酸法煉鋁工藝中的除鐵方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種酸法煉鋁工藝中的除鐵方法。該除鐵方法包括從凈化樹脂洗脫液中除鐵，從凈化樹脂洗脫液中除鐵包括以下步驟：S1，采用凈化樹脂洗脫液利用積分反應裝置通過準均相成核法制備針鐵礦晶種，以及S2，在針鐵礦晶種存在下采用微分反應裝置水解去除凈化樹脂洗脫液中的鐵。該方法能夠?qū)⒎勖夯摇耙徊剿崛芊ā鄙a(chǎn)氧化鋁工藝凈化樹脂洗脫液中的鐵離子轉化為針鐵礦渣，一方面解決了鎵和鐵的分離問題，有利于鎵的回收提純；另一方面不產(chǎn)生含鐵廢水，且產(chǎn)生的針鐵礦渣具有再利用的價值。此發(fā)明方法易于工業(yè)實踐，除鐵效果好。
【專利說明】酸法煉鋁工藝中的除鐵方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬冶煉【技術領域】，具體而言，涉及一種酸法煉鋁工藝中的除鐵方法?！颈尘凹夹g】
[0002]粉煤灰“一步酸溶法”生產(chǎn)氧化鋁工藝中，利用Ga/Fe選擇型樹脂除鐵富鎵，得到凈化樹脂洗脫液。從凈化樹脂洗脫液中回收鎵時，通常采用還原掩蔽的方法，解決鎵和鐵的分離問題。其中，鐵以二價鐵離子形式在廢水中排出。若將含鐵廢水直接排放，廢水中存在的水解性鐵離子造成水體中的溶解氧迅速降低，排水是赤橙色且渾濁，對環(huán)境造成嚴重污染。尋找一條技術可行、經(jīng)濟合理的處理方法，將廢水中的鐵回收利用，是環(huán)境保護的一部分，也是循環(huán)經(jīng)濟的一部分，對緩解國內(nèi)鐵資源供需緊張、創(chuàng)造經(jīng)濟價值具有十分重要的現(xiàn)實意義。
[0003]酸性濕法冶金應用的除鐵方法主要有黃鐵帆法、針鐵礦法和赤鐵礦法。黃鐵釩法適用于含鐵量較高的鐵渣的處理，渣量較大，回收處理較難，產(chǎn)生二次污染；赤鐵礦法需要高溫高壓設備，投資費用較高；針鐵礦法適用于多種酸性介質(zhì)浸出液，尤其是氯氣浸出或全氯化濕法體系(在鹽酸介質(zhì)中的沉淀物主要為β-FeOOH)，可以在常壓和較低溫度下(70~IOO0C )進行，且針鐵礦渣結晶體大、過濾性能良好，夾帶有價金屬少、含鐵量高，再處理時不會產(chǎn)生大量二氧化硫，具有成為鋼鐵工業(yè)原料的應用價值。
[0004]以上三種除鐵方法，均不產(chǎn)生含鐵廢水，且已廣泛應用于濕法煉Zn，同時在Cu、Mn、Co、Ni濕法冶金中也有應用，但在濕法煉Al工藝中未見文獻報道。
[0005]其中，針鐵礦法分為兩種:還原-氧化法(V.Μ.)和部分水解法(Ε.Ζ.)。還原-氧化法是把三價鐵還原成二價鐵，通過控制二價鐵的氧化速度，保證三價鐵含量始終低于Ig/L，氧化生成針鐵礦。部分水解法是把較高濃度的三價鐵原液給入攪拌均勻的反應器，保證反應液含鐵量低于lg/L，水`解生成針鐵礦?！耙徊剿崛芊ā眱艋瘶渲疵撘褐械蔫F為三價鐵，比較適用部分水解法。
[0006]部分水解-針鐵礦法可以包括兩大步驟，原生晶種的制備和晶種存在下水解除鐵。原生晶種的制備，目前主要采用有水熱法和水解法。水熱法(中國有色金屬學報，2008，18 (專輯I):s27-s31)在高溫高壓反應釜中進行，反應時間短但反應條件不易實現(xiàn)，且產(chǎn)量受限，難以滿足工業(yè)所需大量晶種的要求。水解法應用較多，在堿性條件下生產(chǎn)針鐵礦，反應時間較長，鐵膠體Fe (OH) 3完全轉化為針鐵礦FeOOH約需要一天多的時間，對于一般工業(yè)操作來說不易實現(xiàn)，且轉化后的最終產(chǎn)物仍含有較多的鐵膠體，針鐵礦晶種不夠純凈。熊慧欣等(光譜學與光譜分析，2009，29 (7) =2005-2009)應用光譜分析法對不同pH值、鐵鹽種類、老化溫度等因素影響下三價鐵離子水解法制備針鐵礦，從礦相、結構性質(zhì)差異、以及環(huán)境功能的影響幾個方面從形成機理上進行了探討研究，結果表明:PH=8時，F(xiàn)e (III)溶液水解產(chǎn)物均為二線水鐵礦Fe5HO8.4H20 ;加熱陳化，可促進二線水鐵礦轉化為針鐵礦。