FeSO4-H2O體系中水熱赤鐵礦沉鐵及亞穩(wěn)態(tài)鐵物相轉(zhuǎn)變行為

李存兄，魏 昶，鄧志敢，李興彬，樊 剛，王益昭，易爍文，李旻廷

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FeSO4-H2O體系中水熱赤鐵礦沉鐵及亞穩(wěn)態(tài)鐵物相轉(zhuǎn)變行為

李存兄，魏 昶，鄧志敢，李興彬，樊 剛，王益昭，易爍文，李旻廷

(昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院，昆明 650093)

赤鐵礦渣由于鐵含量高，存在極大潛力作為副產(chǎn)品銷售給鋼鐵、水泥制造以及涂料行業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)鐵資源化利用，硫含量是影響赤鐵礦品質(zhì)并實(shí)現(xiàn)其資源化利用的重要因素之一。赤鐵礦渣中硫主要以亞穩(wěn)態(tài)的鐵礬、SO42?的不可逆吸附以及堿式硫酸鐵等形式存在，其中鐵礬是硫的主要存在形態(tài)。FeSO4-H2O體系中Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵及過程亞穩(wěn)態(tài)鐵物相轉(zhuǎn)化研究表明：溫度是影響亞穩(wěn)態(tài)鐵礬物相形成和轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素，升高溫度亞穩(wěn)態(tài)鐵礬的熱力學(xué)穩(wěn)定性變差，有利于其向赤鐵礦轉(zhuǎn)變。降低初始硫酸濃度、延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間、添加晶種均會(huì)促進(jìn)Fe(II)氧化水解，也有利于亞穩(wěn)態(tài)鐵礬物相向赤鐵礦轉(zhuǎn)變，從而獲得鐵含量高、硫含量低的高品質(zhì)沉鐵渣。在初始Fe2+濃度30 g/L、Na2SO4濃度0.15 mol/L、初始酸濃度1.6×10?4mol/L、溫度200 ℃、氧分壓 400 kPa、反應(yīng)時(shí)間180 min、攪拌轉(zhuǎn)速500 r/min的優(yōu)化技術(shù)參數(shù)下，F(xiàn)e(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵過程中沉鐵率為95%，獲得不含亞穩(wěn)態(tài)鐵礬的赤鐵礦沉鐵渣，其中鐵、硫和鈉硫含量分別為66.6%、0.92%和0.033%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

沉鐵；Fe(II)氧化水解；亞穩(wěn)態(tài)鐵礬轉(zhuǎn)變；赤鐵礦；硫含量；水熱冶金

長(zhǎng)期以來，硫化鋅精礦是提取金屬鋅的最主要原料。鐵是硫化鋅精礦中除硫以外含量最高且較難脫出的雜質(zhì)，鋅鐵分離是鋅冶煉的重要組成部分[1?5]。在濕法煉鋅過程中為獲得高質(zhì)量陰極鋅及高電流效率必須將浸出液中的鐵離子除掉，高鐵硫酸鋅溶液沉鐵過程中根據(jù)鐵入渣的形態(tài)不同，分為黃鉀鐵礬法、針鐵礦法和赤鐵礦法。

盡管黃鉀鐵礬法和針鐵礦在世界范圍內(nèi)被廣泛采用，但生成的渣含鐵量相對(duì)較低且各種雜質(zhì)元素含量高，都不具備潛在的應(yīng)用價(jià)值，且近年來隨著環(huán)保、資源高效綜合利用要求的提高和鐵渣處理成本的上升，問題日益突出[6]。而采用赤鐵礦法獲得的赤鐵礦渣穩(wěn)定性強(qiáng)、渣鐵含量高(55%~65%)，存在極大潛力作為副產(chǎn)品銷售給鋼鐵、水泥制造以及涂料行業(yè)，從而實(shí)現(xiàn)鐵資源化利用。

赤鐵礦法除鐵是在溶液pH為2.0~4.5，高溫(180~200 ℃)、氧壓(1.2~2.0 MPa)的操作條件下，使溶液中的Fe(II)氧化水解后以赤鐵礦形式沉淀，涉及的化學(xué)反應(yīng)如下[7]：

Fe(II)的氧化水解，

2FeSO4+0.5O2+2H2O=F e2O3+2H2SO4(1)

