针铁矿法除铁及其在湿法冶金中的应用
摘要:从酸性溶液中除铁是湿法冶金工艺中普遍存在的问题，针铁矿法除铁是一种有效且获得工业应用的除铁方法。简述了针铁矿法除铁原理，介绍了其在锌、铜、镍、锰湿法冶炼领域中的应用状况，指出该技术存在的问题及需要改进的方向。（CWL-N离心萃取机针铁矿法除铁及其在湿法冶金中的应用）
作为地壳中最为丰富的元素之一，铁是包括铜、镍、锌等有色金属矿石在内的多种矿物的主要组成元素之一，其常作为杂质存在，所以在有色金属冶炼领域除铁是一个普遍问题，尤其是在湿法冶金过程中，如何有效且经济地控制、分离和利用铁，是一个常见而又棘手的难题。
沉淀法是重要的湿法除铁方法之一，而针铁矿法是其中一种有效的除铁方法。该法由比利时老山公司最先研发成功，1970年即开始工业化应用。针铁矿法的优点是在常压和较低温度下应用，工艺设备简单，除铁成本较低;铁沉降物呈结晶态，过滤性能良好;沉淀渣较少且渣中含铁高，经适当处理可作为炼铁原料。多年来，针铁矿法除铁己得到广泛研究及应用。本文概述了其在湿法冶金过程中的研究和应用状况。（CWL-N离心萃取机针铁矿法除铁及其在湿法冶金中的应用）
1针铁矿的形成和除铁原理
针铁矿是含水氧化铁的主要矿物之一，一般称为。型一水氧化铁，其组成为。针铁矿法除铁是使溶液中的Fe3+形成与天然针铁矿在结晶和化学成分上相同的化合物沉淀，反应式为
Fe3++2 H2O=FeOOH+3H+
在酸度不高、温度不高于140℃条件下，根据热力学数据，Fe3+的水解产物应是针铁矿而不是胶状氢氧化铁，但当溶液中pH较大、同时Fe3+浓度较高时，水解产物大多是或都是不易过滤的胶状氢氧化铁川。因此，为了避免在针铁矿法除铁过程中产生胶体Fe(OH)3，必须严格控制溶液的pH和Fe3+浓度。
实际上，针铁矿法除铁主要是两条途径，即部分水解法和还原氧化法。
部分水解法是将含Fe3+的溶液缓慢而均匀地加入到具备水解条件的溶液中，加入速度要不大于Fe3+的水解速度，使铁以针铁矿形成沉淀。
还原氧化法则是先将Fe+还原成Fe2+，然后在水解条件下再将Fe2+缓慢氧化为Fe+，为了控制溶液中Fe+的浓度，氧化速度不能大于其水解速度。实际反应为
2 Fe2++1/2O2+3H2O=2FeOOH+4H+。
由于针铁矿沉淀形成的同时伴随着酸度的提高，因而无论是部分水解法还是还原氧化法，都必须加入碱性物质中和，以控制pH的变化。
2针铁矿法除铁在湿法冶金中的应用
2. 1在湿法炼锌中的应用
在湿法炼锌工艺中，锌的浸出常采用二段浸出法，即一段中性浸出和一段酸性浸出。锌焙砂中约有10%的锌呈铁酸锌(ZnFe2O4)形式存在，中性浸出很难将其溶解，所以中性浸出渣需用热酸再次浸出，将铁酸锌溶解。锌浸出的同时，大量铁也进入到浸出液中。（CWL-N离心萃取机针铁矿法除铁及其在湿法冶金中的应用）
某公司于20世纪60年代末研发出热酸浸出液中针铁矿法除铁工艺，随后用于工业生产。该法(简称V. M法)先用过量15%一20%的闪锌矿(ZnS)将浸出液中的Fe3+还原为Fe2+，再用空气将Fe2+缓慢氧化为Fe3+，使铁以针铁矿沉淀形式除去。为保证针铁矿的形成反应顺利进行，溶液控制条件为Fe3+质量浓度不大于1 g/I.，温度80~90 ℃ , pH 2~3，用锌焙砂作中和剂调节溶液pH.
