酸法炼铝工艺中的除铁方法
【专利摘要】本发明公开了一种酸法炼铝工艺中的除铁方法。该除铁方法包括从净化树脂洗脱液中除铁，从净化树脂洗脱液中除铁包括以下步骤：S1，采用净化树脂洗脱液利用积分反应装置通过准均相成核法制备针铁矿晶种，以及S2，在针铁矿晶种存在下采用微分反应装置水解去除净化树脂洗脱液中的铁。该方法能够将粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝工艺净化树脂洗脱液中的铁离子转化为针铁矿渣，一方面解决了镓和铁的分离问题，有利于镓的回收提纯；另一方面不产生含铁废水，且产生的针铁矿渣具有再利用的价值。此发明方法易于工业实践，除铁效果好。
【专利说明】酸法炼铝工艺中的除铁方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属冶炼【技术领域】，具体而言，涉及一种酸法炼铝工艺中的除铁方法。【背景技术】
[0002]粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝工艺中，利用Ga/Fe选择型树脂除铁富镓，得到净化树脂洗脱液。从净化树脂洗脱液中回收镓时，通常采用还原掩蔽的方法，解决镓和铁的分离问题。其中，铁以二价铁离子形式在废水中排出。若将含铁废水直接排放，废水中存在的水解性铁离子造成水体中的溶解氧迅速降低，排水是赤橙色且浑浊，对环境造成严重污染。寻找一条技术可行、经济合理的处理方法，将废水中的铁回收利用，是环境保护的一部分，也是循环经济的一部分，对缓解国内铁资源供需紧张、创造经济价值具有十分重要的现实意义。
[0003]酸性湿法冶金应用的除铁方法主要有黄铁帆法、针铁矿法和赤铁矿法。黄铁钒法适用于含铁量较高的铁渣的处理，渣量较大，回收处理较难，产生二次污染；赤铁矿法需要高温高压设备，投资费用较高；针铁矿法适用于多种酸性介质浸出液，尤其是氯气浸出或全氯化湿法体系(在盐酸介质中的沉淀物主要为β-FeOOH)，可以在常压和较低温度下(70~IOO0C )进行，且针铁矿渣结晶体大、过滤性能良好，夹带有价金属少、含铁量高，再处理时不会产生大量二氧化硫，具有成为钢铁工业原料的应用价值。
[0004]以上三种除铁方法，均不产生含铁废水，且已广泛应用于湿法炼Zn，同时在Cu、Mn、Co、Ni湿法冶金中也有应用，但在湿法炼Al工艺中未见文献报道。
[0005]其中，针铁矿法分为两种:还原-氧化法(V.Μ.)和部分水解法(Ε.Ζ.)。还原-氧化法是把三价铁还原成二价铁，通过控制二价铁的氧化速度，保证三价铁含量始终低于Ig/L，氧化生成针铁矿。部分水解法是把较高浓度的三价铁原液给入搅拌均匀的反应器，保证反应液含铁量低于lg/L，水`解生成针铁矿。“一步酸溶法”净化树脂洗脱液中的铁为三价铁，比较适用部分水解法。
[0006]部分水解-针铁矿法可以包括两大步骤，原生晶种的制备和晶种存在下水解除铁。原生晶种的制备，目前主要采用有水热法和水解法。水热法(中国有色金属学报，2008，18 (专辑I):s27-s31)在高温高压反应釜中进行，反应时间短但反应条件不易实现，且产量受限，难以满足工业所需大量晶种的要求。水解法应用较多，在碱性条件下生产针铁矿，反应时间较长，铁胶体Fe (OH) 3完全转化为针铁矿FeOOH约需要一天多的时间，对于一般工业操作来说不易实现，且转化后的最终产物仍含有较多的铁胶体，针铁矿晶种不够纯净。熊慧欣等(光谱学与光谱分析，2009，29 (7) =2005-2009)应用光谱分析法对不同pH值、铁盐种类、老化温度等因素影响下三价铁离子水解法制备针铁矿，从矿相、结构性质差异、以及环境功能的影响几个方面从形成机理上进行了探讨研究，结果表明:PH=8时，Fe (III)溶液水解产物均为二线水铁矿Fe5HO8.4H20 ;加热陈化，可促进二线水铁矿转化为针铁矿。吴思源等(环境化学，2012，31 (10):1625-1630)研究矿化剂混合方式、老化方法、老化时间等对针铁矿合成产生的影响，结果表明，酸性条件和常温磁力搅拌都不利于前驱体转化为针铁矿，优化的针铁矿制备条件为:碱性条件下70°C老化48h以上；矿化剂混合方式不会影响针铁矿物相的形成，但对针铁矿的结晶形貌、粒径大小、团聚程度和比表面积产生一定影响。