反應(yīng)式(1)主要由Fe(II)氧化和Fe(III)水解兩部分組成：

2FeSO4+0.5O2+H2SO4=Fe2(SO4)3+H2O (2)

Fe2(SO4)3+3H2O=Fe2O3+3H2SO4(3)

溶液中的H+濃度將決定Fe(III)水解產(chǎn)物的類 型[8?11]，低酸濃度下的水解產(chǎn)物是Fe2O3，中等酸濃度下水解產(chǎn)物是結(jié)晶水系堿式硫酸鐵：

Fe2(SO4)3+4H2O=2Fe(OH)SO4·H2O+H2SO4(4)

高酸濃度下水解產(chǎn)物是堿式硫酸鐵，發(fā)生如下 反應(yīng)：

Fe2(SO4)3+2H2O=2FeOHSO4+H2SO4(5)

當(dāng)溶液中有Na+、K+、NH4+等離子存在時(shí)生成鐵礬：

M2SO4+3Fe2(SO4)3+12H2O=2MFe3(SO4)2(OH)6+6H2SO4(M=K, Na, NH4) (6)

日本秋田冶煉廠是目前全球唯一采用赤鐵礦除鐵的濕法煉鋅企業(yè)，據(jù)研究報(bào)道[12?13]，該廠將產(chǎn)生的赤鐵礦渣全部作為副產(chǎn)品銷售給水泥廠，實(shí)現(xiàn)了赤鐵礦渣的資源化利用。由于該赤鐵礦渣中一般含有2%~4%的硫，阻礙了其作為煉鐵資源在鋼鐵企業(yè)資源化應(yīng)用。

研究表明[14?16]：赤鐵礦渣中硫的存在形態(tài)主要有3種：鐵礬、SO42?的不可逆吸附以及堿式硫酸鐵，而其中超過50%的硫以鐵礬的形式存在。DUTRIZAC 等[17?18]研究表明：在一定條件下，135~185 ℃的溫度范圍內(nèi)，鐵礬按如下反應(yīng)轉(zhuǎn)化成赤鐵礦：

2MFe3(SO4)2(OH)6=3Fe2O3+M2SO4+3H2O+3H2SO4(M=K, Na, NH4) (7)

適當(dāng)控制反應(yīng)條件可抑制鐵礬形成或使其向赤鐵礦轉(zhuǎn)變，從而降低赤鐵礦渣中硫含量，獲得高品質(zhì)沉鐵渣。因此，本文作者研究了FeSO4-H2O體系中Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵及過程亞穩(wěn)態(tài)鐵物相?鐵礬的轉(zhuǎn)化行為，從而獲得低硫含量的高品質(zhì)赤鐵礦渣。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

本實(shí)驗(yàn)中所用硫酸亞鐵高鐵酸性溶液是用分析純七水硫酸亞鐵(FeSO4?7H2O)和硫酸鈉(Na2SO4)按一定濃度要求與稀酸溶液配置而成。赤鐵礦晶種為分析純?nèi)趸F(Fe2O3)。Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦的氧化劑為工業(yè)氧氣。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用2.0L-GSH型高壓釜為反應(yīng)容器，將1.5 L的硫酸亞鐵高鐵溶液加入高壓釜內(nèi)并根據(jù)需要添加適量晶種，密封高壓釜后檢查氣密性。通氮?dú)?~3 min，排出釜內(nèi)殘余氧氣后開始加熱，待溫度升至設(shè)定值后開啟攪拌并將其固定在500 r/min，通入氧氣并調(diào)節(jié)氧分壓為0.4 MPa，同時(shí)開始計(jì)時(shí)。反應(yīng)過程中根據(jù)需要每隔半小時(shí)取一次樣，并快速進(jìn)行固液分離，到達(dá)反應(yīng)時(shí)間后快速降溫冷卻。所有礦漿經(jīng)液固分離后獲得濾液和濾渣；濾液經(jīng)測(cè)量其體積后送樣分析，取等濾液體積的去離子水(80 ℃)洗濾渣4遍，濾渣用電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干后制樣供檢測(cè)分析。

