酸解法回收硫铁矿烧渣中铁的研究

化学工程与装备

32

Chemical

Engineering&Equipment

2008年第9期

2008年9月

酸解法回收硫铁矿烧渣中铁的研究

徐颖惠,林维晟,刘俊劭

(武夷学院.化学与环境工程系,福建武夷山354300)

摘要:应用酸解一水浸法回收了硫铁矿烧渣中的铁。探讨了加水量、硫酸用量、酸解温度及酸解反应时间对铁回收率的影响。对酸解过程作了动力学考察,发现酸解反应的前期具明显的动力学控制特征,尔后向扩散控制过渡。随酸解反应温度的升高,扩散控制前移,致不同温度下的铁回收率一酸解时间曲线出现交错现象。应用正交试验给出了适宜的酸解反应条件为每lOg烧渣加水5ml,浓硫酸6mI,在260℃下酸解反应40min,铁回收率达81.6%,远高于直接酸浸工艺。关键词:硫铁矿烧渣;酸解一水浸工艺;铁回收中图分类号:TQ

llO.7

文献标识码:A

硫铁矿烧渣(下简称烧渣)是焙烧硫铁矿制备硫酸过程中排出的工业废渣,一般每生产一吨98%的工业硫酸,就要排出约0.8吨的烧渣。据不完全统计,我国每年排放的硫铁矿烧渣超过l千万吨【lJ。由于其含铁品较低,残硫量较高,除少量用作制砖、水泥添加剂及铁精矿粉外,大部份仍堆填处理。近年,人们将其作为铁资源,采用湿法回收烧渣中的铁,制备铁系化合物如硫酸亚铁、铁系颜料、聚合硫酸铁及磁性铁粉等【l。2】,使之成为有一定开发价值的二次资源。

采用湿法回收烧渣中的铁,虽然有高温还原法

经过了高温煅烧,酸溶活性较低,使得铁的浸出率低,占寿祥等用浓度为43%的硫酸,80℃反应2h,铁的浸出率也才45%【6J;笔者用浓度为3mol/L的硫酸105℃下反应6h,铁的浸出率也没有超过4096。同时,残存的酸量还很高,增大了后续处理工艺的负荷。为此,如何改进酸浸工艺,提高铁的浸出率,降低残酸量,就成为烧渣资源化利用的一个重要关

键。本文采用酸解一水浸工艺较好地解决了该问

题,下对之进行探讨1原料及实验方法1.1原料

硫铁矿烧渣来自南平水泥厂原料场,其主要成分见表l,烧渣使用前经窗纱

过筛以均匀化;硫酸及其它分析试剂为市售化学纯或分析纯试剂。

和直接酸浸法旷纠等几种,但高温还原法首先要在700~800℃用炭等还原剂将烧渣中不易酸溶的高

价铁转化为易酸溶的亚铁,然后再用酸浸溶,不仅能耗高,而且工艺复杂。直接酸浸法虽然工艺较为简单,反应温度也低,但由于烧渣在制硫酸过程中

表1:烧渣主要成分%(质量分数)

1.2实验方法

酸解一水浸工艺的主要步骤有酸解与水浸出两步。前者是关键,它的任务是将烧渣中不溶于水的Fe203及Fe304转化可溶于水的Fe2(S04)3及FeS04;后一步骤则是将酸解后的焙渣用水浸提,

将水溶性的硫酸盐从固相转移入液相。本文仅探讨烧渣的酸解。按实验方案称取109烧渣于瓷坩埚,加入规定量水,拌匀后加入规定量的98%浓硫酸,搅拌后置马弗炉内于一定温度下保温酸解一定时间,然后将烧渣转移入60mL水中于70℃下浸提O.5

徐颖惠,酸解法回收硫铁矿烧渣中铁的研究

33

小时。以铁的水浸出率衡量酸解效果。酸解过程中主要反应为:

