铁矾渣转化法制取氧化铁红

2019-08-30汪九初陈六新唐卫国陈海大

安徽化工 2019年4期

关键词：氯化铵液固比氯化

汪九初，陈六新，唐卫国，陈海大

（安徽铜冠有色金属（池州）有限责任公司，安徽池州247100）

我国湿法炼锌冶炼采用热酸浸出低污染沉矾除铁工艺的产能已经超过40 万吨，每年产出铁矾渣量45 万吨以上。铁矾渣为大量堆存的危险固废。目前国内处理铁矾渣主要采用奥斯麦特炉、侧吹炉等工艺，火法处理铁矾渣成本高，且资源化程度不高。

本文主要以铁矾渣为原料，进行湿法和火法联合工艺，将铁矾渣处理后，铁转化为氧化铁红，钠转化为硫酸钠，同时富积铁矾渣中的铟和银，以期为铁矾渣资源化处理提供解决方案。

1 实验原料

选用某公司产出的铁矾渣，该公司的沉矾除铁过程只加入钠盐未加入铵盐作为沉矾剂，因此铁矾渣主要成分为钠矾，主要成分见表1。

表1 铁矾渣主要成分

铁矾渣扫描电镜发现铁矾渣结晶较好且纯度相对较高，粒径在2 μm 左右，结晶物为钠矾，见图1。

图1 铁矾渣SEM 图

2 实验方法

铁矾渣综合利用见图2，主要操作工序有铁矾渣碱性分解、碱性分解液冷却结晶、碱性分解液脱砷、碱性分解渣氯化浸出、氯化浸出渣、煅烧、球磨、氯化浸出液置换银和铟。本文仅对铁矾渣碱性分解、碱性分解渣氯化浸出、氯化浸出渣煅烧、氧化铁红产品质量验证作论述。

图2 铁矾渣资源化利用流程

2.1 氢氧化钠分解铁矾渣实验

液固比为3∶1，按铁矾渣转化为氢氧化铁所用氢氧化钠理论量的1.1 倍，选择反应时间，结果见图3，最佳反应时间为1.5 h。

控制反应时间为1.5 h，考查氢氧化钠浓度对结果的影响，实验结果见图4，碱浓12%，满足铁矾渣分解和砷的浸出要求。

表2 铁矾渣浸出数据

根据以上实验选择：温度60℃，时间1.5 h，氢氧化钠浓度12%，液固比3∶1。该条件下得到实验数据见表2，铁矾渣分解后的渣含硫小于0.15%，含砷小于0.02%。

图3 铁矾渣脱硫脱砷随时间变化曲线

图4 碱浓对铁矾渣脱硫脱砷的影响

2.2 氯化铵浸出实验

本步骤主要考查脱除铁矾渣经过氢氧化钠转化后铁渣中的Ag 和In。据资料可氯化浸出，本实验考虑采用氯化铵浸出，主要理由有：首先是氯和铵根离子均具有与铟和银的络合能力；其次是氯化铵在下一步骤煅烧时不会有残留，最后氯离子在煅烧时具有氯化挥发能力。

氯化铵浸出pH 值的选择：pH 值越低，越有利于银和铟的浸出，但pH 太低会导致氢氧化铁溶解，因此本实验将pH 控制为2.0。

氯化铵浓度及反应时间的选择：温度60℃，液固比3∶1，试验数据见表3。氯化铵浓度越大，搅拌时间越长，浸出效果越好。考虑氯化铵溶解度问题，为保证氯化铵在温度变化不致于结晶析出，确定氯化铵浸出条件：氯化铵浓度6 N，液固比3∶1，pH 2，搅拌浸出时间1.5 h。按此实验条件做三组实验，实验所得浸出渣成分数据如表4。

表3 氯化铵浸出液数据

氯化铵浸出渣扫描电镜SEM 见图5，X 射线能谱（EDS）检测见图6。图5 表明氯化铵浸出渣与原矾渣结晶相比，在原有的晶粒上出现许多孔洞，特别疏松，这与氯化铵浸出后抽滤渣含水特别高（50%左右）有关，粒径仍约为2 μm；氯化铵浸出渣EDS 图发现，浸出渣中铁氧比并非是简单的氢氧化铁；氯化铵浸出渣X 衍射检测发现为非晶体结构。由试验可知，银和铟的浸出率均在30%左右。

图5 氯化铵浸出渣SEM 图

表4 氯化铵浸出渣成分

图6 氯化铵浸出渣EDS 图

2.3 氢氧化铁煅烧实验

氯化铵浸出后的渣经过洗涤分别在550℃、650℃、750℃、850℃、950℃煅烧1.5 h，550℃煅烧物表面发黑，粉碎后略显棕红，650℃比550℃略红，705℃煅烧整体显棕红色，850℃煅烧颜色和750℃相似，但结块严重；950℃煅烧物棕红色加深，结块比850℃更严重。进行煅烧实验，氯化浸出渣在不同温度下煅烧后含铁量如表5，煅烧铁红分析数据如表6。