高鎳锍加壓浸出液磁絮凝除鐵試驗研究

雷軍鵬，鄭軍福，閆剛剛

(金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737104)

高鎳锍加壓浸出液磁絮凝除鐵試驗研究

雷軍鵬，鄭軍福，閆剛剛

(金川集團股份有限公司，甘肅 金昌 737104)

研究了采用磁絮凝法從高硫鎳加壓浸出硫酸鎳溶液中分離鐵，考察了反應溫度、溶液pH、反應時間、磁種種類、磁種用量對鐵去除率的影響。結果表明，適宜條件下，除鐵后液中鐵質量濃度低于0.5 g/L，鐵渣洗滌后鐵質量分數大于50%，鎳質量分數小于1%。采用磁絮凝除鐵技術可以形成粒度大、結晶良好、含鐵較高的類針鐵礦渣，該鐵礦渣可作為鋼鐵冶煉原料。

高鎳锍;磁絮凝；加壓浸出液；鐵；去除

鐵是常見的雜質元素，高效除鐵是濕法冶煉過程中需要面對的最現實也最具挑戰性的課題之一。選擇性加壓酸浸處理高鎳锍工藝成熟，但高鎳锍中通常含有一定量銅和鐵，在加壓浸出鎳過程中，鐵部分被浸出。浸出液中鐵含量過高會導致鐵在整個加壓體系中循環，對實際生產造成嚴重影響。就含銅、鋅、鈷、鎳等金屬的硫酸鹽體系來說，一般采用沉淀法除鐵，沉鐵法大致分為黃鐵礬法、針鐵礦法、磁鐵礦法、赤鐵礦法、氫氧化鐵法[1-6]。這些方法產出的鐵渣含鐵量低、過濾性較差，只能作為一種中間產物返回火法處理，增加了整個系統的負擔和成本。

針對上述問題，研究了一種適合從高鎳锍加壓浸出液中除鐵的新工藝。該工藝有望將體系中的鐵作為中間產品開路，從而提高鎳浸出率及鐵綜合利用率，降低生產成本。

1 試驗部分

1.1 試驗原料與設備

加壓浸出液取自某企業電解車間，其典型成分見表1。

表1 加壓浸出液典型成分 g/L

試驗所用設備：1臺帶水浴加熱的雙層玻璃攪拌釜，臺式pH計，蠕動泵，真空抽濾泵。

1.2 試驗方法與原理

加壓浸出液磁流體除鐵試驗流程如下：先加入10 L去離子水作為底液，調pH至3.0；加壓浸出液和氧化劑分別用蠕動泵按一定速率泵入雙層玻璃反應釜中，加入改性磁種，同時加入中和劑碳酸鈉或碳酸鎳，保證反應pH穩定；反應結束后，向5 L燒杯中倒入除鐵后液，攪拌2 min后靜止10 min，觀察渣層厚度，判斷沉降性能；水解結束后，真空抽濾固液分離，濾后鐵渣經熱酸洗滌后烘干脫水，得到二次鐵渣。試驗裝置如圖1所示。

圖1 磁絮凝除鐵試驗裝置

針鐵礦法適用于多種酸性介質浸出液，可在常壓、較低溫度下進行，廣泛應用于含鋅、錳、鎳等溶液除鐵。針鐵礦的形成反應為

(1)

針鐵礦FeO(OH)包括α-FeO(OH)、β-FeO(OH)2種形式：在硫酸介質中，為α-FeO(OH)；在鹽酸介質中，為β-FeO(OH)。針鐵礦法沉鐵要求溶液中Fe3+質量濃度必須小于1 g/L[7]。

