CN115490353A - 一种去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，包括以下步骤：步骤一：通过加投氧化剂和/或电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化反应，得到含铁酸性溶液A；或者，通过加投氧化剂和/或电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化反应后，再通过加投还原剂和/或电化学方式进行还原反应，得到含铁酸性溶液A；所述含铁酸性溶液A的氧化还原电位为100‑700mV；步骤二：向含铁酸性溶液A中投入草酸和/或草酸盐，反应生成重金属杂质草酸盐的沉淀，并在反应过程中确保混合物的pH值处于0.5‑3范围内；然后对反应后得到的固液混合物作固液分离处理。该方法能有效去除含铁盐溶液中的锰、镉、铅、镍、铬的重金属离子杂质，同时又能减少铁离子损失以提高收率。

Description

一种去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法及其设备

技术领域

本发明具体涉及一种去除含铁盐中重金属离子杂质的方法及其设备。

背景技术

在自然界中，铁矿石常混合有其他微量的重金属元素，如铜、锰、镉、锌、铅等等。以及，现代钢铁工业为了提高不同用途的钢材其适用性，通常在生产炼钢过程中添加混入铬、镍、锰、钛等金属元素。上述的铁矿石和钢铁工业中的废钢材都是制造含铁盐溶液时普遍使用的铁源；其中市面上大部分的铁盐溶液则采用含铁废料制成，纯度较高的含铁盐溶液则以铁矿石作为铁源，产品价格至少高25％。由于这些铁源均含有铁以外其他重金属杂质，导致含铁盐溶液中也通常带有镍离子、铬离子、锰离子、镉离子等多种重金属离子。

由于重金属能在人体内与蛋白质及多种酶会发生强烈的相互作用使蛋白质和酶失去活性，或者在人体的某些器官内富集导致人体中毒。且绝大多数的重金属离子在水中不能被分解，以各种化学状态或化学形态存在的重金属在进入环境或生态系统后便会存留、积累和迁移从而造成公害；例如随废水排出的重金属离子，即使浓度再小，也可在藻类和底泥中积累并被鱼和贝类的体表吸附，或者与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物；故，现行法规对于排放的工业废水中的重金属含量都有严格的要求。

含铁盐溶液在人们生产和生活中应用广泛，例如用于污水处理、金属蚀刻、混凝土制备、印染、冶金、着色、制药等，还能用作农肥和作为原料来生产含铁产品。因此，应对含铁盐溶液的化学品使用中其有害的重金属元素进行去除处理。另外，在对含铁盐废液中作铁源回收再利用的同时，也需对其中的多种有害的重金属元素进行去除处理。

目前常见的含铁盐溶液和含铁盐废液(下文统称为含铁盐溶液)通常是包含氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硝酸铁中的一种或一种以上的酸性水溶液。现有技术中去除含铁盐溶液中重金属离子的常见方法为：先采用铁金属投入到含铁盐溶液中将溶液中的三价铁离子还原为二价铁离子，以及将镍离子置换还原为金属镍，同时将高价锰离子还原为二价锰离子、将六价铬离子还原为三价铬离子；随后采用氢氧化钠对所得的二价铁离子成分为主的溶液作pH值向上调整，令所述的铬离子转为氢氧化铬沉淀析出得以去除铬离子。

其不足之处在于重金属杂质的去除与铁离子的损失无法达到平衡：

⑴上述方法中通过生成氢氧化铬来去除铬离子的最佳溶液pH值为5至7，此时溶液中原有的二价铁离子也会反应生成一定量的氢氧化亚铁沉淀析出造成铁离子损失；而当pH值低于上述范围时，虽然能减少铁离子的损耗，但同时也会使较多铬离子残留在溶液中。

⑵上述的方法无法去除锰离子和镉离子，这是由于通过加入氢氧化钠生成氢氧化锰和氢氧化镉来去除锰离子和镉离子的最佳溶液pH值为7至9，而此pH值范围与氢氧化亚铁的沉淀析出pH值有较大范围的重合，故无法在保留较多铁离子的同时去除所述含铁溶液中的锰离子和镉离子。

⑶在加投氢氧化钠向上调整溶液的pH值时，由于溶液的局部浓度不均匀致使局部溶液pH值过高，促使溶液出现局部容易生成氢氧化亚铁沉淀物的状况，而损失铁离子。

含铁的化学品是工业生产和水处理中普遍使用的原料，其需求量十分大。由于无法有效去除含铁盐溶液中的锰离子和铬离子，会为工序带来重金属杂质而发生副反应或产生副作用，用于水处理时会引入重金属杂质导致重金属超标，因此现有的含铁盐溶液不适用于生产要求较高的工业产品或用于要求较高的工业生产工序中，也不适合用于生活净水。

因此，业界仍在期待使用其他更有效对含铁盐的溶液中去除重金属离子的方法，将含铁盐溶液中的重金属离子能更彻底地去除使在广泛的使用中减少环境污染。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，该方法能有效去除含铁盐溶液中的锰、镉、铅、镍、铬的重金属离子杂质，同时又能减少铁离子损失以提高收率。

本发明的第二个目的在于提供一种适用于所述去除含铁盐溶液中重金属离子杂质方法的设备。

本发明的第一个目的通过以下技术方案实现：

一种去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过加投氧化剂和/或电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化反应，得到含铁酸性溶液A；

或者，通过加投氧化剂和/或电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化反应后，再通过加投还原剂和/或电化学方式进行还原反应，得到含铁酸性溶液A；

所述含铁酸性溶液A的氧化还原电位为100-700mV；

步骤二：向步骤一所得的含铁酸性溶液A中投入草酸和/或草酸盐，进行混合，使其中的重金属离子杂质发生化学反应，生成重金属杂质草酸盐的沉淀，并在反应过程中确保混合物的pH值处于0.5-3范围内；

然后对反应后得到的固液混合物作固液分离处理。

本发明所述的待处理含铁盐溶液具体为含有重金属离子杂质的含铁盐溶液。

发明人研究发现，草酸根离子可以与二价铁离子、二价锰离子、二价镉离子、二价铅离子、二价镍离子、二价铁离子、三价铬离子等低价态重金属离子反应生成不溶的草酸镉、草酸铅、草酸锰、草酸镍、草酸亚铁、草酸铬，而在酸性环境中草酸根离子却难以与高价态锰离子、六价铬离子、三价铁离子反应形成沉淀物。因此，本发明利用草酸和/或草酸盐可以与上述部分重金属离子反应形成不溶物的特性，对重金属离子杂质进行去除；而且在加入草酸和/或草酸盐前，先将待处理的含铁溶液中的二价铁离子氧化成为三价铁离子，从而减少铁源在后续去除重金属离子杂质的过程中损失。其中，当所述含铁酸性溶液A的氧化还原电位为100-700mV时，所述含铁酸性溶液A中存有适量的三价铁离子，同时大部分的锰离子、镉离子、铅离子、镍离子、铬离子等重金属离子都处于低价态，故能实现重金属离子杂质的沉淀反应和去除。

本发明通过加投氧化剂和/或采用电化学氧化反应方法对待处理的含铁盐溶液进行氧化，能使待处理的含铁溶液中的二价铁离子得以被氧化为三价铁离子；但当待处理的含铁溶液的氧化还原电位高于700mV时，溶液中较多的重金属离子杂质也会被氧化为高价态。此时，对其氧化还原电位高于700mV的经氧化的待处理的含铁溶液通过加投还原剂和/或采用电化学还原反应，使溶液的氧化还原电位作向下调整至100-700mV范围内，能令溶液中的大部分铁离子仍以三价铁离子状态存在的同时使氧化性高于三价铁离子的高价态重金属离子杂质发生被还原降价为低价态离子的反应。由此，使步骤一所得的含铁酸性溶液A中的铁离子大部分以三价铁离子状态存在，而重金属离子杂质全部或大部分以低价态离子存在。此外，当所述的待处理的含铁溶液中含有硝酸根时，在对溶液的氧化还原电位作向下调整的过程中还能通过可变价态金属离子的化学反应将溶液中原有的硝酸根作分解消耗。

