CN113215589B - 一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法 - Google Patents

一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其包括如下步骤：a、将铁合金置于电解液中作为阳极，电解液的pH值为4‑6，通入含氧气体，进行电解溶出，得到含有铁氢氧化物和其他金属盐的浑浊液；b、将所述步骤a得到浑浊液过滤分离，得到氢氧化铁和其他金属盐溶液。本发明的方法中，铁元素的分离不需要消耗酸，也不需要消耗大量的沉淀剂，分离过程中仅仅采用清洁的电能即可以实现铁与其他有价金属元素的有效分离，分离成本低，提高了经济效益。

Description

一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法
技术领域
本发明属于合金回收技术领域，具体涉及一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法。
背景技术
铁合金如镍铁、钴铁等重金属与铁形成的合金，若将合金中的铁和其他金属元素分离回收通常采用湿法分离，采用硫酸等酸类将合金溶解，溶解后形成铁与其他金属的盐溶液，再采用分步化学沉淀或者萃取的方法，对其进行分离回收。
如镍铁，通用方法是采用硫酸进行溶解，形成硫酸镍和亚铁溶液，首先将该溶液进行氧化沉淀除铁，加入碱性中和剂调整终点pH到4.8左右，使铁氧化沉淀，过滤后获得含镍溶液，可以经过沉淀酸溶后进行萃取除杂，也可以直接进行萃取除杂，获得纯净的硫酸镍溶液，然后采用成熟工艺制备电解镍、硫酸镍晶体等产品。但现有技术的缺点在于铁消耗了大量的硫酸，之后需要消耗大量的沉淀剂，回收成本高。
因此，急需开发一种经济有效的从铁合金中回收铁与其他金属元素的方法。
发明内容
本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前对铁合金采用湿法回收铁和其他金属元素的过程中，需要消耗大量的酸和沉淀剂，回收成本高。
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，该方法中，铁元素的分离不需要消耗酸，也不需要消耗大量的沉淀剂，分离过程中仅仅采用清洁的电能即可以实现铁与其他有价金属元素的有效分离，分离成本低，提高了经济效益。
根据本发明实施例的一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其包括如下步骤：
a、将铁合金置于电解液中作为阳极，电解液的pH值为4-6，通入含氧气体，进行电解溶出，得到含有铁氢氧化物和其他金属盐的浑浊液；
b、将所述步骤a得到浑浊液过滤分离，得到氢氧化铁和其他金属盐溶液。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法带来的优点和技术效果，1、本发明实施例的方法中，将铁合金直接置于电解液中作为阳极进行溶解，控制电解液pH在4～6之间，同时通入含氧气体，作为阳极的铁合金不断溶出，阴极析出氢气，对于铁元素，阳极过程是金属溶出的过程，反应中铁的溶出并不消耗酸碱，直接形成了铁的氢氧化物，后续可以通过过滤的方法进行液固分离，得到氢氧化铁产品；对于铁合金中的其他重金属元素，阳极为金属态离子化的过程，由于pH控制为4-6，不在这些重金属元素开始沉淀的pH范围之内，低于其开始沉淀的pH，因此，这些重金属元素以金属盐的形式存留在溶液中；2、本发明实施例的方法中，由于铁元素在电解的过程中直接生成氢氧化物沉淀，不消耗酸液，也无需再加入沉淀剂对铁进行沉淀处理，节约了大量的酸和沉淀剂，降低了分离成本；3、本发明实施例的方法中，铁合金中的铁元素在电解过程中直接以氢氧化物沉淀的形式与其他金属分离，分离后的其他金属盐溶液中铁元素含量低于5ppm，实现了铁与其他金属元素的有效分离，提高了铁元素和其他金属元素的回收率。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述电解阳极电流密度为50-500A/m2。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述含氧气体的通入量为0.2-0.8Nm3/m3 电解液·min。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述含氧气体为氧气或空气。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述电解过程中温度为20-90℃。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤b中，向所述含有氢氧化铁和其他金属盐的浑浊液中继续通入含氧气体，氧化时间为5-60min，温度为20-90℃，之后分离得到氢氧化铁和其他金属盐溶液。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤b中，将得到的其他金属盐溶液采用离子交换、萃取或化学沉淀的方式提纯回收其他金属元素。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述铁合金为镍铁合金、钴铁合金、镍钴铁合金、锌铁合金或铜铁合金。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述电解采用的电解槽为方槽或搅拌式圆槽。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述电解液为硫酸电解液、硝酸盐电解液或氯化物电解液。