+H20

+4H20+Fe2(S04)3

Fe0+H2S04————--◆FeS04

Fe304+4H2S00...—...●卜FeS04Fe203+3H2S04

◆,3

H20+Fe2(S04)3

2FeS04+H2S04+1/202———◆H20+Fe2(S04)3

水浸出液中全铁的测定采用重铬酸钾法【7】,Fe2+的测定用高锰酸钾法【7j。2结果与讨论

2.1加水量对铁回收率的影响

图1为加水量对酸解反应的影响。实验条件是浓硫酸用量5mL,270℃下酸解50min,然后将焙渣转入60mL水中,于70℃下水浸0.5h。以铁回收率评价不同加水量对酸解反应的影响。从图可知,随加水量的增加,铁回收率也增加。但当加水量增加到水/渣质量比为O.55以后,铁回收率就不再增加了。这是因为烧渣有很强的吸水性,且饱和毛细管水含量较高。毛细管内水的存在,有利于浓硫酸向毛细管内渗透,同时,硫酸的水合不仅稀释了硫酸,而且放出大量的热,促进了这种渗透扩散的进

反应的速率。所以,随加水量的增加,铁回收率也提高。但当加水量超过一定量后,烧渣毛细管内水已经达到饱和,多加水只能留在烧渣固相的外表,此时反而过分稀释了硫酸,降低了其毛细管内渗透的动力,不利于铁回收率的进一步提高。对于绝干烧渣直接添加浓硫酸,由于其的油性粘稠和高的表面张力,影响了其向毛细管内的渗透,当然铁回收率就低。实验中观察到干烧渣加浓硫酸,焙渣始终呈粘稠软泥状,而加水的烧渣加浓硫酸,焙渣呈疏松的粉粒状;前者,加硫酸后,烧渣温度才升到40℃(室温25℃),后者加浓硫酸后,烧渣温度很快升到120℃,并迅速凝结成块状,这就是证明。2.2硫酸用量对铁回收率的影响

图2为硫酸用量对酸解反应的影响。加水量为5mL,其它条件同图l。

行,这充分扩展了液一固反应的界面,提高了酸解崔

80706050

40

嘎65

60

55

30

O.2O.4O.6O.8

500.7

0.9

1.1

W水/W渣

图l:加水量对铁回收率的影响

W馥/W渣

图2:硫酸用量对铁回收率的影响

从图2可知,随硫酸用量增加,铁回收率也增加,这符合浓度对反应速率影响的规律。但硫酸用量超过一定量以后,铁回收率基本就保持稳定了,过量甚至还导致铁回收率的降低。这是因为反应需要~定的时间,在规定的反应温度和时间内只要所加入的硫酸是足够量的,那么铁回收率的高低就只取决于酸解反应速率的快慢。过量硫酸使烧渣毛细管内硫酸浓度增大对酸解反应速率加快的影响,如果抵消不了因反应过程水分蒸发和产物层增厚致

硫酸向固液反应界面扩散困难而对酸解反应速率的减慢的话,就将影响酸解反应速率的提高,甚至还会出现减慢。因此,硫酸用量以不超过确保烧渣中铁完全反应的理论用酸量为宜,否则,不仅易造成酸资源的浪费,促进副反应的进行:Ms+H2S04MS04+S+S02+H20。还可能增大水浸液残酸量,给后处理工序增添麻烦。2.3温度对铁回收率的影响

图3为温度对酸解反应的影响。浓硫酸用量

徐颖惠,酸解法同收硫铁矿烧渣中铁的研究

为5mL,酸解时间为5miIl,其它反应条件同图2。

嘎皿

60÷

50

40

30

L———L———L——————。——一

80

130

180

230

280

330

t/℃

图3:酸解温度对铁回收率的影响

从图可知,随温度升高,酸解反应速率加快,铁回收率增大,这符合温度对反应速率影响的一般规律。但温度超过270℃以后,继续升高温度,铁回收率并没有继续增大,反而略有降低,这与反应逐步由动力学控制向扩散过渡有关。因为高温下水分蒸发得更快,使烧渣中所含的水分减少,硫酸浓度与粘度增大,透过产物层向反应界面扩散的阻力增大,并且后者逐渐