為考察Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵條件對(duì)沉鐵率、沉鐵渣物相及成分、亞穩(wěn)態(tài)鐵物相向赤鐵礦轉(zhuǎn)變的影響規(guī)律，本研究中采用控制變量法系統(tǒng)地研究了溫度、初始硫酸濃度、時(shí)間、晶種等因素的影響。根據(jù)前期大量探索實(shí)驗(yàn)結(jié)果，設(shè)定初始條件為：沉鐵前液中初始Fe2+濃度30 g/L、Na2SO4濃度0.15 mol/L、溫度200℃、初始硫酸濃度1.6×10?4mol/L、氧分壓 400 kPa、反應(yīng)時(shí)間180 min、攪拌轉(zhuǎn)速500 r/min，在進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)時(shí)除考察因素變化外其他條件均為該初始值。

1.3 分析與檢測(cè)

分別采用X射線衍射儀(D/max?2200)、掃描電子顯微鏡(VEGA 3 SBH)、馬爾文激光粒度儀(ZEN3690)和紅外光譜儀(Bruker Tensor27)對(duì)部分固體渣樣中的物相組成、形貌及能譜特征、粒度分布及硫的吸附形態(tài)進(jìn)行檢測(cè)分析。并對(duì)赤鐵礦渣和濾液中的鐵、硫、鈉等相關(guān)元素含量進(jìn)行分析檢測(cè)，以進(jìn)行除鐵率的計(jì)算及元素走向的分析，采用式(8)計(jì)算過程除鐵率：

=[1?22/(11)]×100% (8)

式中：為除鐵率，%；1為沉鐵前液中鐵離子濃度，g/L；2為沉鐵后液中鐵離子濃度，g/L；1為沉鐵前液體積，L；2為沉鐵后液體積，L。

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)溫度的影響

本研究中參照赤鐵礦沉鐵的工業(yè)生產(chǎn)操技術(shù)參數(shù)在170~200 ℃的溫度范圍內(nèi)研究了反應(yīng)溫度對(duì)Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵過程的沉鐵率、沉鐵渣物相及化學(xué)組成、沉鐵渣粒度及形貌的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖1、圖2、表1、圖3和圖4所示。

圖1 反應(yīng)溫度對(duì)沉鐵率的影響

由圖1可知，沉鐵率隨著反應(yīng)溫度的升高而緩慢增加，170 ℃和200 ℃下反應(yīng)180 min后對(duì)應(yīng)的沉鐵率分別為91.22%和94.5%，說明反應(yīng)溫度對(duì)沉鐵率的影響并不顯著。然而，結(jié)合圖2和表1可知，溫度對(duì)赤鐵礦沉鐵渣的物相組成及鐵、硫、鈉含量的影響較為明顯。在170 ℃時(shí)形成以鐵礬含量為主、赤鐵礦含量為輔的沉鐵渣，隨著反應(yīng)溫度的不斷升高，沉鐵渣中鐵礬含量逐步降低，在200 ℃的XRD譜中只檢測(cè)到赤鐵礦物相。同時(shí)，沉鐵渣中鐵、硫、鈉含量的變化也進(jìn)一步證實(shí)了沉鐵物相的轉(zhuǎn)變。隨著反應(yīng)溫度的升高赤鐵礦沉鐵渣中鐵含量逐步升高而硫、鈉含量卻不斷降低，170 ℃和200 ℃時(shí)渣中鐵、硫、鈉含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))分別為46%、7.8%、 2.08%和66.6%、0.92%、0.033%。

在赤鐵礦沉鐵反應(yīng)初期Fe(II)的氧化(耗酸反應(yīng)2)和Fe(III)的水解(產(chǎn)酸反應(yīng)3)同時(shí)進(jìn)行使得反應(yīng)溶液中酸度保持在較低范圍內(nèi)，從而在較低溫度下(≤180 ℃)更利于鐵礬的形成。隨著沉鐵反應(yīng)的進(jìn)行和反應(yīng)溫度的升高，F(xiàn)e(II)氧化逐步完成，F(xiàn)e(III)濃度進(jìn)一步降低，亞穩(wěn)態(tài)鐵物相?鐵礬的熱力學(xué)穩(wěn)定性降低并轉(zhuǎn)變?yōu)槌噼F礦。

