N－亚硝基苯胲铵络合去除硫酸铝中铁的研究*

郭慧玲，贾志奇，秦晓琴，韩玉英，赵永祥

（精细化学品教育部工程研究中心，山西大学化学化工学院，山西太原 030006）

硫酸铝作为一种重要的无机化工原料,广泛应用于造纸、纺织、化工和水处理等领域［1］。基于中国丰富的铝土矿、煤矸石、高岭土等矿物资源，利用酸处理矿物生产硫酸铝产品是一条极具发展前景的工艺路线。但是，该工艺生产的硫酸铝含铁量高，远不能满足高端领域应用的技术要求［2］，因此，开发能有效降低硫酸铝中铁的生产工艺技术，就成为提升硫酸铝产品品质的关键。目前,文献报道硫酸铝除铁工艺主要包括有机萃取法、结晶法、沉淀法等［3-4］。沉淀法主要包括高锰酸钾沉淀法［5］、铁氰化钾和亚铁氰化钾沉淀法［2，6］、有机络合沉淀法［7-9］。与其他除铁方法相比,有机络合沉淀法由于有机络合剂对铁离子选择性强、用量少，生成的沉淀颗粒大、易于分离，工艺简单，铁去除效果好，因而受到众多科研工作者的关注，是一种极具发展潜力的去除硫酸铝中铁的技术。N－亚硝基苯胲铵络合剂是一种重要的含N、O功能基团的有机络合试剂，分子中羟氨上的氧和亚硝基能与金属离子定向键合，形成稳定的络合物。鉴于此，笔者选用络合剂N－亚硝基苯胲铵进行硫酸铝除铁实验。实验考察了络合剂用量、反应时间、反应温度、溶液酸度等因素对除铁效果的影响，旨在为开发用于工业生产的高效除铁工艺提供技术参考。

1 实验部分

1.1 主要试剂、仪器

试剂：硫酸铝、N－亚硝基苯胲铵、硫酸，均为分析纯。含铁硫酸铝溶液：铝质量浓度为26.48 g/L，铁质量浓度为0.699 g/L。

仪器：恒温加热磁力搅拌器、循环水式真空泵、紫外可见分光光度计。

1.2 实验步骤

1.2.1 含铁硫酸铝溶液中铁、铝含量的测定

铁含量测定按照GB/T 3049—2006《工业用化工产品铁含量测定的通用方法1，10-菲啰啉分光光度法》进行。铝含量测定参考文献［10］采用间接络合滴定法。

1.2.2 有机络合沉淀除铁

1）络合剂溶液的配制：准确称取2.5 g络合剂溶于25 mL乙醇和水（体积比为1∶3）的混合溶液中。

2）除铁方法：准确移取含铁硫酸铝溶液25 mL于100 mL锥形瓶中，加入3.5 mL络合剂溶液，在60℃条件下搅拌反应60 min，过滤分离生成的橙黄（红）色沉淀，取滤液进行铝、铁含量分析，计算铁的去除率和铝的损失率。

1.2.3 除铁后滤液中铁、铝含量的测定

铝含量测定：滤液稀释10倍，按照1.2.1节方法测定铝含量。

铁含量测定：按照1.2.1节方法测定铁含量。

2 结果与讨论

2.1 溶剂配比对除铁效果的影响

在其他条件不变的情况下，考察乙醇和水的配比对除铁效果和铝损失率的影响，结果见图1。由图1可知，随着水、乙醇体积比的增大，铁去除率和铝损失率呈现先升高后降低的趋势，当水、乙醇体积比为3∶1时铁去除率最大，此时溶液中铁质量浓度为37.75 mg/L，硫酸铝质量浓度为146.53 g/L，铁在固体硫酸铝中质量分数为0.026%。因此，确定溶解络合剂的溶剂配比 V（乙醇）∶V（水）=1∶3。

图1 溶解络合剂的溶剂配比对除铁效果的影响

2.2 络合剂加入量对除铁效果的影响

在其他条件不变的情况下，考察络合剂加入量对除铁效果和铝损失率的影响，结果见图2。由图2可以看出，随着络合剂用量的增加铁去除率逐渐升高；当络合剂溶液加入体积为3.5 mL时，此时溶液中铁质量浓度为20.20 mg/L，硫酸铝质量浓度为152.55 g/L，铁在固体硫酸铝中质量分数为0.013%。因而确定络合剂溶液加入量为3.5 mL，折合络合剂加入量（以100 mL含铁硫酸铝溶液计）为1.4 g。

