CN115094240B

CN115094240B - 一种含铁废渣中铁铅分离和铁元素富集的方法

Info

Publication number: CN115094240B
Application number: CN202210877470.0A
Authority: CN
Inventors: 颜旭; 林璋; 曾烨婧; 王云燕; 鲁兴武; 闵小波; 柯勇; 梁彦杰; 田晨
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2022-12-06
Anticipated expiration: 2042-07-25
Also published as: CN115094240A

Abstract

本发明公开了一种含铁废渣中铁铅分离和铁元素富集的方法。包括步骤：S1，将含铁废渣以一定的固液比充分分散于一定浓度的氯化盐溶剂中，得待反应液；S2，将所述待反应液转移至水热釜中进行水热反应，并在所述水热反应结束后进行固液分离，得铁富集沉淀物和含铅分离液。本发明可以实现从含铁废渣中进行铁铅的有效分离和铁元素的富集，Pb分离率达到91%；铁富集率可达89%。实现危废的二次利用，提高资源的利用率。

Description

一种含铁废渣中铁铅分离和铁元素富集的方法

技术领域

本发明涉及含铁危废中金属离子的分离富集，尤其涉及一种水热法实现含铁危废中铁铅分离和铁元素富集的方法。

背景技术

铁作为地壳中含量第二的金属，被广泛应用于我们的生活与生产实践之中，是目前最主要的一种金属材料。铁及其化合物的应用几乎涉及人类社会各个领域，高层建筑、工程机械、精密仪器、航空航天、高速铁路、能源设施等都与铁息息相关。铁还是很多矿物的组成元素之一，很多金属的冶炼原料都是铁矿物，除此之外，铁元素还是人体所需的必要微量元素之一，由此可见铁的重要性。

冶炼行业是国民经济的重要基础工业，为我国社会经济发展做出了重要的贡献，但同时冶炼行业也是高能耗、高污染的行业。在加工生产的过程中，伴随着产品的产出，大量的废水、废气以及废渣等被排放出来。其中有色冶炼会产生大量的含铁废渣，是冶炼行业主要面临的固体废弃物之一。锌冶炼过程中产生的铁矾渣是有色冶炼中典型的含铁危废。

湿法炼锌的浸出过程中，常采用黄钾铁矾法、赤铁矿法、针铁矿法除铁，分别对应产生铁矾渣、针铁矿渣、赤铁矿渣。铁矾渣渣量大，含铁低、含锌高，一般情况下很难进行回收利用。据统计，一个年产10万吨电锌的湿法炼锌厂，每年产出的铁矾渣约为3-5万吨，中国铁矾渣的年产量约为100万吨。铁矾渣渣量大、成分杂，并且含有很多有毒有害的重金属，利用难度相对较大，另一方面，铁矾渣是含有大量的铁、锌和多种有价金属元素的二次资源，如果不进行合理利用，既会造成资源浪费，又对环境和人体构成威胁。

目前铁矾渣中重金属提取分离的常用手段包括浸出等。刘鹏飞等在论文中采用硫酸和盐酸对黄钾铁矾渣中Fe等金属进行浸出。Fe的浸出率可达80 %。但是需要用到大量的酸，且还需对浸出液进行后续处理才可以对提取出来的金属加以利用。楚铭等在论文中采用水热的方法处理铁矾渣，铁矾物相的转化率可达95%，铁矾转化渣中主要物相为赤铁矿，其含量为68 %。但是铅等重金属仍然以硫酸铅的形式留在转化渣中。

因此探究含铁危废的重金属高效分离方法，充分利用其中的铁、锌和多种有价金属，对实现大冶金产业循环链接，构建资源循环型产业体系，提高资源利用效率具有重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的是提供了一种水热法实现含铁危废中铁铅分离和铁元素富集的方法，旨在解决上述含铁危废二次利用难度大及重金属难以高效分离的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种含铁废渣中铁铅分离和铁元素富集的方法，包括步骤：

