用硫酸从锡尾矿中浸出铁试验研究

杨永德，吴晶晶，朱容锋，李延伟，姚金环

(桂林理工大学 化学与生物工程学院，广西 桂林 541004)

选矿尾矿中含有大量有价金属，但却未得到很好利用[1-2]。近年来，关于矿渣或尾矿的资源化利用研究越来越多，如用有色金属尾矿(锡矿尾矿、碳酸锰尾矿、电解锰尾矿)制备分子筛[3],直接用铁矾渣浸出液制备高性能锂离子电池负极材料ZnFe2O4[4]，用锡尾矿制备水泥熟料[5]，用尾矿、甘蔗秸秆制备肥料[6]，用钒钛磁铁矿尾矿制备高强度混凝土[7]等。某锡矿通过地下开采，有大量尾矿堆积[8]，尾矿中含大量铁，但铁含量未达炼铁要求。锡尾矿中锡、铁等有价金属的回收主要采用浮选[9-10]、重选[11]或浮选-重选联合工艺[12-14],但这些工艺较复杂，金属回收率不足60%。采用焙烧—凝聚—磁选工艺从脉型锡尾矿中回收锡、铁，可获得品位为86.16%的铁精矿和63.80%的锡精矿[15]。对尾矿进行浸出，再从浸出液中回收有价金属是尾矿资源化利用的一种重要方法[16-18]。但有关锡尾矿的相关研究却鲜见报道。

试验研究了用硫酸溶液从广西某锡尾矿中浸出铁，以期对大量堆存的锡尾矿得到开发利用提供一种新思路。

1 试验部分

1.1 试验仪器与设备

X’Pert3Power多功能X-射线衍射仪，DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，80-2B电动离心机，BSA系列电子天平，精密电热恒温鼓风干燥箱，SU5000型场发射扫描电子显微镜。

1.2 试验原料

锡尾矿，取自广西某锡矿厂，SEM照片见图1，主要成分见表1。尾矿中，Si、Al、Fe质量分数较高；颗粒形状不规则，大颗粒表面有少许小颗粒附着。

硫酸溶液，分析纯。

a—5 000倍；b—20 000倍。

表1 锡尾矿的主要成分 %

1.3 试验原理与方法

锡尾矿与硫酸溶液的反应属于液固反应，影响浸出的主要因素有硫酸浓度、反应温度、反应时间、液固体积质量比等。尾矿中的铁以Fe2O3形式存在，与硫酸反应形成Fe3+转入溶液；其他金属元素，如Al、Mg等也会不同程度被浸出生成相应的硫酸盐。

(1)

一定条件下，在250 mL三口烧瓶中加入硫酸溶液并放入磁子。三口烧瓶置于DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器内，加热到设定温度后加入5 g原料。搅拌浸出一定时间后取下，并进行离心分离。取浸出液测定其中铁质量浓度，计算铁浸出率。

铁质量浓度采用氧化还原滴定法测定[19]。

2 试验结果与讨论

2.1 反应时间对铁浸出率的影响

试验条件：锡尾矿质量5 g，硫酸浓度1.5 mol/L，液固体积质量比4 mL/g，反应温度50 ℃。反应时间对铁浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 反应时间对铁浸出率的影响

由图2看出：随反应进行，铁浸出率逐渐提高；反应60 min后，铁浸出率变化不大。

2.2 硫酸浓度对铁浸出率的影响

试验条件：尾矿质量5 g，液固体积质量比4 mL/g， 反应温度50 ℃，反应时间60 min。硫酸浓度对铁浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 硫酸浓度对铁浸出率的影响

由图3看出：随硫酸浓度升高，铁浸出率提高；硫酸浓度升至1.5 mol/L后，铁浸出率提高幅度不大。随硫酸浓度升高，溶液中氢离子浓度提高，促使浸出反应向右进行，有利于铁的浸出[20]。

2.3 液固体积质量比对铁浸出率的影响

试验条件：尾矿质量5 g，硫酸浓度1.5 mol/L，反应温度50 ℃，反应时间60 min。液固体积质量比对铁浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 液固体积质量比对铁浸出率的影响

由图4看出，随液固体积质量比从4 mL/g增大到10 mL/g，铁浸出率提高幅度不大。可见，液固体积质量比对铁浸出率影响较小。

2.4 反应温度对铁浸出率的影响

试验条件：尾矿质量5 g，液固体积质量比4 mL/g， 硫酸浓度1.5 mol/L，反应时间60 min。反应温度对铁浸出率的影响试验结果如图5所示。

图5 反应温度对铁浸出率的影响

由图5看出：随反应温度升高，铁浸出率明显提高；温度升至70 ℃时，铁浸出率达99.0%，铁基本浸出完全。温度升高，分子热运动加快，溶液黏度降低，扩散阻力减小，有利于加快尾矿颗粒表面反应速率，对浸出反应有利[21]。

2.5 正交试验

以反应温度、硫酸浓度、液固体积质量比、反应时间4因素，设计4因素4水平正交试验方案并进行试验。试验因素水平及结果见表2，试验数据的极差分析结果见表3。可以看出：各因素对铁浸出率的影响顺序为反应温度>硫酸浓度>液固体积质量比>反应时间；各因素之间存在一定交互作用。根据ki(i=1,2,3,4)确定最佳浸出条件为：反应温度90 ℃，硫酸浓度3.5 mol/L，液固体积质量比10 mL/g，反应时间120 min。该条件下，铁浸出率接近100%。但综合考虑正交试验结果和能耗、酸用量及后续铁回收过程中碱的用量等因素，确定最佳浸出条件为：反应温度70 ℃，硫酸浓度1.5 mol/L，液固体积质量比4 mL/g，反应时间90 min。此条件下，铁浸出率为99.3%。

表2 正交试验因素水平及结果

表3 正交试验极差分析结果

3 结论

试验结果表明：用硫酸从锡尾矿中浸出铁是可行的；反应时间、硫酸浓度、液固体积质量比、反应温度对铁浸出率都有影响，其中反应温度和硫酸浓度的影响较为显著，液固体积质量比和反应时间的影响相对较小。从节能、耗酸量及后续沉铁角度考虑，确定适宜浸出条件为反应温度70 ℃、硫酸浓度1.5 mol/L、液固体积质量比4 mL/g、反应时间90 min， 此条件下，铁浸出率约为99%。