吳玉春, 黃招輝, 鐘 琦, 巫 劍
(1.贛州稀土集團(tuán)有限公司, 江西 贛州 341000;2.中國南方稀土集團(tuán)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(dāng)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(jìn)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。
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:
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。
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。
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(dāng)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(dāng)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。
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。
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?jǐn)?shù)及進(jìn)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?jǐn)?shù)及進(jìn)料方式對除鐵的影響
由表3可知,當(dāng)H2O2加入的總量不變時,H2O2體積分?jǐn)?shù)小,酸浸液中鐵離子質(zhì)量濃度越低;緩慢進(jìn)料比快速進(jìn)料,鐵離子質(zhì)量濃度更低;多口進(jìn)料比單口進(jìn)料,鐵離子質(zhì)量濃度更低。由于過氧化氫體積分?jǐn)?shù)及進(jìn)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(jìn)料采用緩慢多口下進(jìn)料方式,雜質(zhì)鐵的去除率高。
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(dāng)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
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(jìn)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(dá)到生產(chǎn)要求。
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(jìn)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(dá)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)。
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