圖2 不同反應(yīng)溫度下赤鐵礦渣的XRD譜

表1 反應(yīng)溫度對(duì)赤鐵礦沉鐵渣中鐵、硫、鈉含量的影響

圖3 170、190及200 ℃下赤鐵礦沉鐵渣粒度分布

由圖3可知，溫度對(duì)赤鐵礦渣的粒度影響較為明顯，赤鐵礦沉鐵渣的粒度隨反應(yīng)溫度的升高而變小。由圖4可以看出，在170 ℃和200 ℃下均得到形狀不規(guī)則的赤鐵礦晶體顆粒，200 ℃下的晶體顆粒發(fā)生明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象且晶粒尺寸小于170 ℃下的赤鐵礦渣顆粒。Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵伴隨著赤鐵礦晶核的形成、晶粒長(zhǎng)大和晶粒團(tuán)聚過程，隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)溶液中Fe(II)氧化的氧化速率增大，F(xiàn)e(III)的過飽和度增加，使得赤鐵礦晶粒的成核速率大于其長(zhǎng)大速率，從而在高溫下獲得晶粒細(xì)化的赤鐵礦渣。綜上所述，在Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦過程中相對(duì)較高的反應(yīng)溫度更有利于獲得低硫含量的高品質(zhì)赤鐵礦沉鐵渣。

圖4 170 ℃和200 ℃時(shí)赤鐵礦沉鐵渣的SEM像

2.2 初始硫酸濃度的影響

由圖5可知，初始硫酸濃度對(duì)沉鐵率影響較大。初始硫酸濃度由0增加至0.2 mol/L時(shí)，沉鐵率由95.1%急劇降低至 78.6%。赤鐵礦沉鐵過程中反應(yīng)溶液酸度過高導(dǎo)致生成赤鐵礦的返溶，從而抑制了Fe(III)的水解。同時(shí)，由圖6和表2可知，溶液酸度對(duì)沉鐵渣的物相組成及渣中鐵、硫、鈉的含量有重要影響。當(dāng)初始硫酸濃度1.6×10?4mol/L時(shí)，沉鐵渣中只檢測(cè)到赤鐵礦物相；當(dāng)初始硫酸濃度增加至0.5 mol/L時(shí)，沉鐵渣中除含有大量的赤鐵礦外還有部分鐵礬，并且鐵礬含量隨著初始硫酸濃度的升高而增加。鐵礬含量的增加導(dǎo)致赤鐵礦渣中鐵含量降低，硫、鈉含量升高，為控制赤鐵礦渣中亞穩(wěn)態(tài)鐵物相?鐵礬的含量應(yīng)適當(dāng)降低除鐵前液中硫酸濃度或通過添加中和劑不斷消耗赤鐵礦沉鐵過程產(chǎn)生的酸。

圖5 初始硫酸濃度對(duì)沉鐵率的影響

2.3 反應(yīng)時(shí)間的影響

在30~180 min的范圍內(nèi)研究了反應(yīng)時(shí)間對(duì)Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵過程的沉鐵率、沉鐵渣物相組成及轉(zhuǎn)變的影響規(guī)律，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別如圖7、圖8和圖9所示。

由圖7可知，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)沉鐵率逐步增大，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間由30 min 延長(zhǎng)至180 min時(shí)，沉鐵率由89.65%增大至94.5%。

圖6 不同初始硫酸濃度下赤鐵礦渣的XRD譜

表2 不同初始硫酸濃度下赤鐵礦渣中鐵、硫、鈉的含量

圖7 反應(yīng)時(shí)間對(duì)沉鐵率的影響

由圖8可知，在200 ℃下反應(yīng)30 min時(shí)獲得以赤鐵礦含量為主、鐵礬含量為輔的沉鐵渣，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)亞穩(wěn)態(tài)的鐵礬不斷向赤鐵礦轉(zhuǎn)變，至90 min時(shí)沉鐵渣中只檢測(cè)到赤鐵礦物相。說明在反應(yīng)初期有鐵礬形成，隨著赤鐵礦沉鐵反應(yīng)的進(jìn)行鐵礬完全轉(zhuǎn)化為赤鐵礦。200 ℃下反應(yīng)1、2和3 h后獲得赤鐵礦渣的紅外光譜圖(見圖9)中S的存在形態(tài)及含量變化進(jìn)一步驗(yàn)證了這一推斷。在圖9中，在900~1300 cm?1范圍內(nèi)的3個(gè)紅外波段是SO42?的震動(dòng)吸收峰，其對(duì)應(yīng)著S—O鍵的拉伸震動(dòng)。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，3個(gè)波段的透過率明顯減弱，說明SO42?在渣中的含量隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)而降低。由此可得，在高溫下適當(dāng)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間有利于亞穩(wěn)態(tài)鐵礬向赤鐵礦的轉(zhuǎn)化，從而降低赤鐵礦沉鐵渣中硫含量。