在步骤二中通过向所述含铁酸性溶液A中加入草酸和/或草酸盐，在所得混合物的pH值处于0.5-3范围内时能使含铁酸性溶液A中的低价态重金属离子杂质与草酸根离子结合形成难溶于水的重金属杂质草酸盐沉淀物。

由于所述重金属杂质草酸盐容易与酸反应而返溶，所以发生沉淀反应的溶液pH值环境与重金属离子杂质的沉淀去除率息息相关。为了提高重金属离子杂质的去除率，需对溶液环境进行pH值调节，创造合适的pH值反应条件促使反应生成重金属杂质草酸盐，并防止其返溶。所述步骤二中向所述含铁酸性溶液A加投草酸和/或草酸盐的操作过程可以与加投酸性或碱性物质的pH值调节操作同步进行，或者任意次序的先后进行，使溶液反应析出不溶的重金属杂质草酸盐和草酸亚铁沉淀物。反应过程在还可以对反应混合物加以搅拌和温度控制，以进一步促进重金属杂质草酸盐的生成。

随着步骤二中的固液分离处理除去重金属杂质草酸盐沉淀物，得到的滤液即为去除大部分重金属离子杂质的含铁盐溶液。

所述的氧化剂为选自双氧水、高氯酸钠、高氯酸钾、氯酸钠、氯酸钾、次氯酸钠、次氯酸钙、亚氯酸钠、重铬酸钠、重铬酸钾、过碳酸钠、过碳酸钾、高锰酸钾、过硼酸钠、过硼酸钾、过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、氯气、臭氧、氧气、空气中的一种或多种；上述氧化剂可以采用任意比例组合。优选地，所述的氧化剂为选自过硫酸钠、氯酸钠、氯气、臭氧、氧气、空气和双氧水中的一种或多种。

步骤一中通过电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化反应，具体是将待处理含铁盐溶液置于电解槽的阳极槽区，利用阳极的电化学反应进行对其作氧化处理。

步骤一中通过电化学方法对待处理含铁盐溶液进行还原反应，具体是将待处理含铁盐溶液置于电解槽的阴极槽区，利用阴极的电化学反应进行对其作还原处理。

所述的还原剂为选自铁金属、硫酸亚铁、氯化亚铁、氢氧化亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或多种；上述还原剂可以采用任意比例组合。所述的还原剂可以直接加投，也可以溶于水中以其水溶液进行加投。

步骤二中所述的草酸和/或草酸盐可以直接加投，也可以溶于水中以其水溶液进行加投。所述草酸和/或草酸盐的加投量根据含铁盐溶液中需去除的重金属离子杂质的反应量进行确定。

在本发明的优选实施例中，所述含铁酸性溶液A的氧化还原电位为300-700mV。

由于所述步骤一中向待处理的含铁盐溶液加投氧化剂的方式成本较重，且可能会对溶液带来新的其它杂质，因此，优选地，所述步骤一中采用电解槽B通过电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化。其中：所述电解槽B包括有不溶性阳极、不溶性阴极、电解槽分隔物和电解电源，且所述电解槽B被电解分隔物分隔为阳极槽区和阴极槽区。

更优选地，所述电解槽B的不溶性阳极的材质选自导电石墨、钛基材涂层电极、金、铂和含有上述金属的合金中的一种或以上；所述电解槽B的不溶性阴极材质选自导电石墨、不锈钢、金、铂、银、铜、铁、镍、锡、锌、铝、钛和含有上述金属的合金中的一种或以上。所述电解槽B的电解槽分隔物为能在作业过程中有效阻止金属阳离子从电解槽B的阳极槽区迁移到阴极槽区的材料，具体选自阴离子交换膜、双极膜、反渗透膜、中性滤膜中的一种或以上；所述电解槽B的阳极电解液为待处理含铁盐溶液，所述电解槽B的阴极电解液为电解质水溶液。

更进一步优选地，所述电解槽B的不溶性阳极为钛基材涂层电极，电解分隔物为阴离子交换膜，阴极电解液中的阴离子种类为阳极电解液所含阴离子种类中的一种或以上。

当所述电解槽B的不溶性阳极和不溶性阴极分别接上电解电源的正极和负极并且分别被阳极电解液和阴极电解液浸泡着，然后通电进行对所述阳极电解液作氧化反应：在电化学氧化过程中除将待处理含铁盐溶液中的二价铁离子氧化为三价铁离子外，同时还会将其中的三价铬离子氧化变为六价铬离子和/或将低价锰离子氧化为高价锰离子。

作为一种优选的实施方式，在电化学氧化待处理含铁盐溶液的过程中可通过化验方法或ORP电极测量计测得到金属离子的被氧化结果。在电化学氧化过程中需要对被氧化的含铁盐溶液作过程化验检测和/或利用氧化还原电位计来进行过程工艺控制，以检测其三价铁离子生成浓度其结果是否符合工艺浓度要求；当检测所述被氧化含铁盐溶液其三价铁离子浓度数值达到工艺浓度要求后则即对电解电源作关停来停止电化学反应氧化作业。

本发明可以作以下改进：向步骤一所得的含铁酸性溶液A加投硫化物，使重金属离子杂质汞、铅、锌和硫离子结合生成硫化汞、硫化铅、硫化锌沉淀物，所生成的沉淀物通过固液分离处理去除后再进行步骤二，或者通过在步骤二的固液分离处理将其除去。优选地，所述的硫化物为选自硫化钠、硫化钾、硫化氢中的至少一种；上述硫化钠、硫化钾、硫化氢可以采用任意比例组合。

本发明可以作以下改进：为了获得铁离子浓度较高的待处理含铁盐溶液，或者在去除重金属离子杂质的同时提升待处理含铁盐溶液中的铁离子浓度，从而进一步提高产品价值，本发明向酸性液体或者待处理含铁盐溶液中加入铁金属，和/或以酸性液体或者待处理含铁盐溶液作为电解液、含铁金属作为可溶性阳极进行电解反应，以提升溶液中的铁离子浓度，成为新的待处理含铁盐溶液。所述步骤一可以与此改进步骤同时进行，或者交叉进行，或者在完成此改进步骤之后进行步骤一。

优选地，所述的酸性液体是选自盐酸、硫酸、氯化铁、氯化亚铁、硫酸铁、硫酸亚铁中的一种或以上为主成分的酸性溶液。

优选地，在进行步骤二之前，对所述含铁酸性溶液A进行固液分离。由于铁金属中常含有硫元素杂质，因此，硫元素会在铁反应溶解的过程中与溶液中的部分重金属离子杂质发生化学反应，生成重金属杂质的硫化物沉淀固体，需要通过固液分离将沉淀物去除。

当以酸性液体或者待处理含铁盐溶液作为电解液、含铁金属作为可溶性阳极进行电解反应来提升溶液中的铁离子浓度时：采用电解槽A，其中以含铁金属或者以钛篮盛装着铁碎块作为可溶性电解阳极。在电解槽A接通电解电源电解作业时，电解槽A内溶液存在主要的两种化学反应。

