一种用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的方法与流程

本发明涉及电解锌工艺产生的废渣处理技术领域，尤其涉及一种用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的方法。

背景技术

在电解锌提纯锌的工艺中，通过加入碳酸钙生成氢氧化铁沉淀来除铁，由此会产生大量的废铁渣。由于氢氧化铁为絮状沉淀物，在去除时会夹带大量溶液，导致所得废铁渣中含有大量的硫酸锌。废铁渣中的主要成分为氢氧化铁、硫酸锌和硫酸钙，现有技术通常采用水洗废铁渣的方式，将其中的硫酸锌溶出，然后返回至电解锌车间，将水洗后的废铁渣转入回转窑，加入焦炭，进一步高温处理，将剩余的zn以蒸汽的形式蒸出。该工艺存在能耗高，且铁无法有效回收的缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的方法，该方法不需要高温处理，能耗低，且能够将铁制备成高纯氯化铁，有效回收铁。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的方法，包括如下步骤：

(1)将废铁渣与硫酸溶液混合，进行酸性浸出，然后过滤，得到浸出液；

(2)将所述浸出液与有机萃取剂混合，进行萃取，得到萃取液和萃余液；所述有机萃取剂由p204和煤油组成；所述萃余液经除油后用于电解锌提锌；

(3)将所述萃取液依次进行一级酸洗和二级酸洗；所述一级酸洗所用洗液为0.4～0.6mol/l的硫酸溶液；所述二级酸洗所用洗液为2.4～2.6mol/l的硫酸溶液；

(4)将所述二级酸洗所得有机相与盐酸混合，进行反铁，得到低浓度三氯化铁溶液；

(5)将所述低浓度三氯化铁溶液依次经浓缩、结晶、过滤和干燥，得到三氯化铁。

优选的，所述酸性浸出的温度为70～90℃，所述酸性浸出的时间为2～4h。

优选的，所述浸出液的ph值为1.7～2。

优选的，所述有机萃取剂中p204的体积浓度为18～22％。

优选的，所述步骤(2)中浸出液与有机萃取剂混合前还包括：用水稀释浸出液至铁元素的浓度为12～18g/l。

优选的，所述有机萃取剂与所述稀释后的浸出液的体积比为1:1.8～2.5。

优选的，所述一级酸洗所用洗液与所述萃取液的体积比为0.2～0.3:1。

优选的，所述二级酸洗所用洗液与所述萃取液的体积比为0.2～0.3:1。

优选的，所述盐酸的浓度为5.5～6.5mol/l；所述盐酸与所述二级酸洗所得有机相的体积比为1:0.15～0.25。

优选的，所述反铁的产物还包括含酸有机相，将所述含酸有机相进行水洗，得到有机相和水洗液；所述有机相用做有机萃取剂；所述水洗液用于配制盐酸。

本发明提供了一种用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的方法，包括如下步骤：(1)将废铁渣与硫酸溶液混合，进行酸性浸出，然后过滤，得到浸出液；(2)将所述浸出液与有机萃取剂混合，进行萃取，得到萃取液；所述有机萃取剂由p204和煤油组成；(3)将所述萃取液依次进行一级酸洗和二级酸洗；所述一级酸洗所用洗液为0.4～0.6mol/l的硫酸溶液；所述二级酸洗所用洗液为2.4～2.6mol/l的硫酸溶液；(4)将所述二级酸洗所得有机相与盐酸混合，进行反铁，得到含酸有机相和低浓度三氯化铁溶液；(5)将所述低浓度三氯化铁溶液依次经浓缩、结晶、过滤和干燥，得到三氯化铁。本发明通过酸性浸出将废铁渣中的氢氧化铁转化为硫酸铁，进入浸出液中；使用p204和煤油组成的有机萃取剂对浸出液进行萃取，将铁离子转移至萃取液中；然后通过一级酸洗，将萃取液中夹带的硫酸锌洗去，通过二级酸洗，将萃取液中的锌离子洗去；经过反铁，可将二级酸洗所得有机相中的铁离子置换出，进入水相，得到低浓度三氯化铁溶液，经浓缩、结晶、过滤和干燥，即可得到三氯化铁。本发明所提供的方法不需要高温条件即可实现铁和锌的分离，且实验结果表明，本发明提供的方法所得三氯化铁的纯度≥96％。

