CN103831442B - 一种由铜镍渣制备铁精粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种由铜镍渣制备铁精粉的方法，具体步骤为：将经过磨矿处理后的铜镍渣用浓度不同的无机酸按分步浸出，固液分离得浸出液I和浸出渣I，然后加入氧化剂在酸性条件下将浸出液I中的Fe²⁺离子氧化成为Fe³⁺离子，再将一定量的铜镍渣加入上述氧化后的液体中调节酸度至铁离子完全析出，进行固液分离II得到的分离渣II经洗涤、低温焙烧、研磨后得到含铁65%以上的铁精粉。

Description

一种由铜镍渣制备铁精粉的方法

技术领域

本发明属于固体废物综合利用与化工生产技术领域，具体涉及一种由铜镍渣制备铁精粉的方法。

背景技术

铁精粉又叫铁粉，铁矿石(含有铁元素或铁化合物的矿石)经过破碎、磨碎、选矿等加工处理成矿粉叫铁精粉。在理论上来说，凡是含有铁元素或铁化合物的矿石都可以叫做铁矿石；但是，在工业上或者商业上来说，铁矿石不但是要含有铁的成份，而且必须有利用的价值才行。以目前的标准来看，矿石中的平均含铁量大约在25％以上才被称为有利用价值的铁矿石。

铁精粉主要用于粉末冶金、机械零件制造等行业。铁精粉在粉末冶金生产中用量最大，其耗用量约占金属粉末总消耗量的85％左右；铁精粉的主要市场是制造机械零件，其所需铁精粉量约占铁粉总产量的80％。铁精粉也在食品包装中用作防腐剂，其作用简单来说就是同时吸收水和氧气，而一般干燥剂只能够吸水。另外铁精粉作为钢铁厂炼铁用的主要原料之一，它的生产起着举足轻重的作用。因此在提高产品质量、减少生产成本、优化工艺流程、减少环境污染等方面，对能源日趋短缺的今天而言定会有明显的经济效益和社会效益。

随着矿产资源的大量开发和可利用矿物的日益贫乏，矿物渣作为二次资源已经受到世界各国的重视。目前国内生产铁精矿的原料来源主要包括：硫铁矿和硫酸亚铁、氧化铝赤泥、瓦斯泥(高炉粉尘)、硫酸渣、铁矿石，少数原料来源于稀土尾矿、氰化提金废渣、有色选矿废料、工业含铁尾矿、戈壁滩沙铁矿、海沙铁矿、钢渣、贫锡尾矿等。

已有的铁精粉生产工艺可以归纳为以下两条路线：一是用湿法浸出后向酸浸溶液中加入铁屑还原铁离子，制备七水硫酸亚铁固体，七水硫酸亚铁脱水制备一水硫酸亚铁或者无水硫酸亚铁，加入硫磺或碳高温还原焙烧；但该工艺中无水硫酸亚铁过滤除杂工艺流程复杂、能耗高；采用传统沸腾炉焙烧一水硫酸亚铁或无水硫酸亚铁与硫磺，硫磺易升华为硫蒸气，硫酸亚铁在沸腾层分解需大量吸热，因此沸腾层难以维持、操作困难；炉内是还原气氛还是氧化气氛不明，硫酸亚铁分解率不可能太高。二是采用还原焙烧-磁选工艺，将原料与碳等还原剂在900℃以上高温焙烧，烧结矿物经磁选、破碎获得铁精粉；该工艺煅烧温度高、能耗高、碳消耗量大，经高温焙烧后，渣中磁铁矿与矿石之间多以连生体形式存在，常规方法处理很难获得理想的分选效果。

发明内容

本发明针对现有技术上的不足，提供一种以铜镍渣为原料制备铁精粉的方法，该制备方法简单，原料便宜易得，能耗低，制备过程环境友好，且制备得到的铁精粉中的含铁量达到65％以上。

具体技术方案

一种由铜镍渣制备铁精粉的方法，将铜镍渣研磨成矿粉后，与无机酸混合，维持温度为40～70℃，无机酸的质量百分比浓度为30～80％的条件下，浸出30～90min，得到酸浸出浆液；在所得酸浸出浆液中加入水将无机酸的质量百分比浓度调节到5～25％，进一步在20～60℃的温度条件下，浸出45～94min后，进行固液分离I，得到浸出液I和浸出渣I；然后加入氧化剂至浸出液I中，将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，氧化完全后加入铜镍渣调节pH至1.5～6.0，得到沉淀(即氢氧化铁沉淀)，再进行固液分离II，得分离液II和分离渣II；将洗涤得到的分离渣II通过烘干、焙烧、研磨得到铁精粉；