磁絮凝除鐵原理與針鐵礦法原理類似，不同之處在于前者引入磁種參與反應。類針鐵礦沉淀，結晶反應速度快、類針鐵礦溶度積小，導致其在溶液中嚴重過飽和，晶體易以初級成核方式結晶析出，形成大量細小晶粒。為促進類針鐵礦結晶、生長，提高其二次成核速率，使類針鐵礦以較大粒度結晶沉淀，需要加入大量晶種，誘導類針鐵礦在其表面結晶生長。當大量晶種存在時，Fe3+迅速吸附在晶種表面，并快速水解形成新的晶核，發生二次成核，或直接長大形成大晶體。反應式為：

(2)

(3)

生成的晶核之間發生附聚或團聚，并重結晶成大晶體，或者在二次成核過程中不斷消耗鐵離子，使晶核直接長成大晶體。在結晶沉淀過程中，微細晶粒熟化并聚集成晶簇。晶簇不斷聚合長大形成結晶良好的類針鐵礦。

2 試驗結果與討論

2.1 溶液pH對磁絮凝除鐵的影響

Fe3+的水解與溶液pH直接相關，在試驗條件下，pH對磁絮凝除鐵后液Fe3+質量濃度及渣中Fe3+質量分數的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 溶液pH對磁絮凝除鐵效果的影響

由圖2看出：隨溶液pH升高，除鐵后液Fe3+質量濃度降低，渣中Fe3+質量分數升高；pH在 2.25～3.0之間，渣中Fe3+質量分數迅速升高至50%，之后略有下降；在試驗pH范圍內，除鐵后液Fe3+質量濃度始終小于1 g/L。反應之后，除鐵后液靜止10 min，在5 L燒杯中渣層分別為1.48、1.10、0.40、0.50、0.65 L，表明隨溶液pH升高，Fe3+水解產物無定形度降低、結晶度升高；但pH超過3.25后，鐵渣沉降性能及過濾性能反而下降。

渣中Fe3+質量分數與渣沉降性能表現出明顯的正相關性，渣中Fe3+質量分數越高，渣沉降性能越好。在較低pH條件下，水解形成無定形多聚物，結晶度差、對鎳離子吸附嚴重、含水量高；在較高pH條件下，有微細顆粒出現，影響沉降性能。因此，確定適宜的溶液pH為3.0～3.5。

2.2 反應溫度對磁絮凝除鐵的影響

溶液pH控制在3.0～3.5之間，反應溫度對磁絮凝除鐵后液Fe3+質量濃度及渣中鐵質量分數的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 反應溫度對磁絮凝除鐵效果的影響

由圖3看出，隨溫度升高，除鐵后液Fe3+質量濃度降低，渣中Fe3+質量分數升高。反應后，除鐵后液靜止10 min，5 L燒杯中渣層體積分別為1.30、1.15、0.50、0.40、0.65 L。表明反應溫度對鐵離子水解沉淀影響較大，升溫有利于Fe3+水解沉淀，有效縮短水解多聚反應時間和陳化過程，促進水解產物結晶。隨溫度升高，鐵渣無定形度降低，沉降性能及過濾性能得到明顯改善，沉降層含水量低、壓縮緊密。所以，磁絮凝除鐵的適宜溫度為70～80 ℃。

2.3 反應時間對磁絮凝除鐵的影響

反應時間直接影響除鐵工藝的經濟性。在70～80 ℃條件下，控制溶液pH為3.0～3.5，考察反應時間對磁絮凝除鐵后液Fe3+質量濃度及渣中鐵質量分數的影響，試驗結果如圖4所示。

圖4 反應時間對磁絮凝除鐵效果的影響

由圖4看出，隨反應時間延長，除鐵后液Fe3+質量濃度明顯降低，但渣中Fe3+質量分數變化很小。反應不同時間后靜止10 min，5 L燒杯中渣層體積分別為0.52、0.50、0.40、0.30、0.33、0.30 mL，表明Fe3+水解產生結晶較好的沉淀物，其沉降性能及過濾性能都較好，鐵渣中Fe3+質量分數高于50%，Ni質量分數低于1%，說明磁流體除鐵工藝對于反應時間具有較好的適應性，因此確定適宜的反應時間為60～90 min。