附图说明
图1是本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法的流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，根据本发明实施例的一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其包括如下步骤：
a、将铁合金置于电解液中作为阳极，电解液的pH值为4-6，通入含氧气体，进行电解溶出，得到含有铁氢氧化物和其他金属盐的浑浊液；
b、将所述步骤a得到浑浊液过滤分离，得到氢氧化铁和其他金属盐溶液。
本发明实施例的方法中采用电解的方式处理铁合金，将铁合金作为阳极进行溶解，控制电解液pH在4～6之间，同时在电解槽中通入含氧气体，阳极不断溶出，阴极析出氢气，涉及的反应如下：
对于铁：阳极：Fe+2OH--2e＝Fe(OH)2
4Fe(OH)2+O2+2H2O＝4Fe(OH)3
阴极：2H++2e＝H2
总反应：Fe+2.5H2O+0.25O2＝Fe(OH)3+H2
对于重金属：阳极：Me+-2e＝Me2+
阴极：2H++2e＝H2
总反应：Me+H2SO4＝H2+MeSO4
对于铁元素，阳极电解的过程是金属溶出的过程，反应中铁的溶出不消耗酸碱，直接形成了铁的氢氧化物，可以通过过滤的方法进行液固分离，得到氢氧化铁产品；阴极发生析氢反应，从总反应方程式可以看出，铁的溶出过程不会引起总体pH的变化。
对于其他重金属元素，阳极为金属态离子化的过程，阴极仍为析氢反应。从总反应方程式可以看出，重金属Me的溶出过程会消耗酸，引起总体pH的升高，因此反应过程中需要对pH进行调整控制，以使pH控制在4-6，在这种pH条件下，重金属由于pH控制位置不在其开始沉淀的pH范围之内，低于其开始沉淀的pH，所以重金属元素以离子形态存留在溶液中。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法带来的优点和技术效果，1、本发明实施例的方法中，将铁合金直接置于电解液中作为阳极进行溶解，控制电解液pH在4～6之间，同时通入含氧气体，作为阳极的铁合金不断溶出，阴极析出氢气，对于铁元素，阳极过程是金属溶出的过程，反应中铁的溶出并不消耗酸碱，直接形成了铁氢氧化物，后续可以通过过滤的方法进行液固分离，得到氢氧化铁产品；对于铁合金中的其他重金属元素，阳极为金属态离子化的过程，由于pH控制为4-6，不在这些重金属元素开始沉淀的pH范围之内，低于其开始沉淀的pH，因此，这些重金属元素以金属盐的形式存留在溶液中；2、本发明实施例的方法中，由于铁元素在电解的过程中直接生成氢氧化物沉淀，不消耗酸液，也无需再加入沉淀剂对铁进行沉淀处理，节约了大量的酸和沉淀剂，降低了分离成本；3、本发明实施例的方法中，铁合金中的铁元素在电解过程中直接以氢氧化物沉淀的形式与其他金属分离，分离后的其他金属盐溶液中铁元素含量低于5ppm，实现了铁与其他金属元素的有效分离，提高了铁元素和其他金属元素的回收率。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述电解阳极电流密度为50-500A/m2。本发明实施例中优选了电流密度，电流密度如果过高会使阳极发生析氧反应，造成阳极电流效率下降，如果电流密度过低，电解溶出速度过慢，造成生产效率低下。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述含氧气体为氧气或空气，优选地，所述含氧气体的通入量为0.2-0.8Nm3/m3 电解液·min。本发明实施例中，通入含氧气体，将Fe(OH)2氧化成稳定的Fe(OH)3沉淀。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述电解过程中温度为20-90℃。本发明实施例的方法中，对电解过程的温度没有特别要求，温度适用范围广，优选为20-90℃，温度过高会降低氧气的溶解度，影响Fe(OH)2的氧化。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤b中，向所述含有铁氢氧化物和其他金属盐的浑浊液中继续通入含氧气体，优选地，通入量为0.2-0.8Nm3/m3 浑浊液·min，氧化时间为5-60min，温度为20-90℃，之后分离得到氢氧化铁和其他金属盐溶液。