吳思源等(環(huán)境化學，2012，31 (10):1625-1630)研究礦化劑混合方式、老化方法、老化時間等對針鐵礦合成產(chǎn)生的影響，結果表明，酸性條件和常溫磁力攪拌都不利于前驅(qū)體轉化為針鐵礦，優(yōu)化的針鐵礦制備條件為:堿性條件下70°C老化48h以上；礦化劑混合方式不會影響針鐵礦物相的形成，但對針鐵礦的結晶形貌、粒徑大小、團聚程度和比表面積產(chǎn)生一定影響。
[0007]水解除鐵，很多是在不添加晶種的條件下完成，原料液的給入一般以噴淋的方式。張愛黎等(有色礦冶，2001，17 (2):23-26)用噴淋的方法考察了 Fe3+濃度、溫度、pH值、時間等對硫酸鎳中除鐵效果的影響，結果表明，在Fe3+濃度小于I g/L、100 °C、pH=3時反應4h,凈化率可達99.99%以上。李良友等(江蘇冶金，1988增刊:54-60)用噴淋的方式考察了噴淋速度、PH值、中和劑加入方法等對針鐵礦法除鐵效果的影響，結果表明，pH=3.0~3.5，除鐵效果不受噴淋速度的影響，緩慢加入和分批加入中和劑焙砂對實驗結果也無影響，除鐵后液鐵含量在lg/L以下，凈化率大于90%。盛祖貴等(新疆有色金屬，2013 (I):46-47)采用針鐵礦法噴淋除鐵，探究了攪拌速度、原液輸入速度、反應PH值等對除鐵效果的影響，結果表明，攪拌速度和原液輸入速度對除鐵效果影響不大，PH值會直接影響除鐵效果:當pH值較低時，鐵含量較高；ipH=2.0時，鐵含量高達1.8g/L ;隨著pH值的增加，后液中鐵含量明星下降，當pH=3.5時，后液中鐵含量約為0.05g/L。鄭文軍等(礦冶工程，2010，30 (5):90-95)采用噴淋的方法對3種不同的浸出液除鐵，pH=5.0~6.0時，除鐵率可達99%以上。巴彥淖爾紫金有色金屬有限公司(中國有色冶金，2012，(3):78-81)探索了針鐵礦法噴淋除鐵，對除鐵效果、加液速度、溫度、以及中和劑用量進行了考察，結果表明，針鐵礦法噴淋除鐵工藝除鐵效果較好，具有一定的可行性，操作條件為加入晶種后，加熱至85~90°C后恒溫，保持溶液含鐵量小于lg/L，加中和劑焙砂保持pH=3.5~4.0。專利CN1337360A公開了一種含鐵、錳的鈷渣中制氯化鈷的方法，其中，采用部分水解-針鐵礦法除鐵，控制反應溫度85~95°C，通過噴淋氫氧化鈉或碳酸鈉中和劑，保持反應pH=l.5~3.5，最好是pH=2.0。專利CN102031373A公開了一種從電鍍污泥中回收鎳、銅的方法，其中，采用部分水解-針鐵礦法除鐵和鉻，在反應液中加入重質(zhì)碳酸鈣調(diào)pH=3.5~4.0，緩慢攪拌，并采用蒸汽加熱至75~85°C，反應時長1.5~2.5h。專利CN138641公開了一種混合稀土精礦碳還原焙燒生產(chǎn)氯化稀土的方法，其中，采用針鐵礦法噴淋除鐵，全部稀土濾液加少量氧化劑，氧化Fe2+為Fe3+后再與中和料將按比例噴淋或滴入中和接受槽，攪拌反應，控制反應溫度70~90°C，pH=3.0~4.0，加料完畢再用稀氨水或碳銨調(diào)pH=4.5。專利CN101982433A公開了一種不銹鋼酸洗廢水中和污泥無害化和資源化處置的方法，其中，采用部分水解-針鐵礦法除鐵，保持總鐵濃度小于lg/L，投加針鐵礦晶種，將溶液加熱到60~85°C，攪拌，不斷滴加堿液，保持 ρΗ=2.5 ~5.0。`
[0008]上述文獻報道中，一般需要控制反應ρΗ>3.0，三價鐵離子濃度小于lg/L。pH>3.0時，Ga3+會從酸性溶液中開始沉淀，不能滿足“一步酸溶法”凈化樹脂洗脫液除鐵、回收提純鎵的要求。而且，粉煤灰“一步酸溶法”生產(chǎn)氧化鋁工藝，以鹽酸為酸浸介質(zhì)，與濕法煉鋅等常采用硫酸介質(zhì)相比(S042_的存在，會阻礙FeOOH的形成)，有利于針鐵礦的形成(光譜學與光譜分析，2009，29 (7):2005-2009)。因此，需要進一步研究水解除鐵的工藝條件，以更好地適應“一步酸溶法”凈化樹脂洗脫液除鐵。
