鈷鎳浸出液過氧化氫低溫氧化除鐵試驗研究

吳玉春， 黃招輝， 鐘 琦， 巫 劍

（1.贛州稀土集團有限公司， 江西 贛州 341000；2.中國南方稀土集團有限公司， 江西 贛州 341000）

近年來，由于有色金屬市場價格較低迷，國內(nèi)以鈷鹽為主的生產(chǎn)企業(yè)都在考慮使用含鈷鎳廢料提取鈷，但浸出液中除含鈷、鎳離子外，還有相當量的鐵離子（Fe2+或Fe3+），為了滿足下一步萃取分離的需要，酸浸液必須進行凈化除鐵[1]。從金屬溶液中除鐵的方法有很多，工業(yè)應(yīng)用最廣的溶液除鐵方法主要有：黃鈉鐵礬法除鐵、針鐵礦法、赤鐵礦法等[2-5]，以上三種方法通常要求溫度較高，能耗大，處理成本高。近年來，低溫過氧化氫法凈化除鐵逐漸受到關(guān)注，該法通過不斷完善，解決了低溫條件下過濾性能欠佳、氧化效率低的缺點，是一種低成本環(huán)保的凈化除鐵工藝。

1 試驗部分

1.1 基本原理

鈷鎳廢料酸浸液中室溫下慢慢加入過氧化氫溶液，溶液中Fe2+與過氧化氫反應(yīng)生成Fe3+，F(xiàn)e3+在一定特定的條件下形成較大粒徑的FeOOH沉淀而被除去[6]?；痉磻?yīng)如下：

1.2 試驗原料

試驗所用鈷鎳浸出液取自贛州某國有冶煉企業(yè)的萃銅后液，其酸浸液主要化學(xué)成分為：ρ(Fe)=4.06 g/L；ρ(Co)=26.83 g/L；ρ(Al)=0.037 g/L；ρ(Ni)=20.43 g/L。

1.3 試驗方法

按要求改造好反應(yīng)槽，取一定量的鈷鎳浸出液，用堿（重鈣、氫氧化鈣、氫氧化鈉）調(diào)整pH在4.0～4.5之間，開啟攪拌，溫度保持室溫，慢慢加入過量一定量的過氧化氫，同時滴加適量的添加劑，整個過程保持pH不變，待反應(yīng)一定時間后過濾，以分光光度法測定濾液中鐵離子濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對除鐵的影響

試驗條件：攪拌速度約為150 r/min，雙氧水濃度為8%，添加劑用量4 mg/L，常溫條件反應(yīng)2 h。改變反應(yīng)過程中的pH值，考察其對除鐵的影響，試驗結(jié)果見表1。

表1 pH值對除鐵的影響

由表1可知，隨著反應(yīng)pH值提高，酸浸液中鐵離子質(zhì)量濃度不斷減小，當pH在3～4時，鐵離子質(zhì)量濃度快速下降，渣含鈷鎳的量緩慢增長；當pH增大至4～5時，鐵離子質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定，但渣含鈷鎳的量急劇增加。因此，反應(yīng)pH值控制在4.0～4.5，雜質(zhì)鐵的去除效果好，而鈷鎳損失較小。

2.2 反應(yīng)時間對除鐵的影響

試驗條件：反應(yīng)pH為4.0～4.5，攪拌速度約為150 r/min，雙氧水濃度為8%，常溫條件，添加劑用量4 mg/L。改變反應(yīng)時間，考察其對除鐵的影響，試驗結(jié)果見表2。

表2 應(yīng)時間對除鐵的影響

由表2可知，隨著反應(yīng)時間延長，酸浸液中鐵離子質(zhì)量濃度降低，渣中鈷鎳含量略微增加。反應(yīng)1.5 h之前，鐵離子質(zhì)量濃度快速下降，反應(yīng)1.5 h之后，鐵離子質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定。因此，反應(yīng)時間控制在1.5～2.0 h，雜質(zhì)鐵沉淀完全，而渣含鈷鎳的量較少。

2.3 過氧化氫體積分數(shù)及進料方式對除鐵的影響

試驗條件：反應(yīng)pH為4.0～4.5，攪拌速度約為150 r/min，常溫條件反應(yīng)2 h，添加劑用量4 mg/L。過氧化氫體積分數(shù)及進料方式，考察其對除鐵的影響，試驗結(jié)果見表3。

