濕法煉鋅過程產(chǎn)出的鐵礬渣含有大量的有價金屬鋅、鉛以及伴生金屬鐵,在水熱條件下,危廢鐵礬渣將發(fā)生高效分解與轉(zhuǎn)化,有價金屬轉(zhuǎn)入溶液,伴生鐵轉(zhuǎn)化為赤鐵礦。本文以濕法煉鋅企業(yè)產(chǎn)出的鐵礬渣為研究對象,研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、液固比、初始酸度、晶種濃度等宏觀技術(shù)參數(shù)對鐵礬渣分解與轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律。理論計算和實驗結(jié)果均表明在高溫水熱體系中,鐵礬渣中的黃鉀鐵礬、黃銨鐵礬和鐵酸鋅物相均可有效轉(zhuǎn)化為赤鐵礦,而鉛鐵礬性質(zhì)穩(wěn)定不易轉(zhuǎn)化。升高溫度并延長反應(yīng)時間有利于黃鉀鐵礬、黃銨鐵礬和鐵酸鋅物相的水熱分解與轉(zhuǎn)化。在220℃下反應(yīng)1 h后,鐵礬物相轉(zhuǎn)化基本完成,其轉(zhuǎn)化率達(dá)94%;反應(yīng)4 h后鐵酸鋅物相衍射峰完全消失,鋅浸出率達(dá)87%,轉(zhuǎn)化渣中赤鐵礦含量達(dá)68%。適當(dāng)提高初始酸度有利于鐵酸鋅的轉(zhuǎn)化,但當(dāng)體系初始酸度高于15 g/L時將抑制鐵礬物相轉(zhuǎn)化。在反應(yīng)溫度220℃、反應(yīng)時間4 h、液固比（mL/g） 10:1、初始酸度0.01 g/L的條件下,鋅浸出率為89%,鐵礬物相的轉(zhuǎn)化率可達(dá)95%,鐵礬轉(zhuǎn)化渣中主要物相為赤鐵礦,其含量為68%。 

【文章來源】：中國有色金屬學(xué)報. 2020,30(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

鐵礬物相最終能量收斂圖Fig.1Finalenergyconvergenceofjarosite

中國有色金屬學(xué)報2020年5月1120升高溫度、添加晶種、延長反應(yīng)時間等手段，可促進(jìn)大部分亞穩(wěn)態(tài)鐵礬轉(zhuǎn)化為赤鐵礦。本文利用該研究思路，以濕法煉鋅過程產(chǎn)出的鐵礬渣為研究對象，在水熱條件下使其發(fā)生分解與轉(zhuǎn)化，有價金屬轉(zhuǎn)入溶液，伴生鐵轉(zhuǎn)化為具有潛在利用價值的赤鐵礦。通過研究反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、液固比、初始酸度、晶種濃度等宏觀技術(shù)參數(shù)對鐵礬渣中鐵礬及鐵酸鋅物相分解與轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律，獲得優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，為下一步鐵礬渣中有價金屬的高效提取提供參數(shù)。1實驗原理濕法煉鋅工業(yè)產(chǎn)生的危廢鐵礬渣物相組成極其復(fù)雜，通常鐵礬渣中的鐵礬物相是黃銨鐵礬(NH4Fe3(SO4)2(OH)6)、黃鈉鐵礬(NaFe3(SO4)2(OH)6)、黃鉀鐵礬(KFe3(SO4)2(OH)6)、鉛鐵礬(PbFe6(SO4)4-(OH)12)中的一種或幾種的混合物。鐵礬物相在水熱條件下按反應(yīng)式(1)發(fā)生反應(yīng)，隨著鐵礬物相轉(zhuǎn)化為赤鐵礦，轉(zhuǎn)化渣中硫殘留率將減小，同時賦存于鐵礬渣中的鋅、銅等有價金屬也隨之溶解進(jìn)入溶液。2AFe3(SO4)2(OH)6=A2SO4+3Fe2O3+3H2SO4+3H2O(A=Na,K,NH4,0.5Pb)(1)鐵礬渣中鐵礬物相種類及組成不同其反應(yīng)活性也不同，利用MaterialStudio軟件對黃銨鐵礬、黃鈉鐵礬、黃鉀鐵礬、鉛鐵礬進(jìn)行幾何優(yōu)化，獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)并得出以上4種鐵礬的結(jié)構(gòu)總能量，結(jié)果如圖1所示，4種鐵礬依次收斂于：黃銨鐵礬(9833eV)、黃鈉鐵礬(10241eV)、黃鉀鐵礬(10651eV)、鉛鐵礬(29574eV)。由此可知，在鐵礬渣水熱分解與轉(zhuǎn)化過程中其穩(wěn)定性由大到小依次為鉛鐵礬、黃鉀鐵礬、黃鈉鐵礬和黃銨鐵礬，表明黃銨?