(1)铁金属与电解液中的酸反应：Fe+2H⁺→Fe²⁺+H₂↑；

(2)可溶性电解阳极上的电化学反应：

不溶性电解阴极上的电化学反应：

当电解液中含有硝酸时，过量的金属铁以及电解液中的二价铁离子还会使所述含铁盐溶液中的硝酸根被分解耗尽。具体的化学反应方程式如下：

3Fe+8HNO₃→3Fe(NO₃)₂+2NO↑+4H₂O；

3Fe²⁺+NO₃ ^-+4H⁺→3Fe³⁺+NO↑+2H₂O。

优选地，为令电解反应持续顺利进行，在电解槽A的电解过程中向电解槽A投入酸性物质。

优选地，对电解槽A内的溶液采用比重计和/或pH计作工艺数据检测及工艺控制。其中，比重值越大则制得的含铁盐溶液的含铁量就越高；采用pH计控制反应是在原溶液一定酸度的情况下，经过溶铁后其pH值越高则溶液中的溶铁量越大。

更优选地，当检测得到所得的含铁盐溶液中的铁离子浓度已达到工艺要求后，关停电解电源，和/或取出所述可溶性阳极。

优选地，所述电解槽A的电解阴极为不溶性阴极，具体为选自导电石墨、金、铂、银、铜、镍、铁、钛、不锈钢和含有上述任意金属的合金中的至少一种。所述电解槽A的电解阴极选用上述材质时，能在电解溶铁的过程中将电解液中部分的镍离子电析在阴极上，使含铁盐溶液中的镍离子浓度得到减少。更优选地，所述电解槽A的电解阴极为钛和/或钛合金。

本发明可以作更进一步的改进：在以酸性液体或者待处理含铁盐溶液作为电解液以电解方式提升溶液中的铁离子浓度时，在所述电解槽A中同时设置可溶性阳极和不溶性阳极，所述的可溶性阳极为含铁金属，所述的酸性液体或者待处理含铁盐溶液中不含有硝酸。由于可溶性阳极的存在使电解槽A中存有铁金属，令电解槽A中的电解液中生成二价铁离子；而为了加快溶铁速度，在所述电解槽A中增设不溶性阳极使得电解液中的二价铁离子因不溶性阳极的电化学反应作用被氧化为三价铁离子，其能帮助腐蚀铁金属从而提高了电解液的溶铁速度，同时使电解液的pH值向上移动；具体反应为：

不溶性电解阳极上的电化学反应：

三价铁离子腐蚀铁金属的化学反应：2Fe³⁺+Fe→3Fe²⁺。

优选地，步骤一中采用对待处理含铁盐溶液进行氧化后再通过加投还原剂和/或采用电化学方法进行还原反应的方案时，对所述待处理含铁盐溶液或者经氧化的待处理含铁盐溶液中的重金属离子杂质浓度作检测计量，根据检测结果数据向经氧化的待处理含铁盐溶液中投入适量的还原剂将高价态重金属离子彻底地还原降价为最低价态的重金属离子，得到含铁酸性溶液A。

优选地，步骤一中所述的还原剂为选自铁粉、氢氧化亚铁、氯化亚铁、硫酸亚铁中的至少一种。

优选地，步骤一中对待处理含铁盐溶液进行氧化之后再采用电化学方式进行还原反应时，将氧化过后的待处理含铁盐溶液加入到所述电解槽B的阴极槽区中进行还原，使溶液中的高价态重金属离子杂质被还原为低价态的重金属离子，得到含铁酸性溶液A。此时，所述电解槽B的电解阴极材质为选自导电石墨、金、铂、银、钛、铁、含有上述金属的合金和不锈钢中的一种或以上。

优选地，步骤二中所述的草酸盐为草酸钠和/或草酸钾。

优选地，步骤二中调节pH值所使用的碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一种，上述碱性物质可以采用任意比例进行组合。

优选地，步骤二中先使用碱性物质将所述含铁溶液A的pH值向上调至临近析出氢氧化铁的pH值或者调至溶液开始出现混浊有轻微氢氧化铁析出，再对其分批多次地投入适量的草酸和/或草酸盐以使重金属离子得有更多机会发生化学反应生产不溶于水的草酸盐沉淀物。

本发明的第二个目的通过以下技术方案实现：

一种适用于所述去除含铁盐溶液中重金属离子杂质方法的设备，其特征在于，包括有化学反应槽、氧化还原电位计、搅拌装置、固液分离器、暂存槽；其中：

所述的化学反应槽用于对待处理含铁盐溶液进行氧化处理、对经氧化的待处理的含铁溶液进行还原处理、含铁酸性溶液A与草酸和/或草酸盐的化学反应沉淀处理中的至少一种处理工序；

所述的氧化还原电位计用于在对待处理含铁盐溶液的氧化处理和/或还原处理的过程中按工艺要求作检测和控制；所述的固液分离器用于对槽中化学反应后溶液出现的沉淀物作固液分离处理；所述的暂存槽用于暂存经固液分离器过滤后所得的清液。

本发明可以作以下改进：增设电解槽B，与化学反应槽连接，用于对待处理含铁盐溶液进行氧化和/或还原处理。在电解槽B中通过氧化还原电位计对氧化和/或还原反应作工艺数据检测和工艺控制。

所述电解槽B被电解分隔物分为电解阳极槽和电解阴极槽。具体地，电解槽B的电解阳极槽区用于对待处理含铁盐溶液中的二价铁离子进行氧化变为三价铁离子，所述电解槽B的电解阴极槽区既可另外进行普通的水电解反应或者高价态离子的电还原反应，也可以用于对所述被氧化含铁盐溶液中的重金属高价态的离子作还原降价为低价态的重金属离子处理。

所述电解槽B的电解分隔物的主要作用是在电解工作过程中阻止电解液中的阳离子在电解阳极槽区和阴极槽区之间作迁移。所述电解分隔物为阴离子交换膜、双极膜、反渗透膜和中性滤膜中的至少一种，优选用阴离子交换膜。

所述电解槽B的电解阳极的材质可选用导电石墨、钛基材涂层电极、金、铂、金/铂合金中的一种或多种。所述电解阳极优选用钛基材涂层电极。所述电解槽B的电解阴极的材质可选用导电石墨、金、铂、银、钛、金/铂/银/钛的合金、不锈钢和铁中的一种或多种。

本发明可以作以下改进：增设沉淀反应槽，所述的沉淀反应槽与所述的化学反应槽和/或电解槽B连接，用于化学中和处理和/或沉淀反应工艺中使用；所述沉淀反应槽底为漏斗形结构。利用所述沉淀反应槽底的漏斗形结构更能好地收集化学反应析出的沉淀物以提高效率；另外，这样可腾出化学反应槽和/或电解槽B不作沉淀反应槽，这样能节省设备投资。

本发明可以作以下改进：为使本发明制取含铁浓度更高的溶液来提高产品价值，可通过在酸液中加投铁金属碎片溶于酸液中或运用电解方式溶铁入酸液中的两种方法，该方法可与步骤一同时进行，或者在步骤前进行。

本发明的一个优选实施例中，采用电解方式溶铁入酸液中的方法：增设电解槽A，其中的电解阳极为铁的可溶性阳极；电解阴极为选自导电石墨、不锈钢、金、铂、银、铜、铁、钛和上述金属的合金中的至少一种，作为不溶性阴极。经电解槽A处理后的混合物送往化学反应槽和/或沉淀反应槽和/或电解槽B作下一步处理。其中，当所述含铁溶液中含有镍离子时，由于电解槽A的阴极选用不溶性阴极，能在电解溶铁过程中将部分的镍离子电析在阴极上，使含铁溶液中的镍离子浓度得到减少。

优选地，对电解槽A中设有比重计和/或pH计作检测及工艺控制。其比重值越大则制得含铁溶液的含铁量就越高。采用pH计控制反应，在原溶液酸度一定情况下，经过溶铁后其pH值越高则溶铁量越大。