为了避免V. M法中的还原、氧化两步简化除铁工艺，某公司提出了部分水解法(即E. Z法)除铁。该法是将含大量Fe3+的溶液连续注入到一个大的反应器中，通过稀释使其中Fe3+质量浓度低于1 g/I.，在pH1. 7~3. 5、温度50~95℃条件下，使生成针铁矿，余酸用焙砂中和。
王某研发的喷淋沉淀除铁工艺己成功应用于湿法炼锌生产中。该工艺将含较高浓度三价铁的溶液，通过管型环状的布液装置向预先加有低浓度铁的沉铁槽液面喷洒，沉铁槽内设有机械搅拌装置，控制喷入的三价铁的量与生成FeOOH结晶沉淀物所需三价铁的量相平衡，使沉铁槽内三价铁质量浓度始终稳定在低于1 g/I、的水平。沉铁槽内的溶液通过虹吸由溢流口排出，构成开路循环。调节焙砂的加入量，控制槽内溶液pH在3. 0~4. 0范围内，温度由间接加热的蒸气盘管控制在85 ~90℃之间，平均除铁率可达94. 84 %
针铁矿的形成一般要求体系中的Fe3十质量浓度低于1 g/I.，为了在较大Fe3+质量浓度范围内仍然可利用针铁矿法除铁，邓某采用微分反应装置进行针铁矿法除铁研究，结果表明，采用微分反应器可使体系中Fe3+质量浓度范围扩大。但同时发现，针铁矿晶种对除铁效果有较大影响:在pH = 2. 5、体系中有大量晶种存在条件下，除铁率可达99. 74%，而无晶种时，除铁率仅为90%（CWL-N离心萃取机针铁矿法除铁及其在湿法冶金中的应用）
2. 2在湿法炼铜中的应用
浸出一萃取一电积工艺是目前湿法炼铜的主要工艺。通常浸出液中铜质量浓度较低((1~6 g/L)，铁是其中的主要杂质。铜溶液中的铜铁分离及铜的富集可用溶剂萃取法实现。萃取铜时，铁的存在对萃取剂的选择性和铜的萃取速率有较大影响川。铁在电解液中积累也会降低铜电积时的电流效率。
采用氯化铜浸出黄铜矿，得到含一价铜和二价铁的浸出液。然后将浸出液分成两部分，一部分进行萃取一电积得到阴极铜;另一部分用空气氧化，在pH 1~3、温度大于90℃条件下将一价铜和二价铁分别氧化为二价铜和三价铁，三价铁以针铁矿沉淀形式除去，溶液返回作为浸出剂。化学反应为:
CuFeS2+3CuCl2=4CuCl+ FeCl2+2 S0
2 Fe2++4Cu++3/2O2+H2O=2FeOOH+4Cu2+。
吴某等采用��次逆流浸出方式处理氧化铜矿，通过分析空气氧化低价铁的反应机制、动力学及针铁矿形成机制，将浸出液pH控制在3. 5~4. 0范围内，经过空气氧化形成针铁矿，浸出液中铁质量浓度从12. 57 g/I、降低到0. 45 g/L。
钱某等对Fe3+质量浓度为21. 76 g/I、的铜镍合金的氯化浸出液进行针铁矿法除铁研究，用SO2还原Fe3+，还原程度通过控制溶液电位加以控制，用空气作氧化剂氧化Fe2+。研究表明:溶液pH越高，Fe2+的氧化反应速度越快，pH＜1.9时，Fe2+的空气氧化很慢;而当溶液温度为80~90℃时，用Na2CO3将pH调高到3. 5 ~4. 0时，Fe2+很容易被氧化并形成声FeOOH而沉淀;若在Na2 CO3溶液中加入适量氯酸钠，则Fe2+的氧化速率提高。实验室试验和工厂扩大试验均表明，该法除铁效果较好，除铁后液中Fe质量浓度在0. 02 g/L、以下，除铁率达99. 9%，铁渣中铜损失率为0.23%（CWL-N离心萃取机针铁矿法除铁及其在湿法冶金中的应用）
2. 3在湿法炼钻镍中的应用
在镍钻湿法生产过程中，必须包括去除杂质工序。
Chang等研究了采用针铁矿沉淀法从镍红土矿酸性浸出液中除铁。由于镍红土矿在浸出前进行了还原预处理，浸出液中的铁以亚铁离子形式存在，除铁时，以二价铜离子为催化剂，空气为氧化剂，先将Fe2+氧化成Fe3+然后在95℃ ,pH＜6条件下，Fe3+以针铁矿形式沉淀去除，浸出液中铁质量浓度从14. 0 g/L、降至1. 0 g/L以下。溶液pH用碳酸镁控制。研究还指出，pH对二价铁氧化速率和镍在铁渣中的损失有显著影响，提高pH可提高二价铁的氧化速率，但会导致镍有更多损失。
镍电解时，阳极液需净化除铁后才能作为阴极新液返回电解工序。何某等对镍电解阳极液中的铁采用针铁矿法去除铁，结果表明:以氯酸钠为氧化剂，pH越高，除铁效果越好;升高温度，有利于针铁矿的生成。最优除铁条件为:温度9 5℃，终点pH为3. 5 ,氯酸钠质量浓度1 g/L，中和剂Na2CO