[0007]水解除铁，很多是在不添加晶种的条件下完成，原料液的给入一般以喷淋的方式。张爱黎等(有色矿冶，2001，17 (2):23-26)用喷淋的方法考察了 Fe3+浓度、温度、pH值、时间等对硫酸镍中除铁效果的影响，结果表明，在Fe3+浓度小于I g/L、100 °C、pH=3时反应4h,净化率可达99.99%以上。李良友等(江苏冶金，1988增刊:54-60)用喷淋的方式考察了喷淋速度、PH值、中和剂加入方法等对针铁矿法除铁效果的影响，结果表明，pH=3.0~3.5，除铁效果不受喷淋速度的影响，缓慢加入和分批加入中和剂焙砂对实验结果也无影响，除铁后液铁含量在lg/L以下，净化率大于90%。盛祖贵等(新疆有色金属，2013 (I):46-47)采用针铁矿法喷淋除铁，探究了搅拌速度、原液输入速度、反应PH值等对除铁效果的影响，结果表明，搅拌速度和原液输入速度对除铁效果影响不大，PH值会直接影响除铁效果:当pH值较低时，铁含量较高；ipH=2.0时，铁含量高达1.8g/L ;随着pH值的增加，后液中铁含量明星下降，当pH=3.5时，后液中铁含量约为0.05g/L。郑文军等(矿冶工程，2010，30 (5):90-95)采用喷淋的方法对3种不同的浸出液除铁，pH=5.0~6.0时，除铁率可达99%以上。巴彦淖尔紫金有色金属有限公司(中国有色冶金，2012，(3):78-81)探索了针铁矿法喷淋除铁，对除铁效果、加液速度、温度、以及中和剂用量进行了考察，结果表明，针铁矿法喷淋除铁工艺除铁效果较好，具有一定的可行性，操作条件为加入晶种后，加热至85~90°C后恒温，保持溶液含铁量小于lg/L，加中和剂焙砂保持pH=3.5~4.0。专利CN1337360A公开了一种含铁、锰的钴渣中制氯化钴的方法，其中，采用部分水解-针铁矿法除铁，控制反应温度85~95°C，通过喷淋氢氧化钠或碳酸钠中和剂，保持反应pH=l.5~3.5，最好是pH=2.0。专利CN102031373A公开了一种从电镀污泥中回收镍、铜的方法，其中，采用部分水解-针铁矿法除铁和铬，在反应液中加入重质碳酸钙调pH=3.5~4.0，缓慢搅拌，并采用蒸汽加热至75~85°C，反应时长1.5~2.5h。专利CN138641公开了一种混合稀土精矿碳还原焙烧生产氯化稀土的方法，其中，采用针铁矿法喷淋除铁，全部稀土滤液加少量氧化剂，氧化Fe2+为Fe3+后再与中和料将按比例喷淋或滴入中和接受槽，搅拌反应，控制反应温度70~90°C，pH=3.0~4.0，加料完毕再用稀氨水或碳铵调pH=4.5。专利CN101982433A公开了一种不锈钢酸洗废水中和污泥无害化和资源化处置的方法，其中，采用部分水解-针铁矿法除铁，保持总铁浓度小于lg/L，投加针铁矿晶种，将溶液加热到60~85°C，搅拌，不断滴加碱液，保持 ρΗ=2.5 ~5.0。`
[0008]上述文献报道中，一般需要控制反应ρΗ>3.0，三价铁离子浓度小于lg/L。pH>3.0时，Ga3+会从酸性溶液中开始沉淀，不能满足“一步酸溶法”净化树脂洗脱液除铁、回收提纯镓的要求。而且，粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝工艺，以盐酸为酸浸介质，与湿法炼锌等常采用硫酸介质相比(S042_的存在，会阻碍FeOOH的形成)，有利于针铁矿的形成(光谱学与光谱分析，2009，29 (7):2005-2009)。因此，需要进一步研究水解除铁的工艺条件，以更好地适应“一步酸溶法”净化树脂洗脱液除铁。
[0009]这样，怎么样制备纯净的针铁矿晶种，以及在晶种存在下水解除铁，仍然需要继续研究。
【发明内容】
[0010]本发明旨在提供一种酸法炼铝工艺中的除铁方法，以寻找一种技术可行、经济合理的从净化树脂洗脱液中除铁的方法。
[0011]根据本发明的一个方面，提供一种酸法炼铝工艺中的除铁方法。该除铁方法包括从净化树脂洗脱液中除铁，从净化树脂洗脱液中除铁包括以下步骤:SI，采用净化树脂洗脱液利用积分反应装置通过准均相成核法制备针铁矿晶种，以及S2，在针铁矿晶种存在下采用微分反应装置水解去除净化树脂洗脱液中的铁。
[0012]进一步地,积分反应装置包括第一反应槽,步骤SI包括:S11，取底液倒入第一反应槽中，用盐酸调节至pH〈3.0，搅拌；S12，待底液的温度升至60~100°C，从第一反应槽的槽底加入净化树脂洗脱液，反应5~10分钟后，用Na2CO3调节pH〈3.0 ；S13,重复步骤S12直至得到针铁矿晶种，在步骤SI中，第一反应槽内的浆液中三价铁离子浓度低于lg/L。
[0013]进一步地，微分反应装置包括:第二反应槽，位于第二反应槽下游的陈化槽，位于陈化槽下游的沉降分离槽，步骤S2包括:S21，将针铁矿晶种加入第二反应槽，向第二反应槽中加入净化树脂洗脱液，搅拌，反应5~10分钟后，用Na2CO3调节pH〈3.0 ；S22,随着净化树脂洗脱液地不断加入，第二反应槽内的浆液溢流到陈化槽进行陈化；S23，陈化后的浆液输入沉降分离槽进行沉降分离，得到针铁矿渣和除铁后的浆液。
[0014]进一步地，步骤S2包括:S24，取针铁矿渣加入第二反应槽中，控制第二反应槽内的针铁矿晶种的浓度为0.9~3.0g/Lo
[0015]进一步地,底液为水或除铁后的衆液。
[0016]进一步地，步骤S2中，第二反应槽内的浆液温度为60~100°C。
[0017]进一步地，陈化的时间为30~120分钟。
[0018]进一步地，第一反应槽和第二反应槽为不锈钢反应槽。
[0019]进一步地，步骤S12和步骤S21中的搅拌速度为400~650r/min。