本发明可以作更进一步的以下改进：在电解槽A中对采用铁金属作可溶性阳极在酸性电解液中制取含铁盐溶液，由于电解槽A中存在过量的铁金属，所以在这种溶铁工艺中制得的含铁盐溶液是以二价铁离子为主的水溶液。为加快溶铁速度，选用更改电解槽A的阳极性能结构，使在溶铁过程中又能对二价铁离子在电解阳极的电化学反应作用下使其被氧化为三价铁离子；具体地，在电解槽A中，在原来可溶性阳极的基础上增加另一不溶性电解阳极装置，即电解槽A中有不溶性阳极和铁可溶性阳极的两种阳极存在。增加所述不溶性电解阳极装置后会使电解液中存在三价铁离子，三价铁离子能帮助腐蚀铁金属，从而得到提高了溶铁速度，并使含铁溶液中的pH值升高至临近氢氧化铁析出的临界点。当检测得到所制的含铁盐溶液其中的铁离子浓度已达到工艺要求后，停止往电解槽A中的钛篮里加投铁碎块，并将钛篮内的铁碎块取出或将钛篮整个取出离开电解液，或将电解电源关停。

本发明可以作以下改进：在所述化学反应槽、电解槽B、沉淀反应槽、电解槽A的槽顶上设置抽排气罩或抽气管，对槽区内液体在化学反应过程中所析出的气体分别作收集处理。

本发明可以作以下改进：增设多个暂存槽，利用所述暂存槽存储含铁盐溶液，以及处理工艺过程中各种溶液。

本发明可以作以下改进：增设真空射流设备和液体喷淋设备，以利用射流和/或喷淋设备进行气液混和来对化学反应槽、电解槽B、沉淀反应槽、电解槽A和暂存槽中反应析出气体作处理。

本发明可以作以下改进：为对含铁盐溶液在所述步骤一的操作前作除油处理，增设水油分离器将含铁溶液中的油质作分离，并在水油分离器后设置固液分离器，利用其过滤介质吸附溶液中的有机杂质。

本发明可以作以下改进：增设检测传感器，并安置在上述各种槽中和/或液体流经的管道中，使对所述含铁盐溶液去除重金属处理过程中实行自动检测工艺数据。

其中，检测传感器装置分别是液位计、pH计、比重计、酸度计、氧化还原电位计、COD检测仪中的一种或多种。

本发明可以作以下改进：增设自动检测投料控制器，对含铁盐溶液在去除重金属处理过程中根据检测得到的现场数据实行按工艺要求作自动化程式进行控制，做好安全生产。

本发明可以作以下改进：在上述各种槽中增设溶液搅拌器，使槽中的溶液反应物均匀地和安全可控地进行化学反应。

本发明可以作以下改进：在化学反应槽和/或电解槽B和/或沉淀反应槽和/或电解槽A中增设溶液冷热温度交换器，使溶液的化学反应在工艺可控的温度中，既提高反应速度效能又能实现安全生产。

现有技术相比，本发明具有以下有益效果。

1.本发明能够从含铁盐溶液中去除锰、镉、铅、镍、铬等重金属离子杂质，同时减少铁离子的损失，以保证其达到满足产品指标要求。

而且，相比铁矿石制造的纯度较高含铁盐溶液，通过本发明方法能够将废钢材制造的含铁盐溶液转化为更少重金属杂质的产品，因而增加了高纯度产品的原料来源，促进含铁产品应用的推广，并且更好地实现含铁废料的的废物利用。

2.本发明对含铁盐溶液除重金属离子杂质处理数小时内便能完成一轮处理，工艺运作时间短、过程中铁成分损耗少、生产效率高能适合大规模生产应用。

3.通过本发明方法实现含铁盐溶液中重金属离子杂质的去除，使含铁盐溶液能够在净水方面得到更广泛应用，也能进一步推广用于生产要求较高的工业产品或要求较高的工业生产工序中。

4.本发明对含铁盐溶液的处理工艺过程能实现自动化生产，减少工人的劳动强度。

5.本发明对含铁盐溶液其去除重金属离子杂质处理工艺操作简单、投资少、见效快。

6.本发明能解决了被广泛使用的含铁盐对重金属离子杂质作有效去除，对社会的环境保护意义影响重大。

附图说明

图1为实施例1中用于去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的设备；

图2为实施例2中用于去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的设备；

图3为实施例3中用于去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的设备；

图4为实施例4中用于去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的设备；

图5为实施例5中用于去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的设备。

附图标记：11-电解槽A、12-电解槽A带钛篮阳极、13-电解槽A的不溶性阳极、14-电解槽A的阴极、15-电解槽B、16-电解槽B阳极、17-电解槽B阴极、18-电解槽分隔物、19～20-化学反应槽、21～24-氧化还原电位计、25～30-固液分离器、31～35-暂存槽、36～38-叶轮式搅拌器、39-～42-循环液流式搅拌器、43～45-固体投料机械、46～48-水油分离器、49～53-真空射流器、54～56-液体喷淋装置、57～60-槽盖抽排气罩或抽气管、61～62-冷热温度交换器、63～69-检测装置、71-自动检测投料控制器、72～73-氢气直排器、74～75-沉淀反应槽、76～80-投料口、81～84-尾气排放口、85-含有重金属离子杂质的含铁盐溶液、86～87-电解电源、88-COD检测仪、89～99-阀门、100～110-泵浦。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明作进一步的说明。

在下文的实施例中，所使用的电解槽A、电解槽B、电解阴阳电极、化学反应槽、固液分离器、沉淀反应槽、自动检测投料控制器、暂存槽、液体射流器和液体喷淋装置均为佛山市业高环保设备公司所制造；所使用的电解槽分隔物、检测装置、氧化还原电位计，其中三氯化铁、重铬酸钾、氯化镍、双氧水、硫酸亚铁等均为市售产品。除上述列举的之外，本领域技术人员根据常规选择，也可以选择其他具有与本发明列举的上述产品具有相似性能的产品，均可以实现本发明的目的。

实施例1

如图1所示，为本发明去除含铁盐溶液中重金属离子杂质方法的基础实施例，采用设备包括有化学反应槽19、氧化还原电位计21、固液分离器25、暂存槽31、叶轮式搅拌器36；其中，化学反应槽19通过阀门89和泵浦100与固液分离器25连接，固液分离器25的出液口与设有尾气排放口81的暂存槽31连接；化学反应槽19中设有叶轮式搅拌器36和氧化还原电位计21。

本实施例中的待处理含铁盐溶液85是以氯化亚铁、硫酸亚铁为主成分的水溶液，其中重金属杂质成分主要是铬、镍。

本实施例1按以下步骤作业：

(1)将待处理含铁盐溶液85注入到化学反应槽19中，且在槽中安装氧化还原电位计21并将其浸泡于槽中溶液，启动叶轮式搅拌器36。

(2)通过投高氯酸钠、高氯酸钾、氯酸钾、亚氯酸钠、次氯酸钠、次氯酸钙、重铬酸钠、重铬酸钾、过硫酸钠和过硫酸钾的混合溶液(各成分混合比例1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1)到化学反应槽19中，对待处理含铁盐溶液85进行氧化反应至表1所示的氧化还原电位，将溶液中的二价铁离子氧化为三价铁离子，同时保持大部分的重金属杂质离子处于低价态，制得以三价铁离子为主并含有重金属最低价态离子杂质的含铁酸性溶液A。

(3)对在化学反应槽19中的含铁酸性溶液A的pH值进行调整，即向含铁酸性溶液A投入中和反应所需的碱性物质，其中碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾的混合物溶液(各成分混合比例5∶1∶1∶1∶1∶1)，将pH值上调到1.1；然后按溶液中待去除的重金属离子所需的反应量投入草酸溶液，使溶液产生不溶于水的重金属草酸盐和草酸亚铁沉淀物；在这反应过程中投入适量的碱性物质来维持溶液原来的pH值。