2.4 改性磁種用量對磁絮凝除鐵的影響

改性磁種是磁流體除鐵工藝的關鍵，改性磁種表面活性點為Fe3+水解產物提供晶核并促進其結晶長大，從而保證鐵渣具有較大的顆粒粒度，同時磁性晶核能賦予顆粒較強的磁性，可以促進顆粒間團聚。

控制溶液pH為3.0～3.5，在70～80 ℃條件下反應60 min，改性磁種用量對磁絮凝除鐵后液鐵質量濃度及渣中鐵質量分數的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 改性磁種用量對磁絮凝除鐵效果的影響

由圖5看出：隨改性磁種用量增加，除鐵后液Fe3+質量濃度波動明顯，但總體呈下降趨勢；渣中Fe3+質量分數隨改性磁種用量增加先升高，在改性磁種用量為0.4后開始下降。

隨磁種用量增加，除鐵后液靜止10 min后，5 L燒杯中渣層體積分別為1.00、0.90、0.75、0.40、0.30 L，表明隨改性磁種用量增大，渣中Fe3+質量分數明顯增大，水解產物結晶程度提高，沉降加快，壓縮層更加緊密。因此，確定改性磁種用量以鐵渣質量的1/3～1/2較為適宜。

磁性晶核種類對鐵渣的生成有重要影響。其他條件相同，分別以改性磁種、改性爐渣、爐渣作晶核，鐵渣在5 L燒杯內的沉降試驗結果如圖6所示。

圖6 不同磁性晶核對除鐵后液中鐵渣沉降性能的影響

由圖6看出：自然條件下，晶核的加入增大了顆粒粒度，使鐵渣沉降速率極大地提高，而且沉降層壓縮緊密、含水量低；其中，以改性磁種作磁種形成的鐵渣表現最為顯著，30 min即可沉降完全。對于二段加壓浸出液以改性磁種或改性鎳爐渣作磁性晶核均能取得良好的凈化效果，但鎳爐渣自身鐵含量較低(鐵質量分數為40%左右)，導致鐵渣品位較低(40%～45%)，因此，試驗確定選用改性磁種作為磁性晶核。

3 結論

采用磁絮凝除鐵法去除加壓浸出液中的鐵效果較好，工藝上是可行的。在溶液pH 為3.0～3.5、反應溫度70～80 ℃、反應時間1～2 h，改性磁種用量為鐵渣質量的1/3～1/2條件下，可獲得良好的除鐵效果。凈化處理后，除鐵后液中鐵質量濃度小于0.5 g/L，所得鐵渣中鐵質量分數大于50%，鎳質量分數小于1%。采用磁絮凝除鐵工藝，可以加速浸出液中鐵的分離，改善鐵渣過濾性能，降低鐵渣吸附、夾帶，提高鐵渣中鐵品位，使鐵渣有望作為單獨產品開路，為進一步提高浸出率創造條件。

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Removal of Iron From Leaching Liquor of High Nickel Matte by Magnetic Flocculation

LEI Junpeng，ZHENG Junfu，YAN Ganggang

(JinchuanGroupCo.，Ltd.，Jinchang737104)

Removal of iron from sulfuric acid leaching liquor of high nickel matte was investigated by magnetic flocculation process.The effects of reaction temperature，solution pH，reaction time，the type and usage of magnetic seed on removal of iron were examined.The results show that under the appropriate conditions，the Fe3+concentration in sulfate leaching liquor is less than 0.5 g/L，the Fe3+content is greater than 50% and Ni content is less than 1% in the Fe3+slag.The iron slag with larger grain size，well-crystallized and high Fe3+content is obtained and is expected as the materials for steel smelting.

high nickel matte;magnetic flocculation；sulfuric acid leaching liquor；iron；removal

2016-12-02

雷軍鵬(1975-)，男，甘肅寧縣人，博士，工程師，主要研究方向為金屬材料及鎳鈷冶金。

TF803.25

A

1009-2617(2017)04-0342-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.04.020