所述的铜镍渣主要包括以下组分：Cu>0.15wt％,Ni>0.05wt％，SiO₂<50wt％，Fe>20wt％；

所述的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸中一种或几种。

在所得酸浸出浆液中加入水将无机酸的质量百分比浓度调节到5～20％。

所加入的氧化剂为空气、氧气或双氧水中的一种或几种。

所述的铜镍渣研磨后的粒度为40～325目。

与无机酸混合时，所述的无机酸用量为铜镍渣中铁的理论摩尔量的0.5～1.8倍。

本发明使用铜镍渣调节pH，所用铜镍渣的粒度为40-325目。

所述烘干温度为100±20℃。优选烘干时间为1.5-3h。

所述焙烧温度为150～300℃。优选焙烧时间为0.5～3.0h。

本发明的有益效果在于，本发明首次使用分步浓差浸出方式将廉价废渣铜镍渣中的铁高效浸出；即在合适的温度条件下，先采用浓无机酸对铜镍渣浸出适当时间，再将浓无机酸稀释后进一步浸出适当时间，这样一方面能将SiO₂快速析出，避免了高活性硅的大量溶出，有效防止硅凝胶的产生，使浸出浆料能快速有效固液分离；另一方面，铁浸出率高，而铜钴镍浸出率低，使铜钴镍有效富集在固相中。本发明使用铜镍渣为原料，通过各个步骤的相互配合制备得到含铁量达到65％以上的铁精粉。且本发明的制备方法简单，原料廉价易得，通过首先对铜镍渣进行分步浸出，获得了固液分离效果好，且浸出过程中需要的热量通过浓酸稀释时放出的热量进行补充，使能量得到了充分利用。此外，在氧化过程中使用的氧化剂廉价易得。反应过程中使用铜镍渣调节pH值，在节省原料的同时能够提高铁精粉中铁的含量。相对于现有技术，本发明的反应条件温和，焙烧温度低，对反应装置的要求低，反应步骤简单，制得的铁精粉中铁的含量高，具有很好的工业化应用前景。

附图说明

【图1】为本发明的工艺流程图。

【图2】为本发明实施例1的分步浓差浸出方法和对比实施例1直接酸浸法获得的浸出浆料的对比图：A为直接酸浸法获得的浸出浆料；B为本发明的浸出方法获得的浸出浆料。

具体实施方式

下述实施例中使用的铜镍渣主要包括以下组分：Cu>0.15wt％,Ni>0.05wt％，SiO₂<50wt％，Fe>20wt％；

实施例1

1、分步浓差法浸出

将100kg铜镍渣(120目)加入第一级浸出槽，同时加入50kg水和50kg硫酸，在50℃下搅拌浸出35min；再将第一级浸出的矿浆打入第二级搅拌浸出槽，同时加入水400kg，室温下搅拌浸出60min，进行固液分离，得到浸出液I和浸出渣I。

2、氧化

以空气作为氧化剂，将浸出液I中Fe²⁺离子氧化成Fe³⁺离子。

3、沉淀

取氧化后的液体，加入1.4kg铜镍渣，调节溶液的pH值为3.1，沉淀完全后进行固液分离，得到分离液II和分离渣II。

4、洗涤、焙烧、研磨

所得50kg分离渣II用水洗涤3次至洗涤液中无硫酸根离子。在105℃下烘2h，再将烘干后的分离渣II放入焙烧炉中在200℃下焙烧1.5h，研磨后得到20kg含铁72％的铁精粉。

实施例2

1、分步浓差法浸出

将100kg铜镍渣80目加入第一级浸出槽，同时加入40kg水和60kg硫酸，在65℃下搅拌浸出40min；再将第一级浸出的矿浆打入第二级搅拌浸出槽，同时加入水150kg，室温下搅拌浸出90min，浸出时同时补加少量浓硫酸保持浸出终点pH＝1.0，浸出完毕后，进行固液分离，得到浸出液I和浸出渣I。