(4)对化学反应槽19中的溶液通过固液分离器25进行固液分离，分离得到的清液即为已去除大部分重金属离子后的含铁盐溶液，并暂存到暂存槽31中。

本实施例的去除处理结果列于表1中。

实施例2

如图2所示，为本发明去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的实施例，采用的设备包括有化学反应槽19、氧化还原电位计21、固液分离器25、固液分离器26、暂存槽31、水油分离器46、检测装置63。其中，水油分离器46通过泵浦100和固液分离器25的组合，再与化学反应槽19连接；化学反应槽19通过阀门89和泵浦101与固液分离器26连接，固液分离器26的出液口与设有尾气排放口81的暂存槽31连接；化学反应槽19中设有氧化还原电位计21和检测装置63，检测装置63为酸度计。

本实施例中的待处理含铁盐溶液85是以氯化亚铁为主成分的水溶液，其中重金属杂质成分主要是铬、镍。

本实施例2按以下步骤作业：

(1)将待处理含铁盐溶液85注入到水油分离器46中作分隔油层分离，把溢出的溶液泵送到固液分离器25中过滤，将过滤出来的溶液引流入化学反应槽19中，使槽中的氧化还原电位计21浸泡于溶液中。

(2)通过氧化还原电位计21控制将氯气和臭氧(各成分混合比例5∶1)加投到化学反应槽19中，对待处理含铁盐溶液85作氧化反应至氧化还原电位650mV，同时通过检测装置63测量酸度值来控制加投盐酸，使溶液中的二价铁离子氧化为三价铁离子。该反应过程中利用氧化还原电位计21作工艺控制。

(3)在氧化反应完成后，根据重金属总离子当量浓度向化学反应槽19中的溶液投入氯化亚铁、亚硫酸钠和亚硫酸氢钠的混合酸性溶液(各成分混合比例2∶1∶1)进行还原反应至表1所示的氧化还原电位，使溶液中的重金属高价态离子还原降价为最低价态的重金属离子，制得以三价铁离子为主并含有重金属最低价态离子杂质的含铁酸性溶液A。

(4)对在化学反应槽19中的含铁酸性溶液A作pH值调整，向含铁酸性溶液A投入中和反应所需的碱性物质，其中碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾的混合水溶液和碳酸氢钠、碳酸氢钾的混合物(各成分加入比例1∶1∶1∶1∶2∶2)，将pH值上调到0.5；然后按溶液中待去除的重金属离子所需的反应量投入草酸和草酸钠的混合固体(各成分加入比例2∶1)，使槽中溶液产生不溶于水的重金属草酸盐和草酸亚铁沉淀物；在这反应过程中投入适量碱性物质来维持溶液原来的pH值。

(5)对化学反应槽19中的溶液通过固液分离器25进行固液分离，分离得到的清液即为已去除大部分重金属离子后的含铁盐溶液，并暂存到暂存槽31中。

本实施例的去除处理结果列于表1中。

实施例3

如图3所示，为本发明去除含铁盐溶液中重金属离子杂质方法的实施例，采用的设备包括有化学反应槽19、化学反应槽20、氧化还原电位计21、氧化还原电位计22、固液分离器25、固液分离器26、暂存槽31、暂存槽32、叶轮式搅拌器36、叶轮式搅拌器37、水油分离器46、真空射流器49、槽盖抽排气罩或抽气管58、槽盖抽排气罩或抽气管59、冷热温度交换器61。其中：

化学反应槽19里安装有氧化还原电位计21、叶轮式搅拌器36、检测装置63，并设有槽盖抽排气罩或抽气管58、投料口76和投料口77，检测装置63为液位计；化学反应槽20里装有氧化还原电位计22、叶轮式搅拌器37、冷热温度交换器61、检测装置64，并设有槽盖抽排气罩或抽气罩59、投料口78和投料口79，检测装置64为pH计；暂存槽31、暂存槽32顶部分别设有尾气排放口81和尾气排放口82。

水油分离器46与化学反应槽19的投料口76相连，化学反应槽19通过阀门89和泵浦101与固液分离器25连接；固液分离器25与化学反应槽20的投料口78连接，化学反应槽20另外通过阀门90和泵浦101，依次与固液分离器26、暂存槽31连接。真空射流器49和暂存槽32组成废气处理组合；槽盖抽排气罩或抽气管58、槽盖抽排气罩或抽气罩59、尾气排放口81均与该废气处理组合连通。

本实施例中的待处理含铁盐溶液85是以硫酸亚铁为主成分的溶液，其中重金属杂质主要是汞、锰、镍、铬、镉、锌。

本实施例3的方法按以下步骤作业。

(1)将待处理含铁盐溶液85注入到水油分离器46中，经过分离油层处理后的溶液流进化学反应槽19中，槽中安装的搅拌器36及检测装置63开始工作；并通过投料口77向化学反应槽19按溶液中待去除的汞、锌、镉重金属离子所需的硫元素反应量加投硫化钠、硫化钾、硫化氢混合物(各成分加入比例1∶1∶1)到槽里溶液中，使槽中溶液发生化学反应并产生部分重金属硫化物沉淀析出；然后利用固液分离器25处理除去硫化汞、硫化锌、硫化镉等，通过固液分离器25过滤后，将溶液经投料口78泵送到化学反应槽20中。

(2)从化学反应槽20的投料口79往槽中加投氧化剂和硫酸，氧化剂为双氧水、过碳酸钠、过碳酸钾、过硼酸钠、过硫酸铵和过硼酸钾的混合溶液，以及氧气和空气(各成分加入比例10∶1∶1∶1∶1∶1∶1∶1)，使槽中的待处理含铁盐溶液85中二价铁离子被氧化为三价铁离子，同时溶液中的重金属的低价离子也被氧化为高价态重金属离子；在这反应过程中不断地作搅拌和恒温控制，还利用氧化还原电位计22作氧化工艺控制并直至溶液达到氧化还原电位值的工艺要求。

(3)在氧化反应完成后，根据重金属总离子浓度作还原反应的反应当量向化学反应槽20中的溶液投入还原剂，还原剂为金属铁、氢氧化亚铁和硫酸亚铁溶液(各成分加入比例1∶1∶3)，一边搅拌混和，一边进行还原性的化学反应至表1所示的氧化还原电位，使溶液中的高价态的重金属离子还原降价为最低价态的重金属离子杂质，制得以三价铁离子为主并含有重金属最低价态离子杂质的含铁酸性溶液A。

(4)对在化学反应槽20中的含铁酸性溶液A作pH值调整，通过投料口79向含铁酸性溶液A投入中和反应的所需的碱性物质，其中碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠的混合溶液(各成分加入比例2∶1∶1)，将pH值上调至2.3；然后投入草酸钠和草酸钾的混合溶液(各成分加入比例1∶1)，在这反应过程中投入适量的硫酸维持溶液原来的pH值，在不令过多的氢氧化铁发生沉淀的情况下使槽中溶液产生不溶于弱酸水溶液的重金属草酸盐沉淀物。

(5)对化学反应槽20中的溶液通过固液分离器26进行固液分离，分离得到清液即为制得去除大部分重金属离子杂质的含铁盐溶液，并暂存到暂存槽31中。

在上述步骤中，化学反应槽19、化学反应槽20的产出尾气和暂存槽31的尾气被引送到暂存槽32与真空射流器49的废气处理组合系统来处理；其中暂存槽32装贮的尾气吸收液为氢氧化钠溶液。

本实施例去除处理结果列于表1中。

实施例4

如图4所示，为本发明去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的实施例，采用的设备包括有电解槽A11、电解槽A带钛篮阳极12、电解槽A阴极14、氧化还原电位计21、氧化还原电位计22、固液分离器25、固液分离器26、暂存槽31、暂存槽32、循环液流式搅拌器39、循环液流式搅拌器40、固体投料机械43、水油分离器46、液体喷淋装置54、槽盖抽排气罩或抽气管59、槽盖抽排气罩或抽气管60、检测装置63、检测装置64、氢气直排器72、沉淀反应槽74、投料口76、投料口77、投料口78、电解电源86、COD检测仪88、阀门89、阀门90、阀门91、泵浦100、泵浦101、泵浦102、泵浦103、泵浦104。其中：

