用磷酸鹽從硫化鎳礦石浸出液中除鐵試驗(yàn)研究

湛 金，李 鵬

(青海黃河礦業(yè)有限責(zé)任公司，青海 格爾木 816000)

自然界中的鎳資源主要為紅土鎳礦和硫化鎳礦[1]。硫化鎳礦中通常伴有鐵、銅、鈷等金屬，其中鐵被認(rèn)為是雜質(zhì)元素[2]。鐵與鎳、鈷、銅均為過渡金屬，具有相近的化學(xué)性質(zhì)，在鎳浸出過程中會不同程度進(jìn)入溶液，對鎳的生產(chǎn)過程及鎳產(chǎn)品質(zhì)量都有較大影響，因此，在從礦石浸出液中回收鎳之前需除鐵。

磷酸鐵具有溶解度低(Ksp=1.3×10-27)、沉淀速率快、結(jié)晶性能好且很少吸附陽離子等特點(diǎn)，用磷酸鐵從溶液中除鐵被認(rèn)為是擁有應(yīng)用前景且技術(shù)新穎的除鐵方法之一[15-20]，其對鐵的脫除率可達(dá)99%，而有價金屬損失率低于10%；但有關(guān)采用此法從高鎳、高鐵溶液中除鐵的研究尚未見有報道。試驗(yàn)研究了采用H2O2氧化—磷酸鹽沉淀法從硫化鎳礦浸出液中除鐵，以期為硫化鎳礦浸出液中鐵與銅、鎳的高效分離提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料與試劑

鎳精礦：取自青海黃河礦業(yè)有限公司夏日哈木鎳鈷礦，主要成分見表1，pH=0.8。

表1 硫化鎳礦浸出液的主要化學(xué)成分 g/L

試劑：鹽酸、硝酸、硫酸(98%)、磷酸(85%)及雙氧水(30%)，北京化工廠；碳酸鈉，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。所有試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備與儀器

試驗(yàn)設(shè)備：Mettler ML-104型分析天平(瑞士Mettler Toledo公司)，DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)，F(xiàn)E28型梅特勒臺式pH計(瑞士Mettler Toledo公司)，DF-101SZ型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(河南省予華儀器有限公司)，COOLPEX型微波消解儀(上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司)。

分析儀器：Agilent 5800VDV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(安捷倫科技有限公司)，Rigaku SmartLab型X射線衍射儀(日本理學(xué)株式會社)，AXIOS型X熒光光譜儀XRF(荷蘭帕納科公司)以及UV9100型紫外分光光度計(北京萊伯泰科儀器股份有限公司)。

1.3 試驗(yàn)原理與方法

(1)

溶液中的鐵部分以Fe2+形式存在，需先將其氧化成Fe3+：

(2)

向100 mL燒杯中倒入50 mL硫化鎳礦浸出液，將燒杯置于水浴鍋中加熱。待溫度升至設(shè)定溫度后，向燒杯中加入一定量H2O2，將溶液中的Fe2+氧化成Fe3+、然后再加入一定質(zhì)量濃度的H3PO4，之后用20%Na2CO3溶液調(diào)溶液pH，在攪拌速度500 r/min條件下攪拌反應(yīng)一定時間。反應(yīng)結(jié)束后，過濾，分離濾液和濾渣。濾渣用純水洗滌后于105 ℃下烘干。采用ICP-OES分別測定濾液、洗液及濾渣中金屬組分含量，計算鐵去除率和銅、鎳損失率。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 H2O2用量對鐵去除率的影響

在溶液終點(diǎn)pH=1.5、n(P)/n(Fe)=1.0、反應(yīng)溫度60 ℃、反應(yīng)時間120 min條件下，H2O2用量對金屬沉淀率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 H2O2用量對金屬沉淀率的影響

2.2 體系終點(diǎn)pH對鐵去除率的影響

在H2O2用量為理論量1.5倍、n(P)/n(Fe)=1.0、反應(yīng)溫度60 ℃、反應(yīng)時間120 min條件下，體系終點(diǎn)pH對金屬沉淀率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 體系終點(diǎn)pH對金屬沉淀率的影響

