濕法冶金過程除鐵凈化技術(shù)的應(yīng)用研究進展

白 健，楊 磊，徐 靚，趙宇航，孫華寧

（1.神華準(zhǔn)能資源綜合開發(fā)有限公司研發(fā)中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 010300；2.中國石油規(guī)劃總院煉化信息技術(shù)部，北京 100089）

1 濕法冶金物料雜質(zhì)的危害

濕法冶金工藝在獲取目標(biāo)金屬的同時會將其他金屬元素協(xié)同浸取，協(xié)同浸取出的鐵離子會導(dǎo)致粗液中的鐵離子超出規(guī)定的含量，制約了濕法冶金各工序工藝的正常運行，致使冶煉的物質(zhì)不合格不達(dá)標(biāo)，影響冶金產(chǎn)品的質(zhì)量，同時還延長生產(chǎn)的時間，減少了產(chǎn)量，增加了生產(chǎn)成本。例如氧化鋁冶金生產(chǎn)過程中，如果粗液中鐵含量偏高，在蒸發(fā)結(jié)晶過程中母液多次循環(huán)，引起鐵離子富集，當(dāng)母液中雜質(zhì)離子達(dá)到一定程度時，將影響最終產(chǎn)品品質(zhì)，無法繼續(xù)循環(huán)利用，需將其外排，會造成一定量的氧化鋁損失。

2 濕法冶金物料除雜技術(shù)進展

2.1 微生物除鐵技術(shù)

微生物很難用肉眼觀察到，包括細(xì)菌、真菌等，具有體積小表面積大的特點。微生物主要以碳源氮源以及水和無機鹽為主要營養(yǎng)物質(zhì)。工業(yè)微生物可應(yīng)用于冶金、輕工業(yè)等領(lǐng)域，比如微生物可以氧化吸附鐵元素，根據(jù)這一特性可用于工業(yè)生產(chǎn)。

趙雪孫等[1]采用黑曲霉對煤系高嶺土制備料漿進行除鐵實驗研究。將黑曲霉菌液加入到7.5g 煤系高嶺土礦漿中，進行不同數(shù)量黑曲霉、不同礦漿濃度、不同溫度、時間去除礦漿Fe3+單因素優(yōu)化實驗研究。最終確定最優(yōu)去除Fe3+條件為：黑曲霉接種量為10mL，煤系高嶺土礦漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，28℃恒溫，培養(yǎng)時間7d，F(xiàn)e3+的去除效率可以達(dá)到65.72%。

劉澤群等進行了低溫復(fù)合產(chǎn)絮菌去粗鐵離子實驗研究。開展了H8H13DN1DG2不同排列組合復(fù)合絮凝菌去除實驗。對比研究了Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+四種離子去除效果。其中Fe2+去除效果最佳，Mn2+去除效果最差。將復(fù)合絮凝細(xì)菌固定化小球（絮凝細(xì)菌含量5%）投加到除鐵實驗裝置中，鐵離子的去除率可達(dá)到80%以上。研究結(jié)果表明復(fù)合生物絮凝劑具有吸附量高、吸附速度快鐵離子去除效率高的特性。

2.2 磁選除鐵技術(shù)

磁選法是利用礦石中鐵礦物磁性的不同來達(dá)到分選的目的，從而制定相應(yīng)的選礦流程。我國鋁土礦資源短缺，其中有部分高鐵鋁土礦，其氧化鐵及其他氧化物含量超過15%，在應(yīng)用上有很大的局限性，因此，需要開展磁選法預(yù)除鐵。

謝武明等采用磁選法開展了高鐵鋁土礦鐵的去除實驗研究。將鋁土礦與助劑按一定配比混勻，在剛玉坩堝中封蓋800℃焙燒，恒溫一段時間在缺氧狀態(tài)下冷卻磨細(xì)。磨后樣品用磁選管磁選，實驗研究了磁場強度、研磨粒徑、反應(yīng)時間、溫度及還原劑投加量對磁選除鐵效果的影響。從50kA/m 升高到200kA/m，鋁土礦鐵去除率從53.0%上升到 86.8%，但是鋁土礦鋁回收率從90.5%下降到80.4%，優(yōu)化實驗條件后，磁選磁場強度150kA/m 獲得鐵精礦鐵品位為 63.2%，鐵去除率為89.8%，此時鐵鋁分離效果很好。

鄭慧慧進行了類似的實驗研究。主要研究了磨礦細(xì)度、磁選強度等實驗條件。當(dāng)磨礦細(xì)度為0.074mm 占91.30%時，經(jīng)過粗選磁場強度0.7T、精選磁場強度1.5T 時，原礦中全鐵含量從1.72%下降為1.08%，鐵去除率為37.29%。

2.3 沉淀除鐵技術(shù)

