简介概要

湿法炼锌浸出液针铁矿法除铁晶种的制备

来源期刊:中国有色金属学报2008年增刊第1期

论文作者:邓永贵 陈启元 尹周澜 张平民

文章页码:27 - 31

关键词:针铁矿;水热法;准均相成核法;晶种

Key words:goethite; hydrothermal process; pseudo-homogeneous nucleation method; crystal seeds

摘    要:利用水热法在酸性条件下制备针铁矿晶种,经TG-DTG和XRD分析,结果表明:前驱体经80~110 ℃水热,可以制得针铁矿,且在110 ℃水热条件下,水热反应6 h所得产物结晶最好。受水热反应器限制,水热法制备的针铁矿的产量有限,若改用准均相成核法制备针铁矿晶种,可以满足湿法炼锌浸出液针铁矿法除铁所需大量晶种的要求。

Abstract: Goethite (α-FeOOH) was successfully prepared via hydrothermal method in acidic solutions. Thermogravimetry-differential thermogravimetry (TG-DTG) and X-ray diffraction (XRD) pattern indicate that the goethite crystal seed is successfully prepared from precursor via hydrothermal method in acidic solutions by hydrothermal synthesis at 80 -110 ℃, and the pure goethite with good crystal structure was prepared by hydrothermal process at 110 ℃ for 6 h. Larger amount of goethite seeds could be produced by pseudo-homogeneous nucleation method to meet the mass demand of industry to remove ferrous/ferric ions from the leaching solution in zinc hydrometallurgy.

基金信息:国家重点基础研究发展计划资助项目



详情信息展示

文章编号:1004-0609(2008)S1-0027-05

湿法炼锌浸出液针铁矿法除铁晶种的制备

邓永贵,陈启元,尹周澜,张平民

(中南大学 化学化工学院,长沙 410083)

摘  要:利用水热法在酸性条件下制备针铁矿晶种,经TG-DTG和XRD分析,结果表明:前驱体经80~110 ℃水热,可以制得针铁矿,且在110 ℃水热条件下,水热反应6 h所得产物结晶最好。受水热反应器限制,水热法制备的针铁矿的产量有限,若改用准均相成核法制备针铁矿晶种,可以满足湿法炼锌浸出液针铁矿法除铁所需大量晶种的要求。

关键词:针铁矿;水热法;准均相成核法;晶种

中图分类号:TQ 138.1       文献标识码:A

Preparation of goethite seeds for removal of ferrous/ferric ions from leaching solution of zinc in hydrometallurgy process

DENG Yong-gui, CHEN Qi-yuan, YIN Zhou-lan, ZHANG Ping-min

(School of Chemistry and Chemical Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)

Abstract: Goethite (α-FeOOH) was successfully prepared via hydrothermal method in acidic solutions. Thermogravimetry-differential thermogravimetry (TG-DTG) and X-ray diffraction (XRD) pattern indicate that the goethite crystal seed is successfully prepared from precursor via hydrothermal method in acidic solutions by hydrothermal synthesis at 80 -110 ℃, and the pure goethite with good crystal structure was prepared by hydrothermal process at 110 ℃ for 6 h. Larger amount of goethite seeds could be produced by pseudo-homogeneous nucleation method to meet the mass demand of industry to remove ferrous/ferric ions from the leaching solution in zinc hydrometallurgy.

Key words: goethite; hydrothermal process; pseudo-homogeneous nucleation method; crystal seeds

                     


湿法炼锌中焙烧或锌精矿浸出得到的ZnSO4溶液中含有大量Fe3+(或Fe2+),在电锌工艺之前,必须对铁进行处理[1-2]。现在除铁的方法有:黄钠(钾)铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法等。黄钠(钾)铁矾法应用最为广泛,但渣量比较大,渣的回收处理难;赤铁矿法能耗高;虽然针铁矿法难于工业控制,但产物针铁矿可作为二次资源使用,渣量少[3-5]。要用针铁矿法除铁,针铁矿晶种的制备显得非常重要,可采用水热法制备除铁所需针铁矿晶种。