由圖2看出：隨體系終點(diǎn)pH升高，鐵去除率快速升高，pH升至2.0時，鐵去除率趨于穩(wěn)定；而銅、鎳損失率則隨pH升高而持續(xù)升高，pH升至2.5后，銅、鎳損失率快速升高。隨pH增大，體系中Cu2(PO4)3和Ni2(PO4)3沉淀形成的可能性增大，從而導(dǎo)致銅、鎳損失增加。綜合考慮，確定體系終點(diǎn)pH以2.0為宜，此時鐵去除率為98.17%，銅、鎳損失率分別為1.56%和0.64%。

2.3 n(P)/n(Fe)對鐵去除率的影響

在H2O2用量為理論量1.5倍、體系終點(diǎn)pH=2.0、反應(yīng)溫度60 ℃、反應(yīng)時間120 min條件下，n(P)/n(Fe)對金屬沉淀率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 n(P)/n(Fe)對金屬沉淀率的影響

2.4 反應(yīng)溫度對鐵去除率的影響

在H2O2用量為理論量1.5倍、體系終點(diǎn)pH=2.0、n(P)/n(Fe)=1.0、反應(yīng)時間120 min條件下，反應(yīng)溫度對金屬沉淀率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 反應(yīng)溫度對金屬沉淀率的影響

由圖4看出：隨溫度升高，鐵脫除效率基本保持不變，均在97%以上；但銅、鎳損失率略有下降，至溫度為50 ℃時，銅、鎳損失率降至最低且趨于穩(wěn)定。綜合考慮，確定適宜反應(yīng)溫度為50 ℃。

2.5 反應(yīng)時間對鐵去除率的影響

在H2O2用量為理論量1.5倍、體系終點(diǎn)pH=2.0、n(P)/n(Fe)=1.0、反應(yīng)溫度50 ℃條件下，反應(yīng)時間對金屬沉淀率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 反應(yīng)時間對金屬沉淀率的影響

由圖5看出，除鐵反應(yīng)速度很快：反應(yīng)15 min，鐵去除率即達(dá)95.17%；反應(yīng)30 min后，鐵去除率基本穩(wěn)定；反應(yīng)時間對銅、鎳損失率基本沒有影響。綜合考慮，確定反應(yīng)時間以30 min為宜。

2.6 除鐵后液及除鐵渣組成分析

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，在適宜條件(H2O2用量為理論量1.5倍，終點(diǎn)pH=2.0，n(P)/n(Fe)=1.0，反應(yīng)溫度50 ℃，反應(yīng)時間30 min)下進(jìn)行除鐵試驗(yàn)，所得溶液成分見表2。可以看出：鐵去除率為98.17%，銅、鎳損失率為1.50%和0.58%，溶液中總鐵質(zhì)量濃度為0.337 g/L。

表2 除鐵前、后溶液中金屬質(zhì)量濃度 g/L

不同溫度下除鐵渣的XRD分析結(jié)果如圖6所示。可以看出：圖譜中沒有相應(yīng)的峰，表明沉淀渣為無定形物。

圖6 除鐵渣的XRD圖譜

XRF半定量分析與ICP-OES定量分析結(jié)果見表3。可以看出：主要元素為O、Fe、P，含少量S、Na、Al、Cu及Ni等元素；其中，F(xiàn)e、P質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近FePO4·2H2O中Fe和P質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Fe 29.89%，P 16.58%)，接近Fe、P比例。由此推斷，除鐵渣為無定形水合磷酸鐵(FePO4·xH2O)。

表3 除鐵渣中金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

3 結(jié)論

以H2O2氧化—磷酸鹽沉淀法從硫化鎳礦石浸出液中除鐵是可行的，除鐵效果較好，適宜條件下，鐵去除率達(dá)98.17%，銅、鎳損失率僅1.50%和0.58%，除鐵后液中鐵質(zhì)量濃度可降至0.337 g/L；體系中引入雙氧水可將Fe2+氧化為Fe3+，使與磷酸反應(yīng)形成磷酸鐵而去除。除鐵渣中，鐵主要以無定形水合磷酸鐵(FePO4·xH2O)形式存在，銅、鎳含量非常低。