本发明实施例中，在电解后优选地继续向含有铁氢氧化物和其他金属盐的浑浊液中通入含氧气体，将电解过程中未完全氧化的Fe(OH)2继续氧化成稳定的Fe(OH)3沉淀。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤b中，将得到的其他金属盐溶液采用离子交换、萃取或化学沉淀的方式提纯回收其他金属元素。本发明实施例的方法中，对其他金属盐溶液可以采用传统的方式对有价金属进一步富集提纯，之后采用传统电解、蒸发结晶的方式生产金属或金属盐类产品。本发明实施例中的电解液可以循环使用，当采用化学沉淀法回收其他金属元素时，需要加入沉淀剂，溶液的pH会升高，沉淀后的液相返回电解槽继续作为电解液时需要调节pH，以满足本发明实施例的方法中对电解过程pH值的要求；当采用萃取或离子交换方式回收其他金属元素时，氢基的树脂和萃取剂萃取过程中释放出当量的氢离子，液相可以直接返回电解槽作为电解液，无需再调整pH。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述铁合金为镍铁合金或钴铁合金。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，铁合金作为阳极，铁合金可以采用钛、石墨等导电篮筐承接，也可以将铁合金板、棒直接和电解液接触，所述电解过程采用的电解槽为方槽或搅拌式圆槽。
根据本发明实施例的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其中，所述步骤a中，所述电解液为硫酸电解液、氯化物体系电解液或硝酸盐体系电解液。
下面结合实施例详细描述本发明。
实施例1
取镍铁合金，该合金中Ni的质量百分含量为9％。
将该镍铁合金直接置入电解液中，电解槽采用搅拌式圆槽，电解阳极电流密度为200A/m2，电解液中加入硫酸调节控制pH为4.8，温度为40℃，电解过程中向电解液中通入氧气，通入量为0.5Nm3/m3 电解液·min，采用电解的方式进行溶出，铁以氢氧化物的形式悬浮于液相中，镍元素溶入液相中，得到含有铁氢氧化物和硫酸镍的浑浊液。
向浑浊液中继续通入氧气，氧气通入量为0.5Nm3/m3 浑浊液·min，氧化时间为15min，温度为40℃。将氧化后的浑浊液进行过滤洗涤，分离得到氢氧化铁产品和含镍溶液。含镍溶液中铁元素含量为4ppm，镍元素的电解溶出率为99.5％。
将含镍溶液采用化学沉淀法生产氢氧化镍中间产品，加入氢氧化钠沉淀溶液中的镍,氢氧化钠浓度为20％，终点pH控制为8.0，沉淀时间为3h，温度为40℃，得到氢氧化镍产品。
采用本发明实施例的方法，铁回收率为99.5％，镍回收率为99.2％，
实施例2
取铁钴合金，该合金中钴的质量百分含量为3％。
将该铁钴合金直接置入电解液中，电解槽采用搅拌式圆槽，电解阳极电流密度为400A/m2，电解液中加入硫酸调节控制pH为5.2，温度为50℃，电解过程中向电解液中通入氧气，通入量为0.7Nm3/m3 电解液·min，采用电解的方式进行溶出，铁以氢氧化物的形式悬浮于液相中，钴元素溶入液相中，得到含有铁氢氧化物和硫酸钴的浑浊液。
向浑浊液中继续通入氧气，氧气通入量为0.4Nm3/m3 浑浊液·min，氧化时间为20min，温度为50℃。将氧化后的浑浊液进行过滤洗涤，分离得到氢氧化铁产品和含钴溶液。含钴溶液中铁元素含量为3ppm，钴元素的电解溶出率为99.6％。
将含钴溶液采用化学沉淀法生产氢氧化钴中间产品，加入氢氧化钠沉淀溶液中的钴,氢氧化钠浓度为25％，终点pH控制为8.2，沉淀时间为3h，温度为50℃，得到氢氧化钴产品。
采用本发明实施例的方法，铁回收率为99.4％，钴回收率为99.3％，
对比例1
对比例1的方法与实施例2的方法相同，不同之处在于，电解pH不同，对比例1的方法中采用的电解液中加入硫酸调节控制pH为6.5。
采用对比例1的方法，铁回收率99％，钴回收率30％。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、将铁合金置于电解液中作为阳极，所述电解液为硫酸电解液、硝酸盐电解液或氯化物电解液，电解液的pH值为4.8-6，通入含氧气体，进行电解溶出，电解阳极电流密度为50-500A/m2，所述含氧气体为氧气或空气，所述含氧气体的通入量为0.2-0.8Nm3/m3 电解液·min，得到含有铁氢氧化物和其他金属盐的浑浊液，其中，所述铁合金为镍铁合金、钴铁合金、镍钴铁合金、锌铁合金或铜铁合金，电解过程中温度为20-90℃；
b、向所述步骤a得到的含有铁氢氧化物和其他金属盐的浑浊液中继续通入含氧气体，通入量为0.2-0.8Nm3/m3 浑浊液·min，氧化时间为5-60min，温度为20-90℃，之后分离得到氢氧化铁和其他金属盐溶液，将得到的其他金属盐溶液采用离子交换、萃取或化学沉淀的方式提纯回收其他金属元素。
2.根据权利要求1所述的铁合金中铁与其他金属元素的分离方法，其特征在于，所述步骤a中，所述电解采用的电解槽为方槽或搅拌式圆槽。
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