水油分离器46水油分离器46通过泵浦100和固液分离器25的组合，再与COD检测仪88和电解槽A11连接；电解槽A11通过阀门89和泵浦101与沉淀反应槽74的投料口77连接，然后沉淀反应槽74依次与固液分离器26、暂存槽31连接。

沉淀反应槽74中设有氧化还原电位计22和检测装置64，并设有投料口77、投料口78和循环液流式搅拌器40；暂存槽32和液体喷淋装置54组成废气处理组合；检测装置63为比重计，检测装置64为pH计。

待处理含铁盐溶液85先流入水油分离器46中，经过对所述待处理含铁盐溶液85作除油处理后便经过固液分离器25、COD检测仪88和投料口76流进电解槽A11中。其中COD检测仪88是检测流入电解槽A11的液体中的有机物含量浓度，当检测结果高于工艺设定值时发出报警要求固液分离器25更换过滤介质，以改善过滤介质吸附油类物质的性能。电解槽A11的槽内安装有电解槽A带钛篮阳极12、电解槽A阴极14、氧化还原电位计21、检测装置63、循环液流式搅拌器39，电解槽A11的阴极区顶部上还安装有槽盖抽排气罩或抽气管59，并设有投料口76。其中槽盖抽排气罩或抽气管59用于抽排生产过程产出的氢气、酸气、硫化氢气体和氨氮化物气体。而固体投料机械43安装在带钛篮阳极12的顶部，固体投料机械43里盛装金属铁碎块或铁粉，在反应过程中按工艺要求将铁金属或铁粉加投到电解槽A带钛篮阳极12的钛篮里面。

在电解槽A的阴阳两极分别接通电解电源86后，钛篮里面的铁金属作为可溶性阳极参与电解槽A的电化学反应溶于溶液中；反应过程中由氧化还原电位计21和检测装置63将检测得到的数据通过仪表反映，使操作员按工艺要求调整电解电源的输出电流大小或关停，以及加投酸性物质维持电化学反应。当达到工艺铁离子浓度要求后打开阀门89和开启泵浦101通过投料口77将电解槽A的电解液抽送到沉淀反应槽74中。在沉淀反应槽74中作去除重金属离子处理，过程处理中通过投料口78分别先后加投碱性物质和草酸盐水溶液。经过固液分离器26作过滤后将已作去除重金属的含铁盐溶液暂存到暂存槽31中。

本实施例中的待处理含铁盐溶液85是以氯化铁为主成分的酸性水溶液，其中重金属杂质成分为铬，溶液里还含有少量硝酸。

本实施例4按以下步骤作业：

(1)将待处理含铁盐溶液85倒入到水油分离器46中，经过分离油层处理后的溶液通过泵浦100加压流入到固液分离器25后，再经流入COD检测仪88，沿管道出口接连投料口76随流进电解槽A中。

(2)将装在固体投料机械43里面的铁金属按工艺要求投入到电解槽A带钛篮阳极12中，通过铁的溶解反应以增加含有待处理含铁盐溶液85中的铁离子浓度，同时按工艺向电解槽A加投酸性物质来维持电解溶铁的化学反应。当到达铁浓度400g/L的工艺要求后，将溶液泵送到沉淀反应槽74中。

(3)通过投料口78向沉淀反应槽74中加投氯酸钠并利用管道通进氧气、空气(各成分加入比例5∶1∶1)，以及根据检测装置64加投盐酸，使槽中溶液里的二价铁离子被氧化为三价铁离子，同时溶液中有部分重金属离子也会氧化为高价态重金属离子。反应过程中通过检测装置64控制酸度，并不断地搅拌和用氧化还原电位计作反馈工艺控制，直至溶液的氧化还原电位达到氧化工艺要求。

(4)在氧化反应完成后，通过投料口78继续向沉淀反应槽74里投入还原剂铁粉。投入量根据重金属总离子浓度的反应当量数作计量后适当过量，使氧化还原电位至表1所示的数值，并对溶液通过循环液流式搅拌器40进行混和，使溶液里的重金属离子还原降到最低价态重金属离子，制得以三价铁离子为主并含有重金属最低价态离子杂质的含铁酸性溶液A。

(5)对在沉淀反应槽74中的含铁酸性溶液A的pH值进行调整，即通过投料口78向含铁酸性溶液A中投入中和反应的所需的氢氧化钠和碳酸氢钠溶液(各成分加入比例1∶1)，将pH值上调1.6，投入草酸钠和草酸钾的混合水溶液(各成分加入比例2∶1)；同时在反应期间，根据被处理溶液由于草酸盐加入而导致的pH值变化，添加盐酸以维持溶液原来的pH值，使溶液中产生不溶于弱酸水溶液的重金属草酸盐沉淀物。

(6)对沉淀反应槽74中的溶液通过固液分离器26进行固液分离。分离得到清液即为已去除大部分重金属离子的含铁盐酸性溶液，并暂存到暂存槽31中。

详细说明本实施例的步骤过程：在步骤(1)中的待处理含铁盐溶液从水油分离器46中脱油后通过加压泵100进入固液分离器25后流经COD检测仪88；COD检测仪88对管道中溶液进行采样分析，若溶液含有机物指标高于工艺要求设定值则COD检测仪88发出报警并停止泵浦100运行。待固液分离器25更换过滤介质改善了吸附有机物性能后才继续下行工作。步骤(2)是利用检测装置63里的比重计来控制电解溶液中的含铁量，在溶铁过程中根据检测装置63中的pH计按工艺要求加投盐酸。化学反应过程中，由于铁金属里含有微量硫元素，故在酸性溶液中会有硫化氢气体析出。另外，因含铁盐酸性溶液中含有少许硝酸杂质，故在溶铁过程中硝酸钡分解反应析出氮氧化物气体。在第三步骤过程中是以氧化还原电位计来控制，以溶液在一定的含铁量中依据氧化还原电位值来控制。在步骤(4)中，根据总重金属离子杂质的还原降价反应当量数作适当加投过量的还原剂，使溶液反应生成以三价铁离子为主并含有重金属最低价态离子杂质的铁盐酸性溶液。在第五步中主要是解决草酸盐返溶于酸性溶液现象和将若溶液被调得pH值过高时出现大量氢氧化铁沉淀析出做成生产收率低。故需加投酸性物质或碱性物质来维持溶液出现混浊时原有的pH值，实现重金属的草酸盐沉淀而减少氢氧化铁析出的生产目的。

所述电解槽A的电解液中所产生的氮氧化物气体、硫化物气体、氢气和酸气的尾气，以及沉淀反应槽74及暂存槽31的尾气均被液体喷淋装置54引到与暂存槽32的组合尾气反应装置作处理。利用暂存槽32中的氢氧化钠溶液对尾气作中和化学反应处理，化学反应后剩余的气体通过高空氢气直排器72作直接排放。

本实施例去除处理结果列于表1中。

实施例5

如图5所示，也是本发明去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的实施例，采用的设备包括有电解槽A11、电解槽A带钛篮阳极12、电解槽A不溶性阳极13、电解槽A阴极14、电解槽B15、电解槽B阳极16、电解槽B阴极17、电解槽B的电解分隔物18、氧化还原电位计21、氧化还原电位计22、氧化还原电位计23、固液分离器25、暂存槽31、暂存槽32、叶轮式搅拌器36、叶轮式搅拌器37、循环液流式搅拌器39、固体投料机械43、真空射流器49、槽盖抽排气罩或抽气管58、槽盖抽排气罩或抽气管59、槽盖抽排气罩或抽气管60、检测装置63、检测装置64、检测装置65、自动检测投料控制器71、氢气直排器72、沉淀反应槽74、投料口76、投料口77、投料口78、尾气排放口81、尾气排放口82、含有重金属离子的铁盐酸性溶液85、电解电源86、电解电源87、COD检测仪88、阀门89、阀门90、阀门91、阀门92、阀门93、泵浦100、泵浦101、泵浦102、泵浦103、泵浦104。其中：