2、氧化

以空气作为氧化剂，将浸出液I中Fe²⁺离子氧化成Fe³⁺离子。

3、沉淀

取氧化后的液体，加入1.7kg铜镍渣，调节溶液的pH值为3.2，沉淀完全后进行固液分离，得到分离液II和分离渣II。

4、洗涤、焙烧、研磨

所得分离渣II用水洗涤3次，洗涤时的液固比为1:1，洗涤至洗涤液中无硫酸根离子。在105℃下烘2h，再将烘干后的分离渣II放入焙烧炉中在180℃下焙烧1.5h，研磨后得到18kg含铁82％的铁精粉。

针对本发明的浸出方法及效果，本发明作出如下对比试验。

对比实施例1

1、磨矿

采用闭路磨矿方案，将铜镍渣经过振动给料器给料，由皮带输送机送入磨机；达到70～75％-80目的粒度要求后，经螺旋输送机及斗式提升机提升至粉料仓，备用。

2、浸出

将粉料仓中已粉磨好的铜废渣100kg称量后加入到浸出槽，同时按比例加入水和硫酸，硫酸的加入量为理论(铁摩尔含量)的1.1倍，保持浸出时矿浆中硫酸酸质量百分比浓度为30％，在温度为50℃条件下浸出80min后矿浆形成凝胶，无法固液分离，浸出效果如图2中A所示，从图中可以看出胶体凝固，根本无法进行下一步处理。

对比实施例2

1、磨矿

采用闭路磨矿方案，将铜镍渣经过振动给料器给料，由皮带输送机送入磨机；达到70～75％-200目的粒度要求后，经螺旋输送机及斗式提升机提升至粉料仓，备用。

2、浸出

将粉料仓中已粉磨好的铜废渣100kg称量后加入到浸出槽，同时按比例加入水和盐酸，盐酸的加入量为理论(铁摩尔含量)的0.9倍，保持浸出时矿浆中盐酸浓度为5％，在温度为90℃条件下浸出45min后矿浆形成凝胶，无法固液分离。

对比实施例3

铜镍渣磨碎至-200目，取100g矿粉待用，在300r/min的搅拌条件下，将矿粉缓慢加入到质量百分比浓度为50％的硫酸溶液中进行反应，保持温度在60℃，矿粉的加入速度维持液固质量比为7:1，反应终点的酸浓度控制在pH小于4，反应2小时后，抽滤固液分离，滤渣用水洗2次，烘干后重25g；滤液放置30分钟后大量硅胶颗粒产生，抽滤后产生的硅胶颗粒，所得滤液继续变成混浊，慢慢变成凝胶，进一步处理回收溶液中的有价金属困难。

Claims (10)

1.一种由铜镍渣制备铁精粉的方法，其特征在于，将铜镍渣研磨成矿粉后，与无机酸混合，维持温度为40～70℃，无机酸的质量百分比浓度为30～80%的条件下，浸出30～90min，得到酸浸出浆液；在所得酸浸出浆液中加入水将无机酸的质量百分比浓度调节到5～25%，在20～60℃的温度条件下，浸出45～95min后，进行固液分离I，得到浸出液I和浸出渣I；然后加入氧化剂至浸出液I中，将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，氧化完全后加入铜镍渣调节pH至1.5～6.0，得到沉淀，再进行固液分离II，得分离液II和分离渣II；将洗涤得到的分离渣II通过烘干、焙烧、研磨得到铁精粉；

所述的铜镍渣主要包括以下组分：Cu>0.15wt%,Ni>0.05wt%，SiO₂<50wt%，Fe>20wt%；

所述的无机酸为盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氟酸中一种或几种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所得酸浸出浆液中加入水将无机酸的质量百分比浓度调节到5～20%。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所加入的氧化剂为空气、氧气或双氧水中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铜镍渣研磨后的粒度为40～325目。

5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，与无机酸混合时，所述的无机酸用量为铜镍渣中铁的理论摩尔量的0.5～1.8倍。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用铜镍渣调节pH，所用铜镍渣的粒度为40-325目。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的烘干温度为100±20℃。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的烘干时间为1.5-3h。

9.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述的焙烧温度为150～300℃。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述焙烧时间为0.5～3.0h。