黎氏琼春等：铁矾渣微波硫酸化焙烧水浸液的深度除铁 ·1139· 法炼锌治炼厂普遍采用黄铁矾法来脱除浸出液中的 铁矾渣 硫酸 铁.该方法虽然具有设备操作简单、生产成本低等优 点，但也存在产生大量难以处理、有毒的危险固体废弃 微波焙烧 物，即铁矾渣田的缺点.一个年产10万t的电锌厂，年 可产出铁矾渣约为7~8万0.据统计，我国每年可 水浸 产出铁矾渣量数百万【.截止目前，我国各地所堆存的 铁矾渣总量超过了数千万.这些铁矾渣如果不加以 针铁矿品种制备 固液分离 处理和利用而长期堆放，不仅会占用大量土地资源，还 品种 浸出液 浸出渣 会由于其中含镉、铅剧毒元素和其他重金属具有水溶 (回收Ph和Ag 性而造成土壤、地下水等严重污染5( 除铁反应 昆明理工大学巨少华等利用微波能具有选择性加 ★ 热物料、升温速率快、加热效率高、对治金反应有促进 陈化 作用、可降低治金反应的温度等特点，开发了微波硫酸 周液分离 化焙烧一水浸处理铁矾渣的一种清洁的综合利用铁矾 渣的方法切.利用微波能在200~300℃低温下硫酸化 含铁沉淀渣 滤液 焙烧约30min,再进行简单的水浸，使铁矾渣中有价金 图1实验工艺流程图 Fig.1 Principal flow chart of experiment for iron removal 属如锌、铟和铜进入滤液中，而使P卧和Ag富集到浸出 表2浸出液的主要成分 渣中，使有价金属得到清洁的回收利用.在该水浸液 Table 2 Main chemical composition of the leaching solution 除铁过程中，采取了针铁矿法除铁工艺，该工艺具有试 8L1 剂消耗量少、结晶体大、易于澄清过滤、夹带金属离子 少、除铁效果好等优点-回 Fe Zn Cu Ag' Pb Cd 52.679.84 0.66 43.40.07719.8 本文主要研究上述工艺中浸出液除铁的优化工艺 注：‘单位为mgL 条件，探究了反应H值、浸出液单次滴加量、浸出液 中铁含量等因素对除铁效果的影响. 1.3针铁矿法除铁 (1)晶种制备.以Fe2(S0,),溶液(Fe3·质量浓度 1实验 为14gL)为原料液，pH值为2~3的0.01molL1 1.1实验试剂和原理 的Na,S0,溶液为底液.把200mLN,S0,底液装入三 铁矾渣来自于陕西省一家湿法炼锌厂的热酸浸 口烧瓶里，开始加热，缓慢搅拌.等温度恒定80℃后， 出-铁矾除铁工艺，其化学成分如表1所示 加快搅拌速度.量取2mL的Fe2(SO,),原料液一次性 快速加入烧瓶的底液中.反应一段时间后，用搅拌玻 表1铁矾渣主要化学成分（质量分数） Table 1 Main chemical composition of jarosite residue 璃棒取样，降至室温后用pH试纸测量其pH值.根据 pH值变化，用Na,CO,粉调节混合液pH在2~3.每间 Fe Zn Cu Cd Pb Ag" In' 隔5min加一次原料液.总实验时间为5h.实验完毕 19.794.550.150.127.3710.65427.592.5 后，把温度降低到50℃，搅拌速度降低一半让反应体 注：单位为g1. 系陈化2h.过滤，洗涤得到滤饼.将滤饼放入80℃鼓 实验试剂为硫酸铁、碳酸钠、浓