电解槽A11通过阀门89、泵浦100、固液分离器25与电解槽B15的投料口77连接。电解槽B15通过泵浦101和阀门90与沉淀反应槽74的投料口78连接，然后沉淀反应槽74通过阀门92、泵浦103依次与固液分离器26、暂存槽31连接。

本实施例中的待处理含铁盐溶液85是硫酸铁酸性溶液，其重金属杂质成分为铅、镉、锰、铬、镍、锌。

向电解槽A11加投硫酸溶液和硫酸铁溶液配制待处理含铁盐溶液85。所述电解槽A11的槽内安装有电解槽A带钛篮阳极12、电解槽A不溶性阳极13、电解槽A阴极14、氧化还原电位计21、检测装置63、循环液流式搅拌器39；电解槽A11的阴极区顶部上还安装有槽盖抽排气罩或抽气管57；其中，检测装置63为酸度计，槽盖抽排气罩或抽气管57用于抽排生产过程产出的氢气、酸气和硫化氢气体。固体投料机械43安装在带钛篮阳极12的顶部，固体投料机械43里盛装金属铁碎块或铁粉，合上电解电源86后和开动所述循环液流搅拌器39过程中所述固体投料机械43是按工艺要求不断地将铁金属加投到所述电解槽A带钛篮阳极12的钛篮里面进行溶铁作业。

电解槽A的两个阳极分别与电解电源86的正极并联连接，所述钛篮里面的铁金属作为可溶性阳极参与电解槽A的电化学反应溶于溶液中；而不溶性阳极13不断地将电解液中的二价铁离子氧化为三价铁离子的电化学氧化反应；溶液中存在三价铁离子加速了溶铁反应。该过程中由氧化还原电位计21和检测装置63将检测得到的数据通过仪表反映，并传送到自动检测投料控制器中处理，以输出指令使执行器按工艺要求调整电解电源86的输出电流大小或关停、加投酸性物质和固体投料机械43的加投动作来维持溶铁的化学反应。当溶液达到铁离子浓度要求后打开阀门89和开启泵浦100通过投料口77将电解槽A11的电解液抽送到电解槽B15中。

电解槽B15由电解槽分隔物18分隔为阳极槽区和阴极槽区，其中电解槽B的电解分隔物18优选为阴离子交换膜；阳极槽区内安装有电解槽B阳极16、氧化还原电位计23、检测装置65、叶轮式搅拌器37，并设有投料口77；阴极槽区内安装有电解槽B阴极17、氧化还原电位计22、检测装置64、叶轮式搅拌器36，并设有投料口76；阳极槽区和阴极槽区顶部上还分别安装有槽盖抽排气罩或抽气管59和槽盖抽排气罩或抽气管58；其中，其中，检测装置64为pH计，检测装置65为pH计。

电解槽A处理完毕的溶液通过投料口77加入电解槽B15的阳极槽区内，进行氧化反应，使槽中溶液里的二价铁离子被氧化为三价铁离子；将进行氧化反应后的溶液经过阀门90和泵浦101抽送至投料口76，置于阴极槽区进行还原反应，使溶液里的重金属离子还原降到最低价态重金属离子，制得以三价铁离子为主并含有重金属最低价态离子杂质的含铁酸性溶液A。

然后，将含铁酸性溶液A泵送到沉淀反应槽74中；其中沉淀反应槽74设有投料口78，以及其内部安装有氧化还原电位计24、检测装置66、叶轮式搅拌器38，顶部上安装有槽盖抽排气罩或抽气管60。其中，检测装置66为pH计。在沉淀反应槽74的处理过程中，通过投料口78分别先后加投碱性物质以及草酸和草酸钠混合溶液作反应析有更多沉淀物。经过固液分离器26作过滤后将已作去除重金属的含铁盐溶液暂存到暂存槽31中，而暂存槽31中安装有检测装置67，检测装置67为pH计。。

本实施例5按以下步骤作业：

(1)将硫酸和含有重金属离子的硫酸铁盐溶液混合后得到待处理含铁盐溶液85倒入到电解槽A11中。

(2)自动检测投料控制器71作自动检测，在检测各工序就绪后接通电解电源86进行作业。

(3)将装在固体投料机械43里面的铁金属按工艺要求投入到电解槽A带钛篮阳极12中，通过铁的溶解以增加待处理含铁盐溶液85中的铁离子浓度，同时将检测装置63的数据传到自动检测投料控制器71中处理，并按工艺向电解槽A加投酸性物质来维持电解溶铁的化学反应，当到达铁浓度100g/L的工艺要求后将电解液槽A的溶液泵送到电解槽B的阳极槽区中。

(4)按程序自动控制接通电解电源87对电解槽B阳极电解液进行氧化反应，使槽中溶液里的二价铁离子被氧化为三价铁离子，同时溶液中有部分重金属离子也会氧化为高价态重金属离子。反应过程中检测装置65控制酸度，并不断地搅拌和用氧化还原电位计23作自动反馈工艺控制，直至溶液的氧化还原电位值达到550mV的氧化工艺要求后泵送到电解槽B15的阴极槽区中。

(5)溶液在电解槽B15的阴极槽区中作电化学还原反应，使其氧化还原电位至表1所示的数值，此时溶液里的重金属离子还原降到最低价态重金属离子，制得以三价铁离子为主并含有重金属最低价态离子杂质的含铁酸性溶液A，并泵送到沉淀反应槽74中。

(6)对在沉淀反应槽74中的含铁酸性溶液A的pH值进行调整，通过投料口78向含铁酸性溶液A中投入中和反应的所需的氢氧化钠溶液，将pH值上调到3.0；然后投入草酸和草酸钠的混合水溶液(各成分加入比例2∶1)，并同时添加硫酸以维持溶液的原定的pH值在不生成过多的氢氧化铁沉淀物析出的情况下使溶液中产生不溶于弱酸水溶液的重金属酸盐沉淀物。

(7)对沉淀反应槽74中的溶液通过固液分离器26进行固液分离。分离得到清液即为制得已去除大部分重金属离子的含铁盐酸性溶液，并将其暂存到暂存槽31中。

详细说明本实施例的步骤过程：在步骤(2)中的含有重金属离子的硫酸铁酸性溶液电解和酸蚀溶铁过程中，由于铁金属中含有硫化铁杂质遇酸液会溶解，使溶液中产生有硫化铅、硫化锌沉淀物。当溶铁浓度达到工艺指标后，溶液通过泵浦100加压经过固液分离器25处理，然后被泵送到电解槽B15的阳极槽区中。步骤(3)是利用氧化还原电位计23来控制电解槽B15的阳极电解液中的氧化过程，在过程中另根据检测装置65中的pH计按工艺要求加投硫酸。在初始运行中，电解槽B15的阴极电解液采用稀硫酸。在电解作业中，阴极电解液的酸度不断减少，而阳极电解液的酸度不断增强。当电解槽B15的阳极电解液按工艺氧化完毕后按程序被泵送到电解槽B15的阴极槽区中。溶液在步骤(4)通过阴极槽区中作电化学还原反应，过程中是以氧化还原电位计22检测数据传送到处理器71中，以溶液在一定的含铁量中依据氧化还原电位值来控制，在重金属总离子浓度杂质的还原降价反应中生成以三价铁离子为主并含有重金属最低价态离子杂质的含铁酸性溶液A。在步骤(5)中为了解决重金属草酸盐返溶于酸性溶液现象和避免将溶液的pH值被调得过高而出现大量氢氧化铁沉淀析出造成生产收率低，因此加投硫酸来维持溶液原有的刚好出现混浊的pH值条件，实现重金属的草酸盐尽可能析出沉淀、又能减少氢氧化铁析出的生产目的。

