CN114317963A - 一种分段催化氧化高效除铁的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段催化氧化高效除铁的工艺方法，所述工艺方法的过程为：首先对Fe2+进行催化氧化，氧化为Fe3+；再调整溶液pH使Fe3+以沉淀的形式脱除。本发明提出了分段催化氧化高效除铁，明确了催化氧化和沉淀脱除两个环节的工艺调控方法，具有高效除铁、深度脱除铁的特点，降低了中和剂消耗，减少了渣量产生，同时也降低了主金属损失，不引入其他杂质元素，条件温和，室温即可实现，无需高温高强度氧化，添加剂加入方式采用直接加入，操作简便，易于工业应用。

Description

一种分段催化氧化高效除铁的工艺方法

技术领域

本发明属于有色金属冶炼技术领域，涉及一种分段催化氧化高效除铁的工艺方法。

背景技术

铁元素是有色金属湿法冶炼过程中最为普遍存在的元素，在酸浸过程中会随着主金属的浸出而一同进入溶液。通常情况下，铁元素的浸出反应为不希望发生的副反应，铁离子进入浸出液中会严重影响后续工序或产品质量。因此，溶液中高效除铁是湿法冶金过程中重要的研究课题之一。

浸出液中铁元素一般以Fe³⁺和Fe²⁺形式存在，目前除铁主要有黄钾铁矾法、针铁矿法、赤铁矿法和中和水解法，这些方法均能够将浸出液中铁有效脱除，但各种方法均有一定的局限性，如黄钾铁矾法需要在温度80-95℃、存在阳离子、反应时间较长的条件下才能形成，所形成的铁矾渣会带走部分主金属，造成金属损失，而且最为重要的是所形成的铁矾渣是一种工业危废，无法妥善处置，只能堆存，造成了资源浪费和环境污染；针铁矿也需要在温度80-95℃下才能形成，而且控制难度较大，生产成本较高；赤铁矿形成条件苛刻，需要在高温高压条件下才能形成，设备投资和能耗较高；中和水解法存在反应时间长、除铁效率低且形成的沉淀渣过滤性能差，固液分离困难等问题。

针对以上方法的不足，为满足常温高效除铁的要求，部分学者提供了具有针对性的解决方案。

公开(公告)日：20160817，公开(公告)号：CN103911511B的中国专利公开了《一种从锌溶液中除铁的方法》，该发明利用SO₂/空气进行氧化除铁，其处理后铁含量降低Fe<0.01g/L，除铁时间最短0.5h，本工艺虽然实现了铁元素的脱除，但该工艺在实际生产中，体系氧势难以控制，操作难度大，除铁效果不理想。

公开(公告)日：20130731，公开(公告)号：CN102634662B的中国专利，公开了《一种用空气和二氧化硫混合气低温除铁的方法》，该发明先用碳酸钙调节除铁前液的pH值，并连续通入空气；接着通入空气和SO₂混合气进行氧化反应，并继续用碳酸钙调节pH值进行中和除铁。本发明保证了除铁效果且采用空气和SO₂混合气作为氧化剂，具有成本低的优点。但是该工艺先碳酸钙调节pH，而后用压缩空气脱除CO₂，工艺复杂繁琐，且氧化后的除铁后液中Fe²⁺含量最低在0.02g/L以下，除铁深度也不够高；除铁反应时间为3～5小时，除铁时间较长。

上述现有技术中，虽然公开了几种利用SO₂催化氧化除铁的技术方法，但都是一段氧化沉淀除铁，尚未提出将Fe²⁺的催化氧化和Fe³⁺的沉淀脱除分两段控制；且从未明确Fe²⁺催化氧化和Fe³⁺沉淀脱除两环节的具体调控方法，而且现有的SO₂催化氧化除铁技术在技术控制方面，存在稳定性差，重现性低，控制难度大等问题；在技术指标方面，还存在除铁时间较长(0.5～8h)，除铁不够彻底等问题，未能实现铁元素的高效深度脱除。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种分段催化氧化高效除铁的工艺方法，实现铁元素的高效深度脱除，对于有色金属冶炼具有重要的现实应用意义。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其技术原理为SO₂与氧气混合形成一种具有强氧化性的活性基团(SO₅ ^-)，该基团可快速氧化Fe²⁺为Fe³⁺，再通过调节溶液pH至3.5-4.5使得Fe³⁺以沉淀的形式沉淀脱除。