针铁矿是含水氧化铁的主要矿物之一,常称为α型水氧化铁,它的组成为α-Fe2O3·H2O或α-FeOOH[3]。1905年SPEZIA成功地用水热法生长石英晶体,迄今用水热法制备的晶体除人造水晶外,还有很多氧化物、硫化物、复合氧化物、硅酸盐、磷酸盐等晶体[6],其中ZnO、Fe2O3和KTP(KTiOP4)等晶体[7-10]为近年来研究的热点。目前,制备针铁矿的方法大都是在碱性条件下进行,得到的产物主要作为磁性材料或者颜料使 用[11-17],而未见酸性条件下水热法制备针铁矿的报道,也没有针铁矿晶种制备的相关报道,因此,本文作者研究能够用于针铁矿法除铁所需晶种的制备方法。鉴于水热法制备的针铁矿不能满足工业需求量要求,作者探索用准均相成核法制备针铁矿。

1  实验

1.1  水热法制备针铁矿晶种的实验原理

本实验以硫酸铁为原料,在酸性条件下用双氧水把溶液中的少量二价铁氧化成三价铁,见反应式(1),采用往硫酸铁溶液中滴加氢氧化钠制备胶态氢氧化铁前驱体,见反应式(2),待反应完全后,用稀硫酸缓慢调节前驱体混合液的pH值至3~4,见反应式(3),再将前驱体混合液装入水热反应釜,前驱体在一定温度的水热作用下脱水得到针铁矿,见反应式(4)和(5)。整个过程的主要反应式如下:

1.2 实验试剂、设备和仪器

实验试剂为硫酸铁、氢氧化钠、碳酸钠、浓硫酸、双氧水、无水硫酸钠等,试剂均为分析纯。

实验采用的设备及仪器为JJ-1型电动搅拌器,PHS-25C型酸度计,TG16-WS型离心机,DHG- 9076A型鼓风干燥箱,水热反应釜,LH586-2型超级恒温槽,瑞士Mettler-Toledo公司TGA/SDTA851型热重-差热同步分析仪,X射线衍射分析采用日本理学D/max2550全自动(18 kW)转靶X射线衍射仪。

1.3  实验步骤

用适量的双氧水将硫酸铁溶液中的少量Fe2+氧化成Fe3+,在搅拌器强烈搅拌下,将48 g/L的氢氧化钠(按n(OH-):n(Fe3+)=3:1的摩尔比)滴加到浓度为11.2 g/L硫酸铁液中,即生成红棕色的氢氧化铁前驱体。取出部分前驱体混合液,离心分离,蒸馏水多次洗涤后,60 ℃鼓风干燥得到前驱体样品。以稀硫酸调节前驱体混合液的pH值至3~4,以75%填充度将前驱体混合液装入釜,置于一定温度的鼓风干燥箱加热,反应一定时间后取出反应釜,自然冷却至室温。倒出釜内液体,离心机分离,同时用蒸馏水洗涤至中性,80 ℃干燥得到产物样品。

2  结果与讨论

2.1  前驱体的表征

不同加碱速度制得前驱体的热重-微分热重分析结果如图1所示。DTG曲线显示前驱体在340 K前没有很大的吸热峰,没有出现脱物理吸附水和化学吸附水的特征峰;前驱体在350~400 K均有一个较大的吸热峰,是氢氧化铁变为氧化铁的分解吸热峰[18]。理论计算氢氧化铁受热分解的质量损失率为25.2%左右,从TG曲线得出总质量损失率为20%左右,说明在60 ℃干燥下,前驱体氢氧化铁就有部分失水,以致质量损失率比理论值低,由此更加证实前驱体氢氧化铁极易脱物理吸附水和化学吸附水。

图1  不同加碱速度所制得前驱体的TG-DTG曲线

Fig.1  TG-DTG curves of precursors prepared at different rates of alkali dripping

以不同加碱速度所制得的前驱体,其XRD谱如图2所示。尽管加碱的速度有所不同,但XRD分析氢氧化铁前驱体均为非晶态,证明碱溶液作用于三价铁得到的沉淀物为非晶态[19]

有色金属在线官网  |   会议  |   在线投稿  |   购买纸书  |   科技图书馆

中南大学出版社 主办 版权声明   电话:0731-88830515 88830516   传真:0731-88710482   Email:administrator@cnnmol.com

互联网出版许可证:新出网证(湘)字005号   湘ICP备09001153号