成为控制反应速率的主导因素。2.4时间对铁回收率的影响

图4为酸解反应时间对酸解反应影响。反应在2lO℃下进行,其余反应条件同图3。

嘎正

70

60

50

40

30

20

40

60

80

图4:酸解时间对铁回收率的影响

从图4知,反应的前期,反应速率是比较快的,随反应时间的推移,反应速率逐渐减慢,到第60min时,反应基本上停止。反应在第一个10miIl内,完成了58.6%,在第二个10miIl内,增加了5.06%,第三个lOmin,增的更少,才3.99%。以后

增量逐渐递减为零。这也是反应由动力学控制向扩散控制的外在表现。2.5酸解过程的动力学考察

图5给出了不同温度下酸解时间对酸解反应的影响,除温度外,其余反应条件同3。

徐颖惠,酸解法回收硫铁矿烧渣中铁的研究

35

≮。80

rl

70

60

50

40

30

L————————————』——————』——————上————一

20

40

60

80

100

T/min

图5不同酸解温度下酸解时间与铁回收率的关系

从图5可知,各温度下的酸解反应都可分为三个阶段。第一阶段为反应开始阶段,反应速率都很高,并随反应温度的升高,铁回收率一时间曲线斜率变陡,表现出明显的动力学控制特征。第二阶段为过渡阶段,反应速率逐渐变慢,并随温度升高而加速减慢,不仅过渡时间提前,而且过渡时间变短,以致出现不同温度下铁回收率一反应时间曲线的交错。高温线反而落在低温度线下面。这是反应速率由动力学控制转变为扩散控制的缘故。第三阶段反应基本上停止,铁回收率基本上不随反应时间的

继续延长而增长,这种停止也依反应温度的升高而提前。此时烧渣的游离水基本上被蒸发完全,残留硫酸也不多。反应物料由先前的有烟、浓烟转向微烟、无烟就是证明。

2.6适宜酸解工艺条件的确定

从上实验可知,烧渣的加水量与加酸量,酸解温度与时间是影响烧渣铁回收率的主要因素。下设计正交试验来确定适宜的酸解工艺条件,表2为正交试验的因素与水平。

表2正交试验(L。34)表头设计

36

徐颖惠,酸解法回收硫铁矿烧渣中铁的研究

80

75

80?

75}

70

,。■———~、、~

65

65

60

230

250

270290

468

t/℃加水量/mL

a温度对铁I璺i收率的影响

b加水量对铁回收率的影响

80

80

75

70

,。■\・——一

75e5}

65

60

加酸量^L

c加酸鬣对铁回收率的影响d反应时间对铁阐收率的影响

图6正交试验结果的直观分析

图6为正交试验结果的直观分析。从图可知,正交试验四个影响因素的影响强度顺序为加酸量>加水量>酸解时问>酸解温度。在试验温度下(图6a),随温度升高,铁回收率略增大,合适的酸解温度以260℃为宜。加水量对烧渣酸解影响是先随烧渣加水量的增加,铁回收率增大(图6b),尔后再随加水量的继续增大而铁回收率减少,适宜的加水量为每109烧渣加水5mL。浓硫酸对烧渣酸解的影响是,随浓硫酸添加量的增加,铁回收率增大(图6c)。但随着硫酸添加量的增大,铁回收率增幅减少,考虑到反应不能进行完全,为避免残酸过多给水浸液后处理带来的不必要的浪费,浓硫酸的添加量还是控制每109烧渣6mL为宜。酸解时间对酸解反应的影响是随酸解时间的增长,铁回收率略降低,尔后又恢复到原来的水平(图6d),故适宜的酸解时间控制在40min为宜。

综上,适宜的酸解工艺条件是A282C3D1,即每109烧渣加水5mL,6mL浓硫酸,在260℃下酸解反应40min。依此条件重复实验两次,铁回收率分别为82.8%及80.4%。说明该酸解工艺可行,重复性比较好。3结论

(1)对硫铁矿烧渣中铁的回收采用酸解一水浸工艺,比直接酸浸工艺更为有效和经济,不仅铁回收率高,而且未被氧化的二价铁含量也低于3%,这为继续转化利用提供可能性。笔者用同量的酸配成浓度为4moL/L的硫酸溶液,在95℃下,直接酸浸3h,铁的回收率仅37.1%,不仅铁的回收率远低于酸解一水浸工艺,而且酸浸液中残酸量高,二价铁含量也高。后处理续加工难度加大。