本发明将Fe²⁺氧化与Fe³⁺沉淀分为两段进行，第一段利用SO₂/空气快速氧化Fe²⁺为Fe³⁺，实现Fe²⁺高效氧化；第二段控制溶液pH至3.5-4.5使得Fe³⁺形成沉淀，实现铁离子的高效脱除。

所述方法包括如下步骤：

(1)Fe²⁺催化氧化过程控制：向溶液体系同时通入空气和添加剂，启动搅拌促使空气、添加剂和溶液充分混合；通过调控添加剂与空气配比进而控制体系氧化情况，一般控制添加剂形成的SO₂与通入空气体积比例为0.5～2.5％；控制通气速度1-100L/(L_-液·h)，添加中和剂控制初始pH为1.5～3.0左右；控制氧化时间0.5-3.0h，即可实现Fe²⁺的高效氧化。

Fe³⁺的沉淀过程控制：催化氧化之后再添加中和剂控制pH维持3.5-5.0，保持时间0.5-3h，铁沉淀率保持在99％以上。

进一步地，所述除铁工艺为分段控制，即第一段为控制Fe²⁺的催化氧化，第二段为控制Fe³⁺的沉淀脱除。

进一步地，所述除铁工艺的分段控制，不局限于两段控制，以催化氧化和中和除铁为目的的多段反应控制亦在本范畴内。

进一步地，所述原料为含Fe²⁺/Fe³⁺的浸出液或浸出矿浆。

进一步地，所述除铁过程温度控制一般室温10-35℃即可，在35-90℃也可以获得较好的除铁效果。

进一步地，所述添加剂为SO₂气体，还包括含SO₂的气体(含烟气)，液体SO₂以及焦亚硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等与酸反应形成SO₂的化合物等一系列替代物。

进一步地，所述空气除自然环境中的空气外，还包括一定浓度的富氧、纯氧、压缩空气和含有氧气的烟气等。

进一步地，所述添加剂加入方式包括以气体形式、以干粉加入和一定浓度的溶液加入。

进一步地，所述空气和添加剂同时添加，且将空气置于搅拌桨叶下方通入，促使空气、添加剂和溶液三者高效混合充分反应。

进一步地，所述添加的中和剂为氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙、氢氧化钠、活性氧化镁等碱性固体或浆液。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，具有以下有益效果：

(1)提出了分段催化氧化高效除铁：第一段为控制Fe²⁺的催化氧化，第二段为控制Fe³⁺的沉淀脱除，相比一段除铁技术，具有稳定性好、重现性高和易于控制等优点。

(2)明确了催化氧化和沉淀脱除两个环节的工艺调控方法。

(3)具有高效除铁的特点：反应时间缩短，催化氧化1.5-3.0h之后，控制pH为3.5-5.0保持0.5h-3h，即可将脱除完全。

(4)具有深度脱除铁的特点：控制pH保持在3.5-4.5即可将铁元素完全脱除，溶液中残余铁含量低于10mg/L。

(5)优化了过程控制，降低了中和剂消耗，减少了渣量产生，同时也降低了主金属损失。

(6)不引入其他杂质元素，是一种清洁的除杂方法。

(7)条件温和，室温即可实现，无需高温高强度氧化。

(8)添加剂加入方式采用直接加入，操作简便，易于工业应用。

附图说明

图1为本发明工艺方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

实施例1

为了处理某冶炼厂含铁浸出液，首先对其进行化学分析，其主要成分为：

元素	Cu	Co	Fe	H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>
					含量(g/L)	0.38	6.5	6	10-20

