張麗麗 馬曉妮 汪 海

(1.泰山醫(yī)學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院2006級(jí)化學(xué)工程與工藝本科，山東 泰安 271016；2. 泰山醫(yī)學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院化學(xué)工程教研室，山東 泰安 271016 )

硫鐵礦燒渣是以含硫礦石為原料，制取硫酸過程中排放的一種粉狀廢渣，它是化學(xué)工業(yè)主要固體廢物之一，約占化工廢料總量的1/3。大量的燒渣若不進(jìn)行處理利用，不僅浪費(fèi)資源，還會(huì)占用土地；對(duì)土壤、水體及大氣造成不同程度的污染。并且硫鐵礦燒渣中一般含鐵為20%～60%，還有貴重金屬如Cu、Ag、Au等[1]，因此如果能將其中的鐵盡可能地提取出來,制取凈水劑、鐵鹽和鐵系顏料等鐵系產(chǎn)品，則不僅能使廢渣總量減少一半以上,而且還能變廢為寶,產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。本研究探討采用何種工藝條件可以得出較高鐵離子浸出率，進(jìn)而得到酸浸的最佳工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

原料：硫鐵礦燒渣、硫酸(95%～98%)、氯化鈉、氟化鈉、鹽酸(分析純)。氯化亞錫溶液：50 g/L。重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定液：c(1/6K2Cr2O7)=0.017/L。二苯胺磺酸鈉溶液：2 g/L。儀器：電熱套、恒溫水浴鍋、電子天平、循環(huán)水式多用真空泵、電動(dòng)攪拌器等。

1.2 硫酸濃度對(duì)鐵離子浸出率的影響

分別取5組硫鐵礦燒渣，每組5 g，配置濃度分別為1 mol/L，2 mol/L，3 mol/L，4 mol/L，5 mol/L硫酸溶液，在沸騰的條件下，使用電熱套在電動(dòng)攪拌器攪拌下反應(yīng)2 h，過濾得濾液，用重鉻酸鉀法[2]測(cè)定濾液中鐵離子的含量。

1.3 助溶劑對(duì)鐵離子浸出率的影響

分別取4組硫鐵礦燒渣，每組5 g，1號(hào)用濃度4 mol/L 的硫酸浸取，2號(hào)、3號(hào)分別在1號(hào)基礎(chǔ)上加入與硫酸摩爾比為1︰5的氯化鈉和氟化鈉，4號(hào)用4 mol/L 的鹽酸浸取，分別在沸騰的條件下使用電熱套在電動(dòng)攪拌器攪拌下反應(yīng)2 h，過濾得濾液，用重鉻酸鉀法測(cè)定濾液中鐵離子的含量。

1.4 助溶劑用量對(duì)鐵離子浸出率的影響

分別取8組硫鐵礦燒渣，每組5 g，在硫酸濃度4 mol/L 的條件下，按氯化鈉與硫酸濃度比編號(hào)1、2、3、4、5、6、7、8，濃度比分別為1︰5，1︰6，1︰7，1︰8，1︰9，1︰10，1︰20，1︰30。沸騰的條件下使用電熱套在電動(dòng)攪拌器攪拌下反應(yīng)2 h，過濾得濾液，用重鉻酸鉀法測(cè)定鐵離子的含量。

1.5 反應(yīng)溫度對(duì)鐵離子浸出率的影響

分別取5 g硫鐵礦燒渣，硫酸濃度為4 mol/L，氯化鈉與硫酸濃度比為1︰20，配置試樣，分別在溫度為85℃、90℃、95℃、100℃、110℃時(shí)的攪拌條件下水浴加熱2 h，過濾得6組濾液，用重鉻酸鉀法測(cè)定鐵離子的含量。

1.6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鐵離子浸出率的影響

分別取5 g硫鐵礦燒渣，硫酸濃度為4 mol/L，氯化鈉與硫酸濃度比為1︰20，配置試樣，分別在時(shí)間為1 h、1.5 h、2 h、2.5 h、3 h時(shí)且最佳溫度95℃的攪拌條件下水浴加熱，過濾得5組濾液，用重鉻酸鉀法測(cè)定鐵離子的含量。

2 結(jié) 果

2.1 硫酸濃度對(duì)鐵離子浸出率的影響

圖1為硫酸濃度對(duì)鐵離子浸出率的影響曲線。

圖1 硫酸濃度對(duì)鐵離子浸出率的影響

由圖1可看出，鐵離子浸出率隨硫酸濃度的增大而升高，在硫酸4 mol/L時(shí)呈現(xiàn)最大值，說明硫酸濃度太高對(duì)反應(yīng)并不是有利的，既浪費(fèi)而且對(duì)后續(xù)聚合硫酸鐵的制備也有很大影響。

2.2 助溶劑對(duì)鐵離子浸出率的影響

表1為助溶劑對(duì)鐵離子浸出率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明氯化鈉為助溶劑時(shí)鐵離子的浸出率最高，而且其價(jià)格較便宜，因此應(yīng)選擇氯化鈉為助溶劑。

表1 助溶劑對(duì)鐵離子浸出率的影響

2.3 助溶劑用量對(duì)鐵離子浸出率的影響

圖2為氯化鈉用量對(duì)鐵離子浸出率的影響曲線。

圖2 氯化鈉用量對(duì)鐵離子浸出率的影響

由圖2可看出，7號(hào)即當(dāng)氯化鈉與硫酸的摩爾比為1︰20時(shí)，鐵離子浸出率最高。1～3號(hào)實(shí)驗(yàn)浸取率變化無規(guī)律，以后隨助溶劑增大鐵離子浸出率升高，7號(hào)實(shí)驗(yàn)時(shí)達(dá)到最大值。

2.4 反應(yīng)溫度對(duì)鐵離子浸出率的影響

圖3為反應(yīng)溫度對(duì)鐵離子浸取率的影響曲線。

圖3 反應(yīng)溫度對(duì)鐵離子浸取率的影響

從圖3可以看出，隨著反應(yīng)溫度的增加鐵離子浸出率逐漸增加，當(dāng)溫度大于95℃時(shí)，鐵離子的浸出率增加數(shù)值很小，綜合能耗和效益考慮酸浸的最佳反應(yīng)溫度為95℃。

2.5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鐵離子浸出率的影響

圖4為反應(yīng)時(shí)間對(duì)鐵離子浸出率的影響曲線。

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)鐵離子浸出率的影響

從圖4可以看出，隨著時(shí)間的增加鐵離子浸出率有規(guī)律地增加，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間大于2 h時(shí)鐵離子浸出率增加數(shù)值很小，綜合能耗和效益考慮酸浸的最佳反應(yīng)時(shí)間為2 h。

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)證明了選擇氯化鈉為助溶劑使硫鐵礦燒渣有較高的鐵離子浸出率，硫酸濃度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)硫鐵礦燒渣浸取率均有較大的影響。酸浸的最佳工藝條件為硫酸濃度4 mol/L, 助溶劑選擇氯化鈉且其與硫酸摩爾比為1︰20，反應(yīng)溫度95℃，反應(yīng)時(shí)間2 h。此條件下制取凈水劑、鐵鹽和鐵系顏料等鐵系產(chǎn)品，既充分利用廢渣，又節(jié)省原料，成本低，能耗小。

[1] 胡細(xì)金．清潔生產(chǎn)與硫鐵礦渣的綜合利用[J]．長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào), 2000, 14(2)： 15-18．

[2] 劉峙嶸．無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的研制趨向[J]．工業(yè)水處理，1999，19(1)：19-20．