圖8 不同反應(yīng)時(shí)間下赤鐵礦渣的XRD譜

圖9 1、2和3 h時(shí)赤鐵礦沉鐵渣的紅外光譜圖

2.4 Fe2O3晶種的影響

在Fe(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵過程中，只有當(dāng)溶液中的Fe(III) 濃度超過均相成核的臨界飽和度時(shí)，才會(huì)從溶液中形成晶核析出；而晶種的存在為Fe(III)析出提供了大量的核心，使得Fe(III)在未達(dá)到均相成核的臨界飽和度之前，就已擴(kuò)散至晶種表面，并在晶種表面發(fā)育長(zhǎng)大成晶型顆粒。圖10所示為180℃時(shí)晶種對(duì)沉鐵率的影響。由圖10可知，添加適量晶種可提高除鐵率。

圖11所示為不同晶種濃度時(shí)赤鐵礦渣的XRD譜。由圖11可知，在180 ℃下不添加晶種時(shí)，獲得的沉鐵渣為赤鐵礦和鐵礬的混合物；當(dāng)晶種用量為5 g/L時(shí)，可得到純凈的赤鐵礦渣。而且由表3可知，晶種用量由0增大至10 g/L的過程中沉鐵渣中鐵含量顯著增加，硫、鈉含量明顯降低。由2.1和2.3節(jié)可知，雖然在高溫下延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間可有效抑制鐵礬的形成或使其向赤鐵礦轉(zhuǎn)變，但反應(yīng)溫度過高，反應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)致使?jié)穹掍\企業(yè)的生產(chǎn)成本增加，而在赤鐵礦沉鐵生產(chǎn)過程中通過添加晶種可有效緩解這一矛盾。

圖10 180 ℃下晶種對(duì)沉鐵率的影響

圖11 180 ℃下不同晶種濃度時(shí)赤鐵礦渣的XRD譜

表3 180 ℃下晶種濃度對(duì)赤鐵礦沉鐵渣中鐵、硫、鈉含量的影響

2.5 沉鐵渣中S的存在形態(tài)分析

本實(shí)驗(yàn)條件下赤鐵礦沉鐵渣中的硫主要來源有3個(gè)方面，分別來自鐵礬、硫酸鹽夾帶和SO42?的不可逆吸附。為消除硫酸鹽夾帶的影響，對(duì)獲得的沉鐵渣進(jìn)行了充分洗滌。從而認(rèn)為沉鐵渣中的總硫含量(t(S))主要是主要包括鐵礬中硫含量((S)jar)和SO42?的不可逆吸附硫含量((S)ads)，即：

t(S)=(S)jar+(S)ads

采用掃描電鏡能譜對(duì)170 ℃下赤鐵礦沉鐵渣中Fe, S，Na及O元素進(jìn)行能譜分析，結(jié)果如圖12所示。由圖12可知，鐵、硫、鈉及氧元素存在于EDS面掃描圖中的同一區(qū)域，證明了鐵礬的存在。

圖12 170 ℃下赤鐵礦沉鐵渣的SEM像及EDS面掃描圖

表4 不同溫度和時(shí)間下赤鐵礦渣中S的存在形態(tài)

本實(shí)驗(yàn)中分別對(duì)反應(yīng)時(shí)間為180 min、170~200℃下和溫度為200 ℃、30~180 min下獲得的赤鐵礦沉鐵渣中以鐵礬形式和SO42?不可逆吸附形式存在的硫含量進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。結(jié)合表1，表4可知，反應(yīng)溫度由170 ℃升高至200 ℃時(shí)，沉鐵渣中以鐵礬形式存在的硫由4.9%急劇降低為0，以SO42?不可逆吸附形式存在的硫含量由2.1%緩慢降低為0.9%?？梢?，溫度對(duì)赤鐵礦沉鐵渣中硫含量，特別是以鐵礬形式存在的硫含量影響顯著。在200 ℃下，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，以鐵礬形式存在的硫含量先增大后降低為0，以SO42?不可逆吸附形式存在的硫含量由1.39%逐步降低至0.98%。