[0009]這樣，怎么樣制備純凈的針鐵礦晶種，以及在晶種存在下水解除鐵，仍然需要繼續(xù)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0010]本發(fā)明旨在提供一種酸法煉鋁工藝中的除鐵方法，以尋找一種技術可行、經(jīng)濟合理的從凈化樹脂洗脫液中除鐵的方法。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種酸法煉鋁工藝中的除鐵方法。該除鐵方法包括從凈化樹脂洗脫液中除鐵，從凈化樹脂洗脫液中除鐵包括以下步驟:SI，采用凈化樹脂洗脫液利用積分反應裝置通過準均相成核法制備針鐵礦晶種，以及S2，在針鐵礦晶種存在下采用微分反應裝置水解去除凈化樹脂洗脫液中的鐵。
[0012]進一步地,積分反應裝置包括第一反應槽,步驟SI包括:S11，取底液倒入第一反應槽中，用鹽酸調(diào)節(jié)至pH〈3.0，攪拌；S12，待底液的溫度升至60~100°C，從第一反應槽的槽底加入凈化樹脂洗脫液，反應5~10分鐘后，用Na2CO3調(diào)節(jié)pH〈3.0 ；S13,重復步驟S12直至得到針鐵礦晶種，在步驟SI中，第一反應槽內(nèi)的漿液中三價鐵離子濃度低于lg/L。
[0013]進一步地，微分反應裝置包括:第二反應槽，位于第二反應槽下游的陳化槽，位于陳化槽下游的沉降分離槽，步驟S2包括:S21，將針鐵礦晶種加入第二反應槽，向第二反應槽中加入凈化樹脂洗脫液，攪拌，反應5~10分鐘后，用Na2CO3調(diào)節(jié)pH〈3.0 ；S22,隨著凈化樹脂洗脫液地不斷加入，第二反應槽內(nèi)的漿液溢流到陳化槽進行陳化；S23，陳化后的漿液輸入沉降分離槽進行沉降分離，得到針鐵礦渣和除鐵后的漿液。
[0014]進一步地，步驟S2包括:S24，取針鐵礦渣加入第二反應槽中，控制第二反應槽內(nèi)的針鐵礦晶種的濃度為0.9~3.0g/Lo
[0015]進一步地,底液為水或除鐵后的衆(zhòng)液。
[0016]進一步地，步驟S2中，第二反應槽內(nèi)的漿液溫度為60~100°C。
[0017]進一步地，陳化的時間為30~120分鐘。
[0018]進一步地，第一反應槽和第二反應槽為不銹鋼反應槽。
[0019]進一步地，步驟S12和步驟S21中的攪拌速度為400~650r/min。
[0020]進一步地，第一反應槽和第二反應槽為同一個反應槽。
[0021]應用本發(fā)明的技術方案，利用積分反應裝置通過準均相成核法制備針鐵礦晶種，并在晶種存在下采用微分反應裝置水解除鐵。該方法能夠?qū)⒎勖夯摇耙徊剿崛芊ā鄙a(chǎn)氧化鋁工藝凈化樹脂洗脫液中的鐵離子轉化為針鐵礦渣，一方面解決了鎵和鐵的分離問題，有利于鎵的回收提純；另一方面不產(chǎn)生含鐵廢水，且產(chǎn)生的針鐵礦渣具有再利用的價值。此發(fā)明方法易于工業(yè)實踐，除鐵效果好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中:
[0023]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的利用積分反應裝置通過準均相成核法制備針鐵礦晶種的流程示意圖；以及
[0024]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的在晶種存在下采用微分反應裝置水解除鐵的流程不意圖。
【具體實施方式】
[0025]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發(fā)明。
