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软锰矿硫酸浸出液的净化除杂

2015-12-16范庆丰

湿法冶金 2015年2期
关键词:软锰矿硫酸锰浸出液

范庆丰

(广西冶金研究院,广西 南宁 530023)

用硫酸浸出软锰矿,锰被浸出的同时,其他杂质Fe、Ca、Ni、Mg、Co、A1、Cu、Zn等也被浸出。浸出液中这些杂质的存在对后续金属锰的提取有不利影响,因此,需对锰浸出液净化提纯[1-2]。试验采用分步法去除杂质,确定了杂质去除最优条件。

1 试验部分

1.1 试验仪器与试剂

试剂:二甲基二硫代氨基甲酸钠(福镁钠,S.D.D),双氧水,氟化氨,铁氰化钾,聚醚,均为分析纯;双飞粉,工业级。

主要仪器:SH Z-B型恒温水浴振荡器(上海博迅实业有限公司医疗设备厂),PB-10酸度计(赛多利斯科学仪器(北京)有限公司),AL204型电子天平(梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司),TAS-986F型原子吸收分光光度计(北京通用仪器有限责任公司)。

1.2 试验方法

软锰矿硫酸浸出液的组分见表1。取一定量浸出液置于锥形瓶中,加入H2O2振荡,检测无Fe2+存在,加入双飞粉调节pH至5.0,反应0.5 h,抽滤,去除铁;滤液在恒温水浴振荡器中加热至60℃,加入福美钠(S.D.D),振荡1h后抽滤,去除Co、Ni;滤液加入 NH4F振荡,抽滤,除去Ca、Mg;去除Ca、Mg溶液中加入聚醚,振荡,抽滤,得净化硫酸锰溶液。

表1 软锰矿硫酸浸出液中各组分质量浓度 g/L

2 试验结果与讨论

2.1 浸出液中Fe2+的去除

调整溶液pH可以去除溶液中的铁。向浸出液中直接滴加 H2O2将Fe2+氧化成Fe3+,Fe3+在pH为3.0~7.0范围内水解形成Fe(OH)3胶体而沉淀[3-4]。用双飞粉调节溶液pH,pH对除铁的影响试验结果如图1所示。'

图1 Fe2+去除率与溶液pH的关系

由图1看出:溶液pH在4.5~6.5之间,铁去除率大于99.5%,溶液中Fe3+质量浓度小于0.2mg/L,满足后续工艺要求;随pH升高,锰回收率稍有变化,pH=5.0时,锰回收率最高。综合考虑,确定除铁最佳pH为5.0。

2.2 浸出液中Co2+和Ni2+的去除

多数金属硫化物的溶解度比其氢氧化物小很多,所以,可以采用硫化物沉淀法去除Co2+和Ni2+[5-6]。试验采用福美钠作沉淀剂,反应如下:

式中的 Me为Co2+、Ni2+等金属离子。

KSP(MnS)=2.5×10-10,当 溶 液 中[Mn2+]=39.13g/L≈0.71mol/L时,硫化锰沉淀pH[7]为

即当溶液pH>5.72时,硫化锰就会沉 淀。脱铁后,溶液pH约为5.0,调整pH小于5.72即可保证Co2+、Ni2+去除,而锰不会生成硫化物沉淀,但S.D.D在酸性条件下易分解成二乙胺和二硫化碳,pH越低,析出的二硫化碳越多,综合考虑,去除Co2+和 Ni2+的pH宜控制在6.0左右。

取一定量浸出液,调pH=6.0,加热至60℃,加入不同量S.D.D,反应不同时间,试验结果如图2、3所示。图2中,m(S)/m(Mn)表示福美钠中S元素与浸出液中Mn2+的质量比。

图2 S.D.D投加量对Co2+、Ni2+去除率的影响

图3 反应时间与Co2+、Ni2+浓度的关系

由图2、3看出:当m(S)/m(Mn)=0.046,反应50min时,Co2+、Ni2+去除率均较高。

以清洁机器人前进方向为y轴,横向方向为x轴,光伏面板的法线方向为z轴。将图1中各参数代入平面任意力系的平衡方程式可得:

2.3 Ca2+和 Mg2+的去除

用 氟 化 铵 去 除 Ca2+和 Mg2+[8-9]。F-与Ca2+、Mg2+反应生成难溶氟化物沉淀,可以达到去除钙、镁的目的。试验考察了NH4F用量、温度、溶液pH、反应时间等对氟化去除Ca2+、Mg2+的影响。

2.3.1 NH4F用量对Ca2+、Mg2+去除率的影响

试验在70℃、pH=5、沉淀时间0.5h条件下进行,NH4F用量对Ca2+、Mg2+去除率的影响试验结果如图4所示。可以看出:Ca2+、Mg2+去除率均随NH4F投加量增加而增大;当NH4F过量系数为3时,Ca2+去除率为90.4%,Mg2+去除率为70.8%。

图4 NH4F过量系数对Ca2+、Mg2+去除率的影响

2.3.2 温度对Ca2+、Mg2+去除率的影响

NH4F过量系数为3.0,溶液pH=5,沉淀时间为0.5h,温度对Ca2+、Mg2+去除率的影响试验结果如图5所示。可以看出,温度对Ca2+和Mg2+去除率影响显著,尤其对Mg2+沉淀的影响更为明显。Mg2+去除率在60~80℃之间提高明显,随温度升高,分子运动剧烈,有利于分子间的扩散和聚合,易于反应形成沉淀;同时,温度升高也会有利于过滤,便于滤饼清洗,滤渣含水率降低,而且沉淀晶型好。综合考虑,确定反应温度以90℃为宜。

图5 温度对Ca2+、Mg2+去除率的影响

2.3.3 反应时间对Ca2+、Mg2+去除率的影响

NH4F过量系数为3.0,反应温度90℃,溶液pH=5,沉淀时间对Ca2+、Mg2+去除率的影响试验结果如图6所示。可以看出,随沉淀时间延长,Ca2+、Mg2+去除率先升高而后稍有降低。这可能是CaF2和MgF2有部分返溶所致。

图6 反应时间对Ca2+、Mg2+去除率的影响

根据上述试验结果,综合净化程度、过滤速度和净化成本等因素,确定氟化铵沉淀除Ca2+、Mg2+的优化条件为温度90℃,反应时间1.0h,pH=5.0,NH4F用量为理论量的3倍。此条件下进行2次试验,结果见表2。

表2 优化条件试验结果

从表2看出,优化条件下,Ca2+、Mg2+平均去除率分别达99%和96%,去除效果较好。

2.4 化学除Si

去除钙镁后的浸出液中滴加2%聚醚溶液除硅[10]。在温度50~60℃、溶液pH=5.0条件下反应1.0h,结果硅去除率可达99%。

除铁、Co2+、Ni2+、Ca2+、Mg2+、Si之后,溶液组成见表3。可以看出,溶液中杂质含量均较低,符合电解锰要求。

3 结论

表3 除硅后浸出液中各组分质量浓度 mg/L

软锰矿硫酸浸出液经多步净化,可去除其中的铁、钴、镍、钙、镁、硅等杂质,除杂后可满足电解锰要求。该方法简单、方便,杂质去除率较高,可用于从硫酸锰溶液中去除杂质。

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