S1，将含铁废渣充分分散于矿相转化调控剂溶液中，得待反应液；

S2，将所述待反应液进行水热反应，水热反应结束后进行固液分离，得铁富集沉淀物和含铅分离液。

所述含铁废渣为铁钒渣。铁钒渣包括：黄钾铁钒渣、黄钠铁矾渣或者铅矾渣中的至少一种。

在所述步骤S1中，所述待反应液固液比为10:1-25:1。

在所述步骤S1中，所述矿相转化调控剂包括：氯化盐。

所述步骤S1中，所述氯化盐包括：氯化钾、氯化钠中的至少一种。

所述矿相转化调控剂溶液浓度不超过300 g/L。

所述矿相转化调控剂溶液浓度优选为200-300g/L。

所述水热反应的温度为200℃~300℃，优选为200-220℃。

所述水热反应的时长为2~12小时，优选4-6小时。

进一步地，所述铁富集沉淀物为赤铁矿。

本发明的主要原理包括：在水热条件下使含铁废渣发生矿相转变释放内部的铅，此过程中吸附态铅与包夹态铅也被释放，同时调控剂的存在阻止铅与硫酸根结合生成硫酸铅，使其留在溶液中，实现铁铅分离。

本发明基于金属离子沉淀性质差异，利用水热使得矿相发生变化，实现金属离子的有效脱出，并且通过调控剂调节溶液中金属离子的沉淀行为，使铁转化为含铁沉淀物，铅离子存留在溶液中，有效提高了金属分离率，实现含铁废渣中铁、铅元素的有效分离，解决了含铁危废二次利用难度大及重金属难以高效分离的技术问题。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明可以实现从含铁废渣中进行铁、铅元素的有效分离，危废的二次利用，提高资源的利用率。本发明通过采用水热法构建含铁危废中金属离子脱出反应体系的同时，氯化盐调控剂的引入成功实现铁、铅元素的有效分离。相比于酸浸并调控pH形成氢氧化物，减少了酸碱的使用，避免了因pH不均匀而造成金属离子共沉淀的情况；通过一步水热法来实现金属元素的有效分离，缩短工艺流程，进一步地保证了分离的有效性，在不需要二次烧结的情况下，水热条件下的高温高压使得含铁沉淀物晶型生长，得到晶格排列整齐的含铁沉淀物。

此外，本发明中分离后的含铁沉淀在水洗烘干处理后，可以获得铁含量高的沉淀物，实现废渣的二次利用；本发明中分离出的含铅分离液在进行碱处理后，可以获得氢氧化铅，进而可作为铅蓄电池正极材料的前驱体。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明中水热法实现含铁危废中铁铅分离和铁元素富集的方法的流程示意图；

图2为实施例1中反应前铁矾渣和反应后铁富集沉淀物的XRD图，其中：图2(a)为反应前铁矾渣XRD图，图2(b)为反应后的铁富集沉淀物的XRD图；

图3为实施例1中反应前铁矾渣和反应后铁富集沉淀物的扫描电镜图，其中：图3(a)为反应前铁矾渣扫描电镜图，图3(b)为反应后的铁富集沉淀物的扫描电镜图；

图4为实施例1中反应前后铁矾渣和铁富集沉淀物中铁、铅元素含量变化；

图5为对比例1中反应前后铁矾渣和铁富集沉淀物中铁、铅元素含量变化；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施方式，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

为了完成对有色冶炼含铁危废中铁元素的分离回收，参照图1所示，本发明提供了一种水热法实现含铁废渣中铁、铅分离和铁元素富集的方法，包括步骤：

S1，将含铁废渣以一定的固液比充分分散于一定浓度的氯化盐溶剂中，得待反应液；其中，所述固液比维持在10:1~25:1，所述氯化盐浓度不超过300 g/L，

所述氯化盐为氯化钾，氯化钠中的一种或几种，所述氯化钾及所述氯化钠在使用过程中均为粉末状。应理解的是，所述氯化盐可以避免铅沉淀物的形成，使得铁、铅金属分离更加彻底。

S2，将所述待反应液转移至水热釜中进行水热反应，并在所述水热反应结束后进行固液分离，得铁富集沉淀物和含铅分离液。所述铁富集沉淀物经水洗干燥，可实现资源的回收利用。