附图说明

图1本发明用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的工艺流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的方法，包括如下步骤：

(1)将废铁渣与硫酸溶液混合，进行酸性浸出，然后过滤，得到浸出液；

(2)将所述浸出液与有机萃取剂混合，进行萃取，得到萃取液和萃余液；所述有机萃取剂由p204和煤油组成；所述萃余液经除油后用于电解锌提锌；

(3)将所述萃取液依次进行一级酸洗和二级酸洗；所述一级酸洗所用洗液为0.4～0.6mol/l的硫酸溶液；所述二级酸洗所用洗液为2.4～2.6mol/l的硫酸溶液；

(4)将所述二级酸洗所得有机相与盐酸混合，进行反铁，得到低浓度三氯化铁溶液；

(5)将所述低浓度三氯化铁溶液依次经浓缩、结晶、过滤和干燥，得到三氯化铁。

本发明所提供的用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的方法的工艺流程图如图1所示，先将废铁渣与硫酸溶液混合，进行酸性浸出，然后过滤，去除硫酸钙(留存于滤渣中)，得到浸出液；将所得浸出液与由p204和煤油组成的有机萃取剂混合，进行萃取，得到萃取液和萃余液；萃余液经除油后用于电解锌提锌；萃取液依次经一级酸洗和二级酸洗，进一步去除有机萃取剂中夹带的硫酸锌和锌离子，然后将所得有机相用盐酸混合，进行反铁，盐酸中的氢离子将有机相中的铁离子置换出来，得到低浓度三氯化铁溶液；将低浓度三氯化铁溶液依次经浓缩、结晶、过滤和干燥，即可得到三氯化铁。

本发明将废铁渣与硫酸溶液混合，进行酸性浸出，然后过滤，得到浸出液。

在本发明中，通过酸性浸出可使废铁渣中的氢氧化铁反应生成硫酸铁，溶于浸出液中，同时硫酸锌也进入浸出液，而硫酸钙则留存于滤渣中，被去除。

在本发明中，所述硫酸溶液的浓度优选为140～150g/l，更优选为145g/l。

在本发明中，所述酸性浸出的温度优选为70～90℃，更优选为80℃；所述酸性浸出的时间优选为2～4h。

在本发明中，所述浸出液的ph值优选为1.7～2。在本发明中，优选按照废铁渣中的铁元素与硫酸溶液中硫酸的摩尔比为1:1.5～1.6的比例将废铁渣与硫酸混合，酸性浸出2h后，测试体系的ph值，当体系的ph值在1.7～2的范围内时，完成酸性浸出；当所得体系的ph值不在1.7～2的范围内时，优选通过补加废铁渣或硫酸溶液，继续反应1h，然后重复测ph值，补加废铁渣或硫酸溶液继续反应的操作，直至将体系的ph值调节至1.7～2。

在本发明实施例中，所述废铁渣中铁的含量优选通过重铬酸钾滴定的方法测得。

得到浸出液后，本发明将所述浸出液与有机萃取剂混合，进行萃取，得到萃取液和萃余液；所述有机萃取剂由p204(即磷酸二异辛酯)和煤油组成；所述萃余液经除油后用于电解锌提锌。

在本发明中，使用p204和煤油组成的有机萃取剂对浸出液进行萃取，可将浸出液中的铁离子萃取至有机相中，实现锌和铁的分离；且所得萃余液经除油后，可返回至电解锌车间用于电解提锌。

在本发明中，所述有机萃取剂中p204的体积浓度优选为18～22％，更优选为20％。在本发明中，上述体积浓度范围内的有机萃取剂铁锌分离系数((有机相中铁的浓度×水相中锌的浓度)/(水相中铁的浓度×有机相中锌的浓度))最大，约为100～120。

本发明优选将所述浸出液用水稀释至铁元素的浓度为12～18g/l后，再与有机萃取剂混合；所述稀释后的浸出液中铁元素的浓度更优选为15g/l。

在本发明中，所述有机萃取剂与所述稀释后的浸出液的体积比优选为1:1.8～2.5，更优选为1:2～2.1；所述萃取优选为逆流萃取，所述逆流萃取的级数优选为3～4次；本发明对每级萃取的具体方式没有特殊限定，能够达到平衡即可；本发明实施例中，所述萃取的设备优选为离心萃取机。在本发明实施例中，所述铁元素的浓度优选通过滴定法测定。在本发明中，将浸出液稀释后，按照上述比例混合进行萃取，铁的萃取率更高。