(2)实验条件下适宜的工艺条件是每109烧渣加水5mL,浓硫酸6mL,在260℃下酸解反应40mm。经重复实验证明该工艺可行,重复性比较好,两次平均铁回收率达81.6%。

参考文献

【l】徐颖惠,刘俊劭,林维晟.硫铁矿烧渣资源化利

用研究进展【J].南平师专学报,1999;18(4):

35

【2】李振飞,文书明,周兴龙.我国硫铁矿加工业现

状及硫铁矿烧渣利用综述【J】.国外金属矿选矿,2006;(6):10

(下转第25页)

周仔桥,超分子化合物(C.她N2)(ClO。)的合成及晶体结构

3小结

rutheni啪(II)

complexescontaillillgl,3-bis

在合成锰配合物时意外得到标题化合物,并对其进行x.射线单晶衍射研究.该化合物晶体属三斜晶系,Pl空间群,邻菲咯啉分子中一个N原予被质子化,并和相邻分子的高氯酸根中的O原子形成氢键,相邻的邻菲咯啉分子间通过兀-兀堆积把化合物扩展为二维超分子结构.

参考文献

【l】

Chao

LiH

et

(【l,l0】phenanthroline一5,6一d)im1975~1983

idazo一2一yI)

benzene【J】.Pohyhedron,2000,19(16/17):【2】LucianaMaresca,GioVanni

P.Fanizzi.111eX—ray

Natile,andFr锄cesco

Bisphenanmrolini啪Ion.An

C叮staI

S仃ucture【J】.

l:1492-1493

J.加n.Chem.Soc,1989,ll【3】KatoM,Sas锄o

S仃ucture

H,YbB

H,

a1.

Synthesis

and

K,KosugeC,etal.,C巧stls

L眦illescence

Propenies

of3,116.

Plat山m

ComplexesContailling

electrochemical锄d

specn-oscopicpropertiesof3-Biisoquilloline【J】.Ino唱.Chem.,1996,35:

SynthesisandCrystaIStructuI.eofaSupermolecular

Compound(Hphen)(C104)

Zhou

Zi.ciao

HuangMiao—ling‘

Zeng

Li.1i

He、ran.yuHuangYi.qing

岱chool可C沁m.&Bioscie眦e.Q啪nzhouNorm口iUn如ers戤F哟inn(!un舷h0H

Abstract:

P1

362000.Chin由

111ecrystaIof(Hphen)(C104)(Hphen=l,lO-phenaIl_船oline)belongsto

w曲me

cellparameters:

syst锄,spacegro叩

口=0.58033(7)舯,6=O.9784(2)nm,c=1.0630(2)砌,仅=93.22(2)。,卢=

TricliIIic

101.4l(1)o,),=98.04(1)o,矿=0.5836(2)姗’,^痧=280.66,历’=1.5979/cⅡlj,Z=2.Anefficienthydmgenbond

issetupwithprotonatedNatom仔oml,lThecomplexfomled2DKeywords:

0-phen锄ttlrolilleaIldO仔omperchloricanion丘Dmanothermolecule.

supe珊olecul盯stllJctureby兀-兀stackiIlgi11teractions.

l,10_phenanttl】『oline;

perchloricaIlion:

supemolecular;c巧stalstmctul-e

(上接第36页)

【3】冯俊瑜.用硫酸烧渣制取硫酸亚铁【J】.化工环

保,1994;14(5):31l【4】候长军,霍丹群.硫酸浸取硫铁矿烧渣制

FeS04・7H20试验研究叨.甘肃化工,1996;

(2):28

【6】占寿祥,郑雅杰.硫酸矿烧渣酸浸反应动力学研

究【J】.化学工程,2006;34(11):36【7】中华人民共和国国家技术监督局.中华人民共

和国国家标准一净水剂.聚合硫酸铁

【5】王大林.硫酸烧渣制备聚合硫酸铁的新方法【J】.