采用本发明对以上浸出液进行处理，具体步骤如下：

(1)焦亚硫酸钠的配制：取一定量的焦亚硫酸钠置于烧杯中，加入一定量水，在室温条件下溶解形成溶液。

(2)Fe²⁺催化氧化过程控制：取一定体积的上述浸出液于烧杯中，向溶液体系稳定通入空气和焦亚硫酸钠溶液，启动搅拌促使空气、焦亚硫酸钠和溶液高效充分混合；通过调控焦亚硫酸钠溶液与空气配比进而控制体系氧化情况，控制添加剂形成的SO₂与通入空气体积比例为2％；控制通气速度25L/(L_-液·h)，添加少许氧化钙乳液控制初始pH为1.5～3.0；控制氧化时间1.5-3.0h。

(3)Fe³⁺的沉淀过程控制：催化氧化1.5-3.0h之后继续添加氧化钙乳液控制pH维持3.5-4.5，保持时间0.5-3h，固液分离后取上清液分析溶液铁含量。

试验结果为：溶液中残余铁含量10mg/L，铁脱除率能够达到99％以上。

实施例2

取刚果金某厂低铜萃余液1000ml，置于烧杯中，开启搅拌，并添加一定量提前配置好的石灰乳，控制溶液pH稳定在1.5-3.0之间。同时通入SO₂和空气的混合气体，SO₂和空气的体积比为2.5％，通气量为45L/h。通气反应2h后，再继续加入石灰乳，控制pH稳定在4.0左右。随着水解反应的进行，过程中会释放出硫酸，需要不断补加石灰乳，但应控制石灰乳的加入速度，防止加入过快，造成局部过碱，有价金属损失升高。第二阶段中和反应1h后过滤，溶液中铁浓度小于5mg/L，有价金属损失率小于2％。

实施例3

取一定量高冰镍选择性浸出后的铜渣，经硫酸化焙烧后，焙砂进行酸性浸出。浸出液在进入电积工序之前需进行除铁作业。在室温条件下，加入石灰乳，调节体系pH至2.0左右，通入SO₂和空气的混合气体，SO₂和空气的体积比为1.5％，通气量为50m³/(m³液·h)。通气反应2h后，体系氧化能力升高后再继续加入石灰乳，控制pH稳定在4.0左右，过程中需持续缓慢加入石灰乳，继续反应1h后，溶液中铁浓度可将至0.01g/L以下。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法的过程为：首先对Fe²⁺进行催化氧化，氧化为Fe³⁺；再调整溶液pH使Fe³⁺以沉淀的形式脱除。

2.如权利要求1所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，Fe²⁺催化氧化的过程为：向Fe²⁺的溶液体系同时通入空气和添加剂，启动搅拌促使空气、添加剂和溶液充分混合，实现Fe²⁺的氧化。

3.如权利要求2所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，所述添加剂为SO₂气体，或者含SO₂的气体、液体SO₂以及焦亚硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸盐与酸反应形成SO₂的化合物。

4.如权利要求3所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，所述添加剂中的SO₂与通入空气体积比例为0.5～2.5％。

5.如权利要求4所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，向Fe²⁺的溶液体系中通气速度为1-100L/(L_-液·h)，添加中和剂控制初始pH为1.5～3.0，控制氧化时间0.5-3.0h，实现Fe²⁺的氧化。

6.如权利要求5所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，Fe³⁺沉淀脱除时，溶液中添加中和剂控制pH维持3.5-5.0，保持时间0.5-3h。

7.如权利要求6所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，Fe²⁺的溶液体系为含Fe²⁺的浸出液或浸出矿浆。

8.如权利要求6所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，Fe²⁺溶液体系通入的空气为自然环境中的空气，或者富氧、纯氧、压缩空气、含有氧气的烟气。

9.如权利要求6所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，所述添加剂加入方式包括以气体形式、以干粉形式或溶液形式。

10.如权利要求6所述的分段催化氧化高效除铁的工艺方法，其特征在于，所述中和剂为氧化钙、碳酸钙、氢氧化钙、氢氧化钠、活性氧化镁中的一种或几种碱性固体或浆液。

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