[0026]現(xiàn)有技術中沒有能夠經(jīng)濟有效的去除粉煤灰“一步酸溶法”生產(chǎn)氧化鋁工藝凈化樹脂洗脫液中的鐵的方法，針對此，本發(fā)明提供了一種酸法煉鋁工藝中的除鐵方法，部分水解-針鐵礦法，以解決鎵和鐵的分離、以及含鐵廢水的排放問題。
[0027]其中，凈化樹脂洗脫液主要成分如表1所示。
[0028]表1凈化樹脂洗脫液的主要化學成分(mg/L)
[0029]
【權利要求】
1.一種酸法煉鋁工藝中的除鐵方法，包括從凈化樹脂洗脫液中除鐵，其特征在于，所述從凈化樹脂洗脫液中除鐵包括以下步驟: Si，采用所述凈化樹脂洗脫液利用積分反應裝置通過準均相成核法制備針鐵礦晶種，以及 S2，在所述針鐵礦晶種存在下采用微分反應裝置水解去除所述凈化樹脂洗脫液中的鐵。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述積分反應裝置包括第一反應槽(10)，所述步驟SI包括: S11，取底液倒入所述第一反應槽(10)中，用鹽酸調(diào)節(jié)至pH〈3.0，攪拌； S12，待所述底液的溫度升至60~100°C，從所述第一反應槽(10)的槽底加入所述凈化樹脂洗脫液，反應5~10分鐘后，用Na2CO3調(diào)節(jié)pH〈3.0 ； S13，重復所述步驟S12直至得到所述針鐵礦晶種， 在所述步驟SI中，所述第一反應槽(10)內(nèi)的漿液中三價鐵離子濃度低于lg/L。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述微分反應裝置包括:第二反應槽(30)，位于所述第二反應 槽(30)下游的陳化槽(40)，位于所述陳化槽下游的沉降分離槽(50)，所述步驟32包括: S21，將所述針鐵礦晶種加入所述第二反應槽(30)，向所述第二反應槽(30)中加入所述凈化樹脂洗脫液，攪拌，反應5~10分鐘后，用Na2CO3調(diào)節(jié)pH〈3.0 ； S22，隨著所述凈化樹脂洗脫液地不斷加入，所述第二反應槽(30)內(nèi)的漿液溢流到所述陳化槽(40)進行陳化； S23，陳化后的所述漿液輸入所述沉降分離槽(50)進行沉降分離，得到針鐵礦渣和除鐵后的衆(zhòng)液。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S2進一步包括:S24，取所述針鐵礦渣加入所述第二反應槽(30)中，控制所述第二反應槽(30)內(nèi)的針鐵礦晶種的濃度為0.9 ~3.0g/L。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述底液為水或所述除鐵后的漿液。
6.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述第二反應槽(30)內(nèi)的漿液溫度為60~100°C。
7.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述陳化的時間為30~120分鐘。
8.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一反應槽(10)和所述第二反應槽(30)為不銹鋼反應槽。
9.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟S12和所述步驟S21中的攪拌速度為 400 ~650r/min。
10.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一反應槽(10)和所述第二反應槽(30)為同一個反應槽。
【文檔編號】C22B21/00GK103805779SQ201310746794
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】張維世, 劉延紅, 池君洲, 郭志峰, 趙飛燕, 張云峰, 秦興東, 劉瑞平 申請人:中國神華能源股份有限公司, 神華準能資源綜合開發(fā)有限公司