得到萃取液后，本发明将所述萃取液进行一级酸洗和二级酸洗。

在本发明中，所述一级酸洗所用洗液为0.4～0.6mol/l的硫酸溶液，优选为0.5mol/l的硫酸溶液；所述一级酸洗所用洗液与萃取液的体积比优选为0.2～0.3:1，更优选为0.25:1；所述一级酸洗优选为逆流洗涤，所述逆流洗涤的级数优选为8～10级。在本发明中，采用上述浓度的硫酸溶液进行一级酸洗，可将萃取液中夹带的硫酸锌去除。

在本发明中，所述二级酸洗所用洗液为2.4～2.6mol/l的硫酸溶液，优选为2.5mol/l；所述二级酸洗所用洗液与萃取液的体积比优选为0.2～0.3:1，更优选为0.25:1；所述二级酸洗优选为逆流洗涤，所述逆流洗涤的级数优选为2～3级。在本发明中，所述二级酸洗可将萃取液中萃取的锌离子洗去。

本发明对所述一级酸洗和二级酸洗所用设备没有特殊限定，在本发明实施例中优选采用离心萃取机进行一级酸洗和二级酸洗。

在本发明中，所述一级酸洗和二级酸洗所得洗液可用于配制酸性浸出用硫酸溶液。

完成二级酸洗后，本发明将所述二级酸洗所得有机相与盐酸混合，进行反铁，得到低浓度三氯化铁溶液。在本发明中，盐酸的氢离子可将有机相中的铁离子置换出来，从而得到低浓度三氯化铁溶液。

在本发明中，所述盐酸的浓度优选为5.5～6.5mol/l，更优选为6mol/l。

在本发明中，所述盐酸与所述二级酸洗所得有机相的体积比优选为1:0.15～0.25，更优选为1:0.2；所述反铁的方式优选为逆流萃取，所述逆流萃取的级数优选为2～3次；本发明对所述逆流萃取的具体方式没有特殊限定，能够使每级萃取达到平衡即可；在本发明实施例中，所述逆流萃取的设备优选采用离心萃取机。

在本发明中，所述反铁的产物还包括含酸有机相，将所述含酸有机相进行水洗，得到有机相和水洗液；所述有机相用做有机萃取剂；所述水洗液用于配制盐酸。

得到低浓度氯化铁溶液后，本发明将所述低浓度三氯化铁溶液依次经浓缩、结晶、过滤和干燥，得到三氯化铁。

本发明对所述浓缩、结晶、过滤和干燥的方式没有特殊限定，能够得到恒重的三氯化铁即可。

在本发明实施例中，所述浓缩优选为将所述低浓度三氯化铁溶液加热沸腾浓缩至55～60波美度。

本发明优选将所述浓缩产生的蒸汽用水吸收，用于配制盐酸。

在本发明实施例中，所述结晶优选为冷却结晶；所述结晶的温度优选为3～7℃，更优选为5℃；所述冷却结晶的时间优选为1～2h，更优选为1h。

下面结合实施例对本发明提供的用电解锌工艺产生的废铁渣制备三氯化铁的方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

(1)将铁元素含量为14.4％的废铁渣200g与1l浓度为145g/l的硫酸混合，加热至80℃，酸性浸出2h，测得体系的ph值为2.5，然后加入100ml硫酸，继续反应1h，测得体系ph值为1.8；完成酸性浸出，过滤，得到浸出液；

(2)将浸出液用水稀释至铁元素的浓度为15g/l后，按照浸出液与有机相的体积比为1:2的比例，在离心萃取机中进行三级逆流萃取；所述有机萃取剂由体积含量为20％的p204和80％煤油组成；所述萃余液经除油后运送至电解锌车间，用于电解锌提锌；

(3)将萃取液用0.5mol/l的硫酸溶液在离心萃取机中进行八级逆流酸洗(即一级酸洗)，所述0.5mol/l的硫酸溶液与萃取液的体积比为0.25:1；然后将一级酸洗所得有机相用2.5mol/l的硫酸溶液进行二级逆流酸洗(即二级酸洗)，所述2.5mol/l的硫酸溶液与萃取液的体积比为0.25:1；将一级酸洗和二级酸洗所得洗液合并用于酸性浸出；