第30卷第5期楚銘，等：濕法煉鋅危廢鐵礬渣水熱分解及鐵物相轉(zhuǎn)化行為1121其化學(xué)成分、XRD檢測結(jié)果如表1、圖3所示。采用分析純Fe2O3作為實驗晶種，D50為0.691μm，其粒度分析如圖4所示。由表1可知，鐵礬渣中除含有大量的鐵(29.37%)外還含有鋅(6.37%)、鉛(1.36%)等有價金屬。結(jié)合圖3可知，鐵礬渣中物相主要為黃銨鐵礬、黃鉀鐵礬、鐵酸鋅和二水硫酸鈣。黃鉀鐵礬法除鐵過程中，鋅焙砂、氨水等中和劑的使用導(dǎo)致鐵礬物相的復(fù)雜多變并含有一定量的鐵酸鋅。2.2實驗方法實驗按圖5所示流程進(jìn)行，取一定量鐵礬渣，按預(yù)設(shè)晶種濃度和液固比加入一定量晶種(Fe2O3)和水后調(diào)漿至1L并加入至壓力釜內(nèi)。固定攪拌轉(zhuǎn)速為表1鐵礬渣的主要化學(xué)成分Table1MajorchemicalcompositionofjarositeresidueZnFeCaOSPbNaK6.3729.371.179.231.360.590.34圖3鐵礬渣的XRD譜Fig.3XRDpatternsofjarositeresidue圖4Fe2O3晶種的粒徑分布圖Fig.4Particlesizedistributionofhematiteseedcrystal500r/min，預(yù)設(shè)實驗溫度，達(dá)到預(yù)設(shè)溫度后開始計時。到達(dá)預(yù)設(shè)反應(yīng)時間后，快速冷卻并采用抽慮設(shè)備對浸出礦漿進(jìn)行液固分離，得到轉(zhuǎn)化液和轉(zhuǎn)化渣，量取轉(zhuǎn)化液體積，稱量轉(zhuǎn)化渣濕重并置于70℃真空干燥烘箱中，烘干至恒量稱重并取樣送檢。2.3分析檢測與計算本實驗研究，轉(zhuǎn)化渣中鐵、鋅、硫等元素檢測委托昆明冶金研究院分析測定，利用渣中硫殘留率、鋅浸出率進(jìn)行表征，并利用XPS、紅外光譜、XRD的精修結(jié)果即鐵礬轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化渣中Fe2O3的含量進(jìn)行驗證，鐵礬轉(zhuǎn)化率利用式(4)進(jìn)行計算[27]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鐵礬渣還原焙燒制備磁鐵礦的研究[J]. 路殿坤,金哲男,謝峰,王萌.  銅業(yè)工程. 2013(01)
[2]用黃鈉鐵礬渣制備復(fù)合鎳鋅鐵氧體[J]. 陽征會,龔竹青,李宏煦,陳文汨,龔勝.  中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2006(04)

博士論文
[1]基于直接還原法回收鐵礬渣中鉛鋅鐵及同步固硫基礎(chǔ)研究[D]. 王亞運.北京科技大學(xué) 2018



本文編號：3318639