濕法冶金過(guò)程除鐵凈化技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

白 健，楊 磊，徐 靚，趙宇航，孫華寧

（1.神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300；2.中國(guó)石油規(guī)劃總院煉化信息技術(shù)部，北京 100089）

1 濕法冶金物料雜質(zhì)的危害

濕法冶金工藝在獲取目標(biāo)金屬的同時(shí)會(huì)將其他金屬元素協(xié)同浸取，協(xié)同浸取出的鐵離子會(huì)導(dǎo)致粗液中的鐵離子超出規(guī)定的含量，制約了濕法冶金各工序工藝的正常運(yùn)行，致使冶煉的物質(zhì)不合格不達(dá)標(biāo)，影響冶金產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)還延長(zhǎng)生產(chǎn)的時(shí)間，減少了產(chǎn)量，增加了生產(chǎn)成本。例如氧化鋁冶金生產(chǎn)過(guò)程中，如果粗液中鐵含量偏高，在蒸發(fā)結(jié)晶過(guò)程中母液多次循環(huán)，引起鐵離子富集，當(dāng)母液中雜質(zhì)離子達(dá)到一定程度時(shí)，將影響最終產(chǎn)品品質(zhì)，無(wú)法繼續(xù)循環(huán)利用，需將其外排，會(huì)造成一定量的氧化鋁損失。

2 濕法冶金物料除雜技術(shù)進(jìn)展

2.1 微生物除鐵技術(shù)

微生物很難用肉眼觀察到，包括細(xì)菌、真菌等，具有體積小表面積大的特點(diǎn)。微生物主要以碳源氮源以及水和無(wú)機(jī)鹽為主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。工業(yè)微生物可應(yīng)用于冶金、輕工業(yè)等領(lǐng)域，比如微生物可以氧化吸附鐵元素，根據(jù)這一特性可用于工業(yè)生產(chǎn)。

趙雪孫等[1]采用黑曲霉對(duì)煤系高嶺土制備料漿進(jìn)行除鐵實(shí)驗(yàn)研究。將黑曲霉菌液加入到7.5g 煤系高嶺土礦漿中，進(jìn)行不同數(shù)量黑曲霉、不同礦漿濃度、不同溫度、時(shí)間去除礦漿Fe3+單因素優(yōu)化實(shí)驗(yàn)研究。最終確定最優(yōu)去除Fe3+條件為：黑曲霉接種量為10mL，煤系高嶺土礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，28℃恒溫，培養(yǎng)時(shí)間7d，F(xiàn)e3+的去除效率可以達(dá)到65.72%。

劉澤群等進(jìn)行了低溫復(fù)合產(chǎn)絮菌去粗鐵離子實(shí)驗(yàn)研究。開展了H8H13DN1DG2不同排列組合復(fù)合絮凝菌去除實(shí)驗(yàn)。對(duì)比研究了Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+四種離子去除效果。其中Fe2+去除效果最佳，Mn2+去除效果最差。將復(fù)合絮凝細(xì)菌固定化小球（絮凝細(xì)菌含量5%）投加到除鐵實(shí)驗(yàn)裝置中，鐵離子的去除率可達(dá)到80%以上。研究結(jié)果表明復(fù)合生物絮凝劑具有吸附量高、吸附速度快鐵離子去除效率高的特性。

2.2 磁選除鐵技術(shù)

磁選法是利用礦石中鐵礦物磁性的不同來(lái)達(dá)到分選的目的，從而制定相應(yīng)的選礦流程。我國(guó)鋁土礦資源短缺，其中有部分高鐵鋁土礦，其氧化鐵及其他氧化物含量超過(guò)15%，在應(yīng)用上有很大的局限性，因此，需要開展磁選法預(yù)除鐵。

謝武明等采用磁選法開展了高鐵鋁土礦鐵的去除實(shí)驗(yàn)研究。將鋁土礦與助劑按一定配比混勻，在剛玉坩堝中封蓋800℃焙燒，恒溫一段時(shí)間在缺氧狀態(tài)下冷卻磨細(xì)。磨后樣品用磁選管磁選，實(shí)驗(yàn)研究了磁場(chǎng)強(qiáng)度、研磨粒徑、反應(yīng)時(shí)間、溫度及還原劑投加量對(duì)磁選除鐵效果的影響。從50kA/m 升高到200kA/m，鋁土礦鐵去除率從53.0%上升到 86.8%，但是鋁土礦鋁回收率從90.5%下降到80.4%，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件后，磁選磁場(chǎng)強(qiáng)度150kA/m 獲得鐵精礦鐵品位為 63.2%，鐵去除率為89.8%，此時(shí)鐵鋁分離效果很好。

鄭慧慧進(jìn)行了類似的實(shí)驗(yàn)研究。主要研究了磨礦細(xì)度、磁選強(qiáng)度等實(shí)驗(yàn)條件。當(dāng)磨礦細(xì)度為0.074mm 占91.30%時(shí)，經(jīng)過(guò)粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度0.7T、精選磁場(chǎng)強(qiáng)度1.5T 時(shí)，原礦中全鐵含量從1.72%下降為1.08%，鐵去除率為37.29%。

2.3 沉淀除鐵技術(shù)