化学工程师,1998;(6):39

酸解法回收硫铁矿烧渣中铁的研究

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):

徐颖惠, 林维晟, 刘俊劭

武夷学院-化学与环境工程系,福建,武夷山,354300化学工程与装备

CHEMICAL ENGINEERING & EQUIPMENT2008(9)

参考文献(7条)

1.冯俊瑜 用硫酸烧渣制取硫酸亚铁 1994(05)

2.李振飞;文书明;周兴龙 我国硫铁矿加工业现状及硫铁矿烧渣利用综述[期刊论文]-国外金属矿选矿 2006(06)3.徐颖惠;刘俊劭;林维晟 硫铁矿烧渣资源化利用研究进展 1999(04)4.中华人民共和国国家技术监督局 中华人民共和国国家标准-净水剂

5.占寿祥;郑雅杰 硫酸矿烧渣酸浸反应动力学研究[期刊论文]-化学工程 2006(11)6.王大林 硫酸烧渣制备聚合硫酸铁的新方法 1998(06)

7.候长军;霍丹群 硫酸浸取硫铁矿烧渣制FeSO4·7H2O 试验研究 1996(02)

本文读者也读过(10条)

1. 张丽丽.马晓妮.汪海.ZHANG Li-li.MA Xiao-ni.WANG-hai 硫铁矿烧渣中铁浸出率影响因素的实验研究[期刊论文]-泰山医学院学报2010,31(11)

2. 李伟 硫铁矿烧渣直接酸浸的研究[会议论文]-2008

3. 吕早生.田文中.王光辉.范程.张敏.Lu Zaosheng.Tian Wenzhong.Wang Guanghui.Fan Cheng.Zhang Min 助溶酸浸硫铁矿烧渣的研究[期刊论文]-武汉科技大学学报(自然科学版)2007,30(5)

4. 阳征会.龚竹青.马玉天.杨余芳.黄坚.YANG Zheng-hui.GONG Zhu-qing.MA Yu-tian.YANG Yu-fang.HUANG Jian 硫铁矿还原烧渣酸浸液试验研究[期刊论文]-有色金属(冶炼部分)2006(1)

5. 姜华.罗罹.吕亮.JIANG Hua.LUO Li.LV Liang 烧渣制备聚合硫酸铁及其对造纸废水的处理效果[期刊论文]-中国给水排水2008,24(19)

6. 阳征会.龚竹青.陈文汨.马玉天.杨余芳.YANG Zheng-hui.GONG Zhu-qing.CHEN Wen-mi.MA Yu-tian.YANG Yu-fang 铁渣制备高纯α-Fe2O3[期刊论文]-矿冶工程2005,25(6)

7. 郑晓虹.陈玉峰.黄升光.李昭敏.郑勇.陈震 硫酸浸取法从硫铁矿烧渣中提取铁的研究[期刊论文]-化工进展2003,22(2)

8. 彭春丽 硫铁矿还原法制备绿矾及其母液回收新技术[学位论文]2004

9. 胡显智.张文彬 用钛白废酸处理某铂钯矿及酸浸液综合利用研究[期刊论文]-湿法冶金2004,23(2)10. 王帆.王吉坤.蒋继波.李勇.刘翘楚 二段加压酸浸中铁的行为研究[期刊论文]-中国有色冶金2009(5)

引证文献(4条)

1.金程.王恩强.李登新 硫酸烧渣加压浸取铁[期刊论文]-有色金属(冶炼部分) 2011(11)2.金程.李登新 硫酸烧渣中铁的综合利用研究进展[期刊论文]-金属矿山 2011(10)

3.高荣.金士威.张旭.刚典臣 硫铁矿烧渣制备高铁酸钾及高铁酸钾溶液稳定性[期刊论文]-武汉工程大学学报2011(11)

4.金程.赵颖华.李登新 新型硫化物助剂强化浸出酸浸渣中铁的研究[期刊论文]-矿冶工程 2011(6)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_fjhg200809010.aspx


© 2024 实用范文网 | 联系我们: webmaster# 6400.net.cn