需知道的是，基于金属离子沉淀的差异，采用调控剂溶液可以对溶液中铅的沉淀行为进行调控，实现铁仍保留在沉淀中，铅保留在溶液中，进一步提高了金属分离率，实现了含铁危废中铁、铅的深度分离。

为了进一步地提高分离效率，所述步骤S2还包括：所述水热反应在水热反应釜中进行，所述水热反应的温度为200℃~300℃，所述水热反应的时长为2~12小时。

为了便于对上述实施方式做进一步理解，现举例说明。

实施例1

1、配制250 g/L的氯化钠溶液，将2 g黄钠铁矾渣（Fe28.2%、Pb2.47%）加入40 ml250g/L氯化钠溶液中，充分搅拌分散。

2、将待反应液置于反应釜中进行水热反应，反应温度为200 ℃、反应时间4 h。反应结束后固液分离得到铁富集沉淀物和含铅分离液。反应前的铁矾渣和反应后的铁富集沉淀物的XRD谱如附图2所示，可以看出，水热反应后铁矾渣转化为赤铁矿，硫酸铅的衍射峰消失。反应前的铁矾渣和反应后的铁富集沉淀物的扫描电镜图如附图3所示，可以看出，水热反应后铁矾不规则棱角颗粒转化为圆盘状赤铁矿。

3、将反应前的铁矾渣和反应后的铁富集沉淀物进行消解，使用ICP-OES对样品中铁、铅元素进行定量测试。元素含量变化如附图4所示，可以看出反应前的铁矾渣含铁28.2%，含铅2.47%；反应后的铁富集沉淀物含铁53.3%，含铅0.23%。水热后固相中铁含量提高了89%，铅的分离率达91 %。

实施例2

1、配制200 g/L的氯化钠溶液，将2 g实施例1的黄钠铁矾渣加入40 ml 200g/L氯化钠溶液中，充分搅拌分散。

2、将待反应液置于反应釜中进行水热反应，反应温度为200 ℃、反应时间4 h。反应结束后固液分离得到铁富集沉淀物和含铅分离液。

3、在本实施例中，反应前的铁矾渣含铁28.2%，含铅2.47%；反应后的铁富集沉淀物含铁52%，含铅0.18%。

实施例3

1、配制250 g/L的氯化钠溶液，将2 g实施例1的黄钠铁矾渣加入40 ml 250g/L氯化钠溶液中，充分搅拌分散。

2、将待反应液置于反应釜中进行水热反应，反应温度为220 ℃、反应时间4 h。反应结束后固液分离得到铁富集沉淀物和含铅分离液。

3、在本实施例中，反应前的铁矾渣含铁28.2%，含铅2.47%；反应后的铁富集沉淀物含铁46.9%，含铅0.19%。

对比例1

1、将2 g实施例1的黄钠铁矾渣加入40 ml 去离子水中，充分搅拌分散。

3、将反应前的铁矾渣和反应后的铁富集沉淀物进行消解，使用ICP-OES对样品中铁、铅元素进行定量测试。元素含量变化如附图5所示，可以看出反应前的铁矾渣含铁28.2%，含铅2.47%；反应后的铁富集沉淀物含铁49.6%，含铅4.35%。和实施例1相比可以看出，不加调控剂的条件下无法实现铁铅的有效分离。

本发明的上述技术方案中，以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的技术构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种含铁废渣中铁铅分离和铁元素富集的方法，其特征在于，包括步骤：

S2，将所述待反应液进行水热反应，水热反应结束后进行固液分离，得铁富集沉淀物和含铅分离液；

所述含铁废渣为铁钒渣；

所述矿相转化调控剂为：氯化盐；

所述水热反应的温度为200℃~300℃。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，铁钒渣包括：黄钾铁钒渣、黄钠铁矾渣或者铅矾渣中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述待反应液固液比为10:1-25:1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述氯化盐包括：氯化钾、氯化钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿相转化调控剂溶液浓度不超过300g/L。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述矿相转化调控剂溶液浓度为200-300g/L。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水热反应的时长为2~12小时。