沉淀法是利用沉淀反應(yīng)原理，將被去除元素轉(zhuǎn)化為難溶物，以沉淀形式從溶液中分離出來的方法，沉淀除鐵主要有無機沉淀和有機絡(luò)合沉淀法。張賀杰等報道了原位中和沉淀法脫出錳冶金浸出液中鐵和鋁的相關(guān)研究。將目前常用方法中首先將MnSO4浸出液中二價鐵離再氧化為三價鐵離子，然后調(diào)節(jié)pH 至6～7，將Fe3+生成 Fe（OH）3，這種工藝除鐵效率高，但在調(diào)節(jié)酸度過程中容易生成膠體溶液，過濾困難。原位中和沉淀法采用氨水作為調(diào)節(jié)劑，可將Fe（OH）3直接轉(zhuǎn)變?yōu)棣?FeOOH，構(gòu)建了一套可控制MnSO4浸出液中鐵和鋁成核和長大過程的原位中和沉淀體系，并在錳冶金行業(yè)成功應(yīng)用。同時解決了過濾性差，濾餅夾帶錳離子的問題。該法脫除鐵后溶液鐵離子濃度可達(dá)到 0.1mg/L 以下，完全可以滿足凈化工藝的要求。

朱肖鋒采用有機沉淀劑除去溶液硫酸鋁中的鐵離子，達(dá)到提純液體硫酸鋁的目的。研究了沉淀劑加入量、操作溫度、反應(yīng)時間等實驗條件。實驗結(jié)果說明，當(dāng)在沉淀劑與和硫酸鋁溶液質(zhì)量比為 8×10-2，反應(yīng)溫度 25 ℃，反應(yīng)時間為60 -75min 時，鐵離子含量可降到30×10-6（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），可以滿足生產(chǎn)的需要。

2.4 樹脂除鐵技術(shù)

粉煤灰主要成分組成為：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，2019年我國粉煤灰排放量約8億t。粉煤灰中含有大量有價元素，可以作為一種礦物進行利用。粉煤灰用鹽酸浸出氧化鋁的同時大部分Fe3+被浸出，研究者采用離子交換樹脂可有效吸附鐵離子，實現(xiàn)了鐵鋁有效分離，有利于粉煤灰的綜合利用。

張強采用陰離子交換樹脂進行了除鐵實驗研究。開展了不同種類樹脂、不同還原劑絡(luò)合劑及加入量、洗脫再生實驗、樹脂飽和吸附量研究。研究結(jié)果表明，增加還原劑、絡(luò)合劑可有效提高樹脂吸附Fe3+的能力。采用1mol/L鹽酸作為溶液洗脫，用去離子水浸泡洗滌，最終pH 控制到3.0，可以實現(xiàn)樹脂有效再生。除此之外，貴州理工學(xué)院與中科院地球化學(xué)所進行了高鐵鹽酸溶液除鐵技術(shù)大量的研究工作。采用LSD396螯合樹脂作為除鐵樹脂，分析了樹脂用量、吸附溫度、吸附時間對吸附性能的影響。實驗結(jié)果表明，當(dāng)樹脂用量為0.6g/ml、溫度45℃、吸附時間選擇2h，振蕩頻率 120r/min，鐵離子的去除率大于99%。

2.5 萃取除鐵技術(shù)

萃取法除鐵是利用 Fe3+在不同溶劑中溶解度的不同而實現(xiàn)分離除鐵方法。萃取除鐵具有選擇性高、能耗低、萃取劑可回收利用和污染少等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)。

馮振華等報道萃取法從碲鉍礦溶液中分離鐵離子與碲離子的實驗研究工作。研究了異丙醚、磷酸三丁脂為主要有機萃取相，優(yōu)化了溶液酸度、相比、萃取時間、反萃相、反萃相比等實驗參數(shù)。鐵離子萃取的最佳條件為：溶液控制酸度為7.2mol/L；萃取相比為3 ∶4；萃取時間1.5min；反萃液選用蒸餾水，反萃時間1min；反萃相比1 ∶1；此時Fe3+的萃取率為99.92%。對于萃取級數(shù)的確定，需要根據(jù)萃取相比、萃取率來確定。

沈瑋等采用萃取法開展了硫酸鋁中鐵離子去除實驗。采用烷基結(jié)構(gòu)的磷酸單烷基酯作為萃取劑，討論了酸度、平衡時間、操作方式等影響因素。實驗結(jié)果表明，用P538煤油溶液進行三級逆流萃取，將硫酸酸度控制在0.5mol/L，反萃液4mol/L 硫酸，鐵離子萃取率在99.5%，再經(jīng)過濃縮結(jié)晶，最終得到的硫酸鋁滿足行業(yè)優(yōu)級品標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)束語

綜上所述，目前冶金過程除鐵工藝技術(shù)各有利弊，但是樹脂法和萃取法具有很大的應(yīng)用前景，應(yīng)繼續(xù)加大研究力度，不斷創(chuàng)新改革現(xiàn)有工藝技術(shù)，開發(fā)優(yōu)化新的方法，最終獲得工藝簡單、效率高、生產(chǎn)成本低廉、自動化程度高的除鐵工藝，為我國濕法冶金工業(yè)做出更大的貢獻。