[0020]进一步地，第一反应槽和第二反应槽为同一个反应槽。
[0021]应用本发明的技术方案，利用积分反应装置通过准均相成核法制备针铁矿晶种，并在晶种存在下采用微分反应装置水解除铁。该方法能够将粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝工艺净化树脂洗脱液中的铁离子转化为针铁矿渣，一方面解决了镓和铁的分离问题，有利于镓的回收提纯；另一方面不产生含铁废水，且产生的针铁矿渣具有再利用的价值。此发明方法易于工业实践，除铁效果好。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0023]图1示出了根据本发明实施例的利用积分反应装置通过准均相成核法制备针铁矿晶种的流程示意图；以及
[0024]图2示出了根据本发明实施例的在晶种存在下采用微分反应装置水解除铁的流程不意图。
【具体实施方式】
[0025]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0026]现有技术中没有能够经济有效的去除粉煤灰“一步酸溶法”生产氧化铝工艺净化树脂洗脱液中的铁的方法，针对此，本发明提供了一种酸法炼铝工艺中的除铁方法，部分水解-针铁矿法，以解决镓和铁的分离、以及含铁废水的排放问题。
[0027]其中，净化树脂洗脱液主要成分如表1所示。
[0028]表1净化树脂洗脱液的主要化学成分(mg/L)
[0029]
【权利要求】
1.一种酸法炼铝工艺中的除铁方法，包括从净化树脂洗脱液中除铁，其特征在于，所述从净化树脂洗脱液中除铁包括以下步骤: Si，采用所述净化树脂洗脱液利用积分反应装置通过准均相成核法制备针铁矿晶种，以及 S2，在所述针铁矿晶种存在下采用微分反应装置水解去除所述净化树脂洗脱液中的铁。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述积分反应装置包括第一反应槽(10)，所述步骤SI包括: S11，取底液倒入所述第一反应槽(10)中，用盐酸调节至pH〈3.0，搅拌； S12，待所述底液的温度升至60~100°C，从所述第一反应槽(10)的槽底加入所述净化树脂洗脱液，反应5~10分钟后，用Na2CO3调节pH〈3.0 ； S13，重复所述步骤S12直至得到所述针铁矿晶种， 在所述步骤SI中，所述第一反应槽(10)内的浆液中三价铁离子浓度低于lg/L。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述微分反应装置包括:第二反应槽(30)，位于所述第二反应 槽(30)下游的陈化槽(40)，位于所述陈化槽下游的沉降分离槽(50)，所述步骤32包括: S21，将所述针铁矿晶种加入所述第二反应槽(30)，向所述第二反应槽(30)中加入所述净化树脂洗脱液，搅拌，反应5~10分钟后，用Na2CO3调节pH〈3.0 ； S22，随着所述净化树脂洗脱液地不断加入，所述第二反应槽(30)内的浆液溢流到所述陈化槽(40)进行陈化； S23，陈化后的所述浆液输入所述沉降分离槽(50)进行沉降分离，得到针铁矿渣和除铁后的衆液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括:S24，取所述针铁矿渣加入所述第二反应槽(30)中，控制所述第二反应槽(30)内的针铁矿晶种的浓度为0.9 ~3.0g/L。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述底液为水或所述除铁后的浆液。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述第二反应槽(30)内的浆液温度为60~100°C。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述陈化的时间为30~120分钟。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一反应槽(10)和所述第二反应槽(30)为不锈钢反应槽。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S12和所述步骤S21中的搅拌速度为 400 ~650r/min。
10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一反应槽(10)和所述第二反应槽(30)为同一个反应槽。
【文档编号】C22B21/00GK103805779SQ201310746794
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】张维世, 刘延红, 池君洲, 郭志峰, 赵飞燕, 张云峰, 秦兴东, 刘瑞平 申请人:中国神华能源股份有限公司, 神华准能资源综合开发有限公司