(4)将所述二级酸洗所得有机相与浓度为6mol/l的盐酸混合，在离心萃取机中进行三级逆流萃取(即反铁)，所述盐酸与有机相的体积比为1:0.2，得到低浓度三氯化铁溶液和含酸有机相；

(5)将所述低浓度三氯化铁溶液在沸腾条件下浓缩至浓度为55～60波美度，然后在5℃冷却1h，经过滤、干燥，得到83.62g三氯化铁；采用碘量滴定的方法测得三氯化铁的纯度为96.28％；经计算铁的回收率为96.33％；

(6)将所述含酸有机相用1l水洗涤后，用于萃取；洗涤含酸有机相所得洗液用于配制6mol/l的盐酸。

实施例2

(1)将铁元素含量为14.4％的废铁渣200g与1l浓度为145g/l的硫酸混合，加热至80℃，酸性浸出2h，测得体系的ph值为2.5，然后加入100ml硫酸，继续反应1h，测得体系ph值为1.8，完成酸性浸出，过滤得到浸出液；

(2)将浸出液用水稀释至铁元素的浓度为15g/l后，按照浸出液与有机相的体积比为1:2的比例，在离心萃取机中进行三级逆流萃取，所述有机萃取剂由体积含量为20％的p204和80％的煤油组成；所述萃取液经除油后运送至电解锌车间，用于电解提锌；

(3)将萃取液用0.5mol/l的硫酸溶液在离心萃取机中进行八级逆流酸洗(即一级酸洗)，所述0.5mol/l的硫酸溶液与萃取液的体积比为0.2:1；然后将一级酸洗所得有机相用2.5mol/l的硫酸溶液进行二级逆流酸洗(即二级酸洗)，所述2.5mol/l的硫酸溶液与萃取液的体积比为0.2:1，将一级酸洗和二级酸洗所得洗液合并用于酸性浸出；

(4)将所述二级酸洗所得有机相与浓度为6mol/l的盐酸混合，在离心萃取机中进行三级逆流萃取(即反铁)，所述盐酸与有机相的体积比为1:0.2，得到低浓度三氯化铁溶液和含酸有机相；

(5)将所述低浓度三氯化铁溶液在沸腾条件下，浓缩至浓度为55～60波美度，然后干燥83.57g三氯化铁，采用碘量滴定方法测得三氯化铁的纯度为96.02％，经计算铁的回收率为96％；

(6)将所述含酸有机相用1l水洗涤后，用于萃取；洗涤含酸有机相所得洗液用于配制6mol/l的盐酸。

实施例3

(1)将铁元素含量为14.4％的废铁渣200g与1l浓度为145g/l的硫酸混合，加热至80℃，酸性浸出2h，测得体系的ph值为2.5，然后加入100ml硫酸，继续反应1h，测得体系ph值为1.8，完成酸性浸出，过滤得到浸出液；

(2)将浸出液用水稀释至铁元素的浓度为15g/l后，按照浸出液与有机相的体积比为1:2的比例，在离心萃取机中进行三级逆流萃取，所述有机萃取剂由体积含量为20％的p204和80％的煤油组成；所述萃取液经除油后运送至电解锌车间，用于电解提锌；

(3)将萃取液用0.5mol/l的硫酸溶液在离心萃取机中进行八级逆流酸洗(即一级酸洗)，所述0.5mol/l的硫酸溶液与萃取液的体积比为0.3:1；然后将一次酸洗所得有机相用2.5mol/l的硫酸溶液进行二级逆流酸洗(即二级酸洗)，所述2.5mol/l的硫酸溶液与萃取液的体积比为0.2:1，将一级酸洗和二级酸洗所得洗液合并用于酸性浸出；

(4)将所述二级酸洗所得有机相与浓度为6mol/l的盐酸混合，在离心萃取机中进行三级逆流萃取(即反铁)，所述盐酸与有机相的体积比为1:0.2，得到低浓度三氯化铁溶液和含酸有机相；

(5)将所述低浓度三氯化铁溶液在沸腾条件下，浓缩至浓度为55～60波美度，然后干燥84.09g三氯化铁，采用碘量滴定方法测得三氯化铁的纯度为96.83％，经计算铁的回收率为97.4％。

(6)将所述含酸有机相用1l水洗涤后，用于萃取；洗涤含酸有机相所得洗液用于配制6mol/l的盐酸。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。