表3 過氧化氫體積分數(shù)及進料方式對除鐵的影響

由表3可知，當H2O2加入的總量不變時，H2O2體積分數(shù)小，酸浸液中鐵離子質(zhì)量濃度越低；緩慢進料比快速進料，鐵離子質(zhì)量濃度更低；多口進料比單口進料，鐵離子質(zhì)量濃度更低。由于過氧化氫體積分數(shù)及進料方式影響過氧化氫的利用率和過氧化氫對二價鐵的氧化效率，而過低的過氧化氫對酸浸液鈷鎳有稀釋作用不利于鈷鎳的富集，因此，雙氧水濃度為8%，進料采用緩慢多口下進料方式，雜質(zhì)鐵的去除率高。

2.4 攪拌速度對除鐵的影響

試驗條件：反應(yīng)pH為4.0～4.5，雙氧水濃度為8%，常溫條件反應(yīng)2 h，添加劑用量4 mg/L。改變攪拌速度，考察其對除鐵的影響，試驗結(jié)果見表4。

由表4可知，攪拌速度在0～150 r/min內(nèi)，攪拌速度越快，酸浸液中鐵離子質(zhì)量濃度越低。當攪拌速度為200 r/min，鐵離子質(zhì)量濃度有所上升?？赡苡捎跀嚢杷俣扔绊戇^氧化氫對二價鐵的氧化效率，而攪拌速度過快，破壞沉淀顆粒的聚集使顆粒變小，微小的沉淀顆粒穿透濾布而影響除鐵效果同時影響過濾。因此，攪拌速度應(yīng)控制約為150 r/min。

表4 攪拌速度對除鐵的影響

2.5 添加劑用量對除鐵的影響

試驗條件：反應(yīng)pH為4.0～4.5，攪拌速度約為150 r/min，雙氧水濃度為8%，常溫條件反應(yīng)2 h。改變添加劑的量，考察其對除鐵的影響，試驗結(jié)果見表5。

表5 添加劑用量對除鐵的影響

由表5可知，添加劑用量越多，酸浸液中鐵離子質(zhì)量濃度越低，但添加劑用量為4 mg/L之后繼續(xù)增加用量，鐵離子質(zhì)量濃度變化很小而成本也增加。添加劑的使用影響沉淀顆粒的形態(tài)從而影響沉淀顆粒的大小，進而影響沉淀的過濾性能。添加劑用量為4 mg/L時，雜質(zhì)鐵的去除率高，達到生產(chǎn)要求。

3 結(jié)論

1）用過氧化氫除鈷鎳浸出液中的雜質(zhì)鐵是一種環(huán)保的低成本的可行的新工藝，該法解決了過氧化氫氧化法除鐵要求溫度較高，能耗較大，低溫反應(yīng)下沉淀難于過濾去除的缺點。

2）除以上五種因素會影響除鐵效果和過濾性能，反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)、攪拌槳的形態(tài)、堿的種類、進料口結(jié)構(gòu)和晶種加入等對鈷鎳浸出液低溫過氧化氫氧化除鐵有較大影響。

3）試驗確定的除鐵最優(yōu)工藝參數(shù)為：反應(yīng)pH為 4.0～4.5，攪拌速度約為 150 r/min，雙氧水濃度為8%左右，添加劑用量為5 mg/L，常溫條件反應(yīng)2 h左右，濾液中鐵離子質(zhì)量濃度降至0.01 g/L，達到生產(chǎn)要求，該工藝易于操作控制，可推廣應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

[1] 郭秋松.氧化銅鈷礦酸浸液深度除鐵工藝的研究[J].材料研究與應(yīng)用，2006，10（4）：251-254.

[2] 張文山.濕法冶金（包括 Zn、Mn、Cu、Ni、Co等）除鐵的幾種主要方法[J].中國錳業(yè)，2006，24（2）：40-42.

[3] 宋煥筆，胡業(yè)藏.用黃鉀鐵釩法從某鈾礦濃酸浸出液中除鐵的研究[J].鈾礦冶，1997，16（1）：13-18.

[4] 劉俊峰.煉銅煙灰制取硫酸鋅除鐵方法比較[J].礦冶工程，1999，19（4）：40-41.

[5] 馬榮駿.熱酸浸出針鐵礦除鐵濕法煉鋅中萃取法回收銦[J].濕法冶煉，1997，16（2）：58-61.

[6] 張娟.鋅浸出液過氧化氫法凈化除鐵的試驗研究[J].濕法冶金，2004，33（1）：47-48.