、铁分离效果理想，受氯离子影响很小；（3）可高效回收金属铬、铁，回收率均大于98％，经济效益显著；（4）过程中使用的磷酸盐沉淀剂可循环利用，生产过程无环境二次污染。
具体实施方式
一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其工艺过程的步骤依次包括：（1）在含铬、铁的盐酸体系混合溶液为含氯化铬、氯化亚铁溶液，其中铬离子含量0.1-20g/L, 亚铁离子含量0.1-20g/L，在混合溶液加入碱液调整溶液pH值为0.5～2.5；（2）加入可溶性磷酸盐，进行磷酸沉铬反应，可溶性磷酸盐可为磷酸钠，选择性沉淀分离铬和铁离子的反应添加的磷酸根与铬离子摩尔比为0.2～0.8，选择性铬铁沉淀分离反应过程是在60～90℃区间保温60～120min，过程中搅拌线速度控制为100～400 m/min，使磷酸铬与氢氧化铬形成复合共沉淀物；（3）进行过滤分离，得到含铬沉淀物和含FeCl2滤液，实现铬铁选择性分离；选择性铬铁过滤分离后，铬基本形成磷酸铬氢氧化铬复合沉淀物，铁基本以氯化亚铁保持在溶液中，达到铬、铁选择性分离效果。
实施例1 
盐酸体系铬、铁混合溶液中Cr含量为6.0 g/L，Fe含量为3.0 g/L，Cl含量为5.0 g/L，滴加适量NaOH溶液调整溶液pH至2.0，按磷酸根与铬离子摩尔比0.4的量加入磷酸钠，在90 ℃条件下保温60 min，过程中搅拌线速度控制在200 m/min，过滤得到磷酸铬氢氧化铬复合沉淀物，滤液中铬、铁浓度分别为0.12 g/L和2.97 g/L，铬回收率为98.02%，铁回收率为98.98%，铬铁分离系数49.5。
实施例2 
盐酸体系铬、铁混合溶液的中Cr含量为20.0 g/L，Fe含量为20.0 g/L，Cl含量为15.0 g/L，滴加适量NaOH溶液调整溶液pH至1.5，按磷酸根与铬离子摩尔比0.5的量加入磷酸钠，在80 ℃条件下保温90 min，过程中搅拌线速度控制在300 m/min，过滤得到磷酸铬氢氧化铬复合沉淀物，滤液中铬、铁浓度分别为0.22 g/L和19.73 g/L，铬回收率为98.85%，铁回收率为98.71%，铬铁分离系数89.7。
以上所述，仅为本发明的具体实施案例，但可以有许多改进和改变，因此本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于其工艺过程的步骤依次包括： 
（1）在含铬、铁的盐酸体系混合溶液中加入碱液调整溶液pH值；
（2）加入可溶性磷酸盐，进行磷酸沉铬反应，使磷酸铬与氢氧化铬形成复合共沉淀物；
（3）进行过滤分离，得到含铬沉淀物和含FeCl2滤液，实现铬铁选择性分离。
2.根据权利要求1所述的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的含铬、铁的盐酸体系混合溶液中铬离子含量为0.1-20g/L, 铁离子含量为0.1-20g/L。
3.根据权利要求1所述的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的加入碱液调整溶液pH值过程调整溶液pH值为0.5～2.5。
4.根据权利要求1所述的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸盐的添加量以磷酸根计，磷酸根与铬离子摩尔比为0.2～0.8。
5.根据权利要求1所述的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的进行磷酸沉铬反应过程的温度为60～90℃，反应时间为60～120min。
6.根据权利要求1所述的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的进行磷酸沉铬反应过程进行搅拌，搅拌的线速度为100～400 m/min。
7.根据权利要求1所述的一种盐酸体系溶液中的铬和铁选择性分离方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸盐为磷酸钠。
8.根据权利要求1所述的一种盐酸体系溶液中铬和铁的选择性分离方法，其特征在于所述的含铬和铁的盐酸体系溶液为电镀污泥盐酸浸出液。
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