沉淀法是利用沉淀反應(yīng)原理，將被去除元素轉(zhuǎn)化為難溶物，以沉淀形式從溶液中分離出來(lái)的方法，沉淀除鐵主要有無(wú)機(jī)沉淀和有機(jī)絡(luò)合沉淀法。張賀杰等報(bào)道了原位中和沉淀法脫出錳冶金浸出液中鐵和鋁的相關(guān)研究。將目前常用方法中首先將MnSO4浸出液中二價(jià)鐵離再氧化為三價(jià)鐵離子，然后調(diào)節(jié)pH 至6～7，將Fe3+生成 Fe（OH）3，這種工藝除鐵效率高，但在調(diào)節(jié)酸度過(guò)程中容易生成膠體溶液，過(guò)濾困難。原位中和沉淀法采用氨水作為調(diào)節(jié)劑，可將Fe（OH）3直接轉(zhuǎn)變?yōu)棣?FeOOH，構(gòu)建了一套可控制MnSO4浸出液中鐵和鋁成核和長(zhǎng)大過(guò)程的原位中和沉淀體系，并在錳冶金行業(yè)成功應(yīng)用。同時(shí)解決了過(guò)濾性差，濾餅夾帶錳離子的問(wèn)題。該法脫除鐵后溶液鐵離子濃度可達(dá)到 0.1mg/L 以下，完全可以滿足凈化工藝的要求。

朱肖鋒采用有機(jī)沉淀劑除去溶液硫酸鋁中的鐵離子，達(dá)到提純液體硫酸鋁的目的。研究了沉淀劑加入量、操作溫度、反應(yīng)時(shí)間等實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)在沉淀劑與和硫酸鋁溶液質(zhì)量比為 8×10-2，反應(yīng)溫度 25 ℃，反應(yīng)時(shí)間為60 -75min 時(shí)，鐵離子含量可降到30×10-6（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），可以滿足生產(chǎn)的需要。

2.4 樹脂除鐵技術(shù)

粉煤灰主要成分組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，2019年我國(guó)粉煤灰排放量約8億t。粉煤灰中含有大量有價(jià)元素，可以作為一種礦物進(jìn)行利用。粉煤灰用鹽酸浸出氧化鋁的同時(shí)大部分Fe3+被浸出，研究者采用離子交換樹脂可有效吸附鐵離子，實(shí)現(xiàn)了鐵鋁有效分離，有利于粉煤灰的綜合利用。

張強(qiáng)采用陰離子交換樹脂進(jìn)行了除鐵實(shí)驗(yàn)研究。開展了不同種類樹脂、不同還原劑絡(luò)合劑及加入量、洗脫再生實(shí)驗(yàn)、樹脂飽和吸附量研究。研究結(jié)果表明，增加還原劑、絡(luò)合劑可有效提高樹脂吸附Fe3+的能力。采用1mol/L鹽酸作為溶液洗脫，用去離子水浸泡洗滌，最終pH 控制到3.0，可以實(shí)現(xiàn)樹脂有效再生。除此之外，貴州理工學(xué)院與中科院地球化學(xué)所進(jìn)行了高鐵鹽酸溶液除鐵技術(shù)大量的研究工作。采用LSD396螯合樹脂作為除鐵樹脂，分析了樹脂用量、吸附溫度、吸附時(shí)間對(duì)吸附性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)樹脂用量為0.6g/ml、溫度45℃、吸附時(shí)間選擇2h，振蕩頻率 120r/min，鐵離子的去除率大于99%。

2.5 萃取除鐵技術(shù)

萃取法除鐵是利用 Fe3+在不同溶劑中溶解度的不同而實(shí)現(xiàn)分離除鐵方法。萃取除鐵具有選擇性高、能耗低、萃取劑可回收利用和污染少等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)。

馮振華等報(bào)道萃取法從碲鉍礦溶液中分離鐵離子與碲離子的實(shí)驗(yàn)研究工作。研究了異丙醚、磷酸三丁脂為主要有機(jī)萃取相，優(yōu)化了溶液酸度、相比、萃取時(shí)間、反萃相、反萃相比等實(shí)驗(yàn)參數(shù)。鐵離子萃取的最佳條件為：溶液控制酸度為7.2mol/L；萃取相比為3 ∶4；萃取時(shí)間1.5min；反萃液選用蒸餾水，反萃時(shí)間1min；反萃相比1 ∶1；此時(shí)Fe3+的萃取率為99.92%。對(duì)于萃取級(jí)數(shù)的確定，需要根據(jù)萃取相比、萃取率來(lái)確定。

沈瑋等采用萃取法開展了硫酸鋁中鐵離子去除實(shí)驗(yàn)。采用烷基結(jié)構(gòu)的磷酸單烷基酯作為萃取劑，討論了酸度、平衡時(shí)間、操作方式等影響因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用P538煤油溶液進(jìn)行三級(jí)逆流萃取，將硫酸酸度控制在0.5mol/L，反萃液4mol/L 硫酸，鐵離子萃取率在99.5%，再經(jīng)過(guò)濃縮結(jié)晶，最終得到的硫酸鋁滿足行業(yè)優(yōu)級(jí)品標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，目前冶金過(guò)程除鐵工藝技術(shù)各有利弊，但是樹脂法和萃取法具有很大的應(yīng)用前景，應(yīng)繼續(xù)加大研究力度，不斷創(chuàng)新改革現(xiàn)有工藝技術(shù)，開發(fā)優(yōu)化新的方法，最終獲得工藝簡(jiǎn)單、效率高、生產(chǎn)成本低廉、自動(dòng)化程度高的除鐵工藝，為我國(guó)濕法冶金工業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。