图2 络合剂用量对除铁效果的影响

2.3 溶液酸度对除铁效果的影响

在其他条件不变的情况下，考察溶液酸度对除铁效果和铝损失率的影响，结果见表1。由表1可知，随着溶液中氢离子浓度的增加，铁去除率升高，当溶液中氢离子浓度为0.5 mol/L时，铁去除率达到95.21%，此时溶液中铁质量浓度为33.48 mg/L，硫酸铝质量浓度为154.69 g/L，铁在固体硫酸铝中质量分数为0.022%。所以选用体系中的氢离子浓度为0.5 mol/L。

表1 溶液酸度对除铁效果的影响

2.4 反应时间对除铁效果的影响

图3 反应时间对除铁效果的影响

在其他条件不变的情况下，考察反应时间对除铁效果和铝损失率的影响，结果见图3。由图3可知，随着反应时间的延长铁去除率呈现逐渐增加的趋势。当反应时间为1 h时铁去除率为95.4%，此时溶液中铁质量浓度为32.27 mg/L，硫酸铝质量浓度为151.4 g/L，铁在固体硫酸铝中质量分数为0.021%。随着反应时间的延长铁去除率升高，考虑实验效率因素选择反应时间为1 h。

2.5 反应温度对除铁效果的影响

在其他条件不变的情况下，考察反应温度对除铁效果和铝损失率的影响，结果见图4。由图4可知，随着反应温度从20℃升高到90℃，铁去除率呈现先升高后降低的趋势。当反应温度为60℃时铁去除率为97.8%，此时溶液中铁质量浓度为15.37 mg/L，硫酸铝质量浓度为151.74 g/L，铁在固体硫酸铝中质量分数为0.01%。随着反应温度的升高铁去除率下降的原因可能是反应温度升高使形成的铁离子络合物的溶解度增加，溶液中铁含量升高。因此，选择反应温度为60℃。

图4 反应温度对除铁效果的影响

3 结论

利用络合剂N－亚硝基苯胲铵去除硫酸铝溶液中的铁效果显著。实验结果表明，在含铁硫酸铝溶液酸度（氢离子浓度）为0.5 mol/L、混合溶剂乙醇与水的体积比为1∶3、络合剂用量（以100 mL含铁硫酸铝溶液计）为1.4 g、60℃反应1 h条件下，铝损失率约为10%，铁去除率为97.8%，此时溶液中铁质量浓度为15.37 mg/L，硫酸铝质量浓度为151.74 g/L，铁在固体硫酸铝中质量分数为0.01%，优于HG/T 2225—2010《工业硫酸铝》Ⅱ类一等品质量指标（铁质量分数≤0.30%）。该工艺流程简单，操作条件温和，络合剂易于制备，特别适合小型工业化生产，对高纯硫酸铝的生产具有积极的技术参考价值。

［1］何朝晖，易汝平.我国硫酸铝工业现状及发展趋势［J］.无机盐工业，2001，33（1）：17-19.

［2］仝慧娟.含氟硫酸铝脱铁及其高附加值回收技术的研究［D］.大连：大连理工大学，2007.

［3］Meng M X，Yu Shuqiu，Chen Jiayong.Kinetics of iron（Ⅲ） extraction with primary amine and TBP using a modified rotating diffusion cell［J］.Hydrometallurgy，1996，41（1）：55-70.

［4］季芳.P2O4萃取硫酸铝溶液中Fe3+离子的研究 ［J］.辽宁化工，2008，37（11）：733-735.

［5］吴建宁，蔡会武，郭红梅，等.从含铁硫酸铝中除铁［J］.湿法冶金，2005，24（3）：155-158.

［6］梅永进，陆英英.工业硫酸铝除铁试验［J］.鹭江职业大学学报，2002，10（1）：73-75.

［7］王彩华，崔玉民.硫酸铝除铁研究概述［J］.内蒙古石油化工，2010（2）：30-31.

［8］贾丽慧，刘安昌，温玉萍.中国硫酸铝除铁技术的研究进展［J］.无机盐工业，2006，38（8）：1-3.

［9］李秦川，贾志奇，郭慧玲，等.DDTC络合去除硫酸铝中铁工艺条件的研究［J］.化学与生物工程，2012，29（4）：72-73.

［10］丁景范.大学综合化学实验新编［M］.北京：中国科学技术出版社，1997：18-19.