所述电解槽A11的电解液中所产生的硫化物气体、氢气和酸气的尾气，电解槽B15产出的酸气和氢气、沉淀反应槽74及暂存槽31的尾气均被各自的槽盖抽排气罩或抽气管引流到真空射流器49与暂存槽32的组合尾气反应装置中作处理，利用暂存槽32中的氢氧化钠溶液对尾气作中和化学反应处理，化学反应后剩余的气体通过高空氢气直排器72作直接排放。

本实施例去除处理结果列于表1中。

比较例1

本比较例中的待处理含铁盐溶液与实施例5相同，为硫酸铁酸性溶液，其重金属杂质成分为铅、镉、锰、铬、镍、锌。

向待处理含铁盐溶液投入金属铁至不再有金属镍被还原析出，随后将所得溶液与氢氧化钠溶液混合至pH为6，固液分离后对所得溶液进行检测。

本比较例去除处理结果列于表2中。

比较例2

本比较例中的待处理含铁盐溶液与实施例1相同，是以氯化亚铁、硫酸亚铁为主成分的水溶液，其中重金属杂质成分主要是铬、镍。

将待处理含铁盐溶液与氢氧化钠溶液混合至pH为8，固液分离后对所得溶液进行检测。

本比较例去除处理结果列于表2中。

表1

表2

由上述结果可见，实施例1-5的铁离子损耗率远低于比较例1和2，且实施例1-5处理后重金属含量与铁含量的比值也远低于比较例1和2。由于铁盐产品在各领域的使用量是按铁元素的量来计算的，因此重金属含量与铁含量的比值越大使用相同铁元素量时所带入的重金属杂质越多。因此，本发明的方法能够有效改善现有技术中铁离子损耗以及重金属杂质浓度的问题。

本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。本发明的上述实施例都只能认为是对本发明的说明而不是限制。因此凡是依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：通过加投氧化剂和/或电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化反应，得到含铁酸性溶液A；

或者，通过加投氧化剂和/或电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化反应后，再通过加投还原剂和/或电化学方式进行还原反应，得到含铁酸性溶液A；

所述含铁酸性溶液A的氧化还原电位为100-700mV；

步骤二：向步骤一所得的含铁酸性溶液A中投入草酸和/或草酸盐，进行混合，使其中的重金属离子杂质发生化学反应，生成重金属杂质草酸盐的沉淀，并在反应过程中确保混合物的pH值处于0.5-3范围内；

然后对反应后得到的固液混合物作固液分离处理。

2.根据权利要求1所述的去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，所述的氧化剂为选自双氧水、高氯酸钠、高氯酸钾、氯酸钠、氯酸钾、次氯酸钠、次氯酸钙、亚氯酸钠、重铬酸钠、重铬酸钾、过碳酸钠、过碳酸钾、高锰酸钾、过硼酸钠、过硼酸钾、过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵、氯气、臭氧、氧气、空气中的一种或多种；所述的还原剂为选自铁金属、硫酸亚铁、氯化亚铁、氢氧化亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，所述步骤一中采用电解槽B通过电化学方法对待处理含铁盐溶液进行氧化；所述电解槽B包括有不溶性阳极、不溶性阴极、电解槽分隔物和电解电源，且所述电解槽B被电解分隔物分隔为阳极槽区和阴极槽区；

所述电解槽B的不溶性阳极的材质选自导电石墨、钛基材涂层电极、金、铂和含有上述金属的合金中的一种或以上；所述电解槽B的不溶性阴极材质选自导电石墨、不锈钢、金、铂、银、铜、铁、镍、锡、锌、铝、钛和含有上述金属的合金中的一种或以上；所述电解槽B的电解槽分隔物为能在作业过程中有效阻止金属阳离子从电解槽B的阳极槽区迁移到阴极槽区的材料，具体选自阴离子交换膜、双极膜、反渗透膜、中性滤膜中的一种或以上；所述电解槽B的阳极电解液为待处理含铁盐溶液，所述电解槽B的阴极电解液为电解质水溶液。

4.根据权利要求3所述的去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，步骤一中采用对待处理含铁盐溶液进行氧化后再通过加投还原剂和/或采用电化学方法进行还原反应的方案时，对所述待处理含铁盐溶液或者经氧化的待处理含铁盐溶液中的重金属离子杂质浓度作检测计量，根据检测结果数据向经氧化的待处理含铁盐溶液中投入还原剂将高价态重金属离子彻底地还原降价为最低价态的重金属离子，得到含铁酸性溶液A。

5.根据权利要求4所述的去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，步骤一中对待处理含铁盐溶液进行氧化之后再采用电化学方式进行还原反应时，将氧化过后的待处理含铁盐溶液加入到所述电解槽B的阴极槽区中进行还原，使溶液中的高价态重金属离子杂质被还原为低价态的重金属离子，得到含铁酸性溶液A；所述电解槽B的电解阴极材质为选自导电石墨、金、铂、银、钛、铁、含有上述金属的合金和不锈钢中的一种或以上。

6.根据权利要求5所述的去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，步骤二中所述的草酸盐为草酸钠和/或草酸钾。

7.根据权利要求6所述的去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，步骤二中调节pH值所使用的碱性物质选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾中的至少一种。

8.根据权利要求1-7任一项所述的去除含铁盐溶液中重金属离子杂质的方法，其特征在于，向步骤一所得的含铁酸性溶液A加投硫化物，所生成的沉淀物通过固液分离处理去除后再进行步骤二，或者通过在步骤二的固液分离处理将其除去；所述的硫化物为选自硫化钠、硫化钾、硫化氢中的至少一种。

9.一种适用于权利要求1所述去除含铁盐溶液中重金属离子杂质方法的设备，其特征在于，包括有化学反应槽、氧化还原电位计、搅拌装置、固液分离器、暂存槽；其中：

所述的化学反应槽用于对待处理含铁盐溶液进行氧化处理、对经氧化的待处理含铁盐溶液进行还原处理、含铁酸性溶液A与草酸和/或草酸盐的化学反应沉淀处理中的至少一种处理工序；

所述的氧化还原电位计用于在对待处理含铁盐溶液的氧化处理和/或还原处理的过程中按工艺要求作检测和控制；所述的固液分离器用于对槽中化学反应后溶液出现的沉淀物作固液分离处理；所述的暂存槽用于暂存经固液分离器过滤后所得的清液。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，增设电解槽B，与化学反应槽连接，用于对待处理含铁盐溶液进行氧化和/或还原处理；在电解槽B中通过氧化还原电位计对氧化和/或还原反应作工艺数据检测和工艺控制。

11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述电解槽B被电解分隔物分为电解阳极槽和电解阴极槽；所述电解分隔物为阴离子交换膜、双极膜、反渗透膜和中性滤膜中的至少一种；

所述电解槽B的电解阳极的材质选用导电石墨、钛基材涂层电极、金、铂、金/铂合金中的一种或多种；所述电解槽B的电解阴极的材质选用导电石墨、金、铂、银、钛、金/铂/银/钛的合金、不锈钢和铁中的一种或多种。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，增设电解槽A，经电解槽A处理后的混合物送往化学反应槽和/或电解槽B作下一步处理；电解槽A的电解阳极是铁的可溶性阳极；电解阴极为选自导电石墨、不锈钢、金、铂、银、铜、铁、钛和上述金属的合金中的至少一种，作为不溶性阴极。

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