3 結(jié)論

1) 溫度是影響亞穩(wěn)態(tài)鐵礬物相形成和轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵因素。在本研究條件下的170~190 ℃溫度范圍內(nèi)反應(yīng)180 min后獲得的沉鐵渣為赤鐵礦和鐵礬的混合物，在200 ℃下反應(yīng)90 min后獲得純凈的赤鐵礦渣。升高溫度亞穩(wěn)態(tài)鐵礬的熱穩(wěn)定性變差，有利于其向赤鐵礦轉(zhuǎn)變，從而可獲得高鐵、低硫含量的高品質(zhì)赤鐵礦沉鐵渣。

2) 降低初始硫酸濃度、延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間、添加晶種均會(huì)促進(jìn)Fe(II)氧化水解，也有利于亞穩(wěn)態(tài)鐵礬物相向赤鐵礦轉(zhuǎn)變。由XRD譜和沉鐵渣中鐵、硫、鈉含量分析可知，200 ℃下當(dāng)初始硫酸濃度為1.6×10?4mol/L或者在180 ℃下添加5 g/L晶種時(shí)，所得沉鐵渣中只檢測(cè)到性質(zhì)穩(wěn)定的赤鐵礦物相。

3) 在初始Fe2+濃度30 g/L、Na2SO4濃度0.15 mol/L、初始硫酸濃度1.6×10?4mol/L、溫度200 ℃、氧分壓 400 kPa、反應(yīng)時(shí)間180 min、攪拌轉(zhuǎn)速500 r/min的優(yōu)化技術(shù)參數(shù)下，F(xiàn)e(II)氧化水熱水解赤鐵礦沉鐵過程中沉鐵率為95%，獲得不含亞穩(wěn)態(tài)鐵礬的赤鐵礦沉鐵渣，其中鐵、硫、鈉硫含量分別為66.6%、0.92%和0.033%。

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(編輯 龍懷中)

Hydrothermal hematite precipitation and conversion behavior of metastable iron phase in FeSO4-H2O system

LI Cun-xiong, WEI Chang, DENG Zhi-gan, LI Xing-bin, FAN Gang, WANG Yi-zhao, YI Shuo-wen, LI Min-ting

(Faculty of Metallurgical and Energy Engineering,Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China)

Because of high iron content, hematite precipitate is a potential marketable byproduct as a material in the steel making, cement and pigment industries. While, sulfur content is a key factor which affects the hematite quality and its utilization as a resource. The residual sulfur in hematite precipitate is attributed to the part existing as metastable jarosite, irreversible absorption of SO42?ions and basic ferric sulfate, and jarosite appears to be the main sulfate-contaminating phase. The results shows that temperature is the key factor which affects the formation and conversion of metastable jarosite. Therefore, jarosite becomes thermodynamically unstable and to converses into hematite with increasing temperature. It is advantage for metastable jarosite conversion and obtaining high quality hematite precipitate with higher iron content and lower sulfur content by decreasing initial sulfuric acid concentration, prolonging retention time and addition of seed. High quality hematite precipitate with Fe, S and Na content of 66.6%, 0.92% and 0.033%, respectively, and with iron precipitation ratio of 95% are obtained under the condition as follows: initial solution containing 30 g/L ferrous ion, 0.15 mol/L sodium sulphate and 1.6×10?4mol/L initial acid, temperature of 200℃, oxygen partial pressure of 400 kPa, reaction time of 180 min and agitation speed of 500 r/min.

hematite precipitation; ferrous ion oxydrolysis; metastable conversion; hematitie; sulfur content; hydrothermal metallurgy

Projects(51474117, 51664038, 51364022, 51564030) supported by the National Natural Science Foundation; Project(ZD2014003) supported by the Major Scientific Research Fund of Yunnan Ministry of Education, China

2016-12-21;

2017-04-05

LI Cun-xiong; Tel: +86+871-65188819; E-mail: licunxiong@126.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2018.03.23

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51474117，51664038，51364022，51564030)；云南省教育廳科學(xué)研究基金重大專項(xiàng)項(xiàng)目(ZD2014003)

2016-12-21；

2017-04-05

李存兄，教授，博士；電話：0871-65188819；E-mail：licunxiong@126.com

1004-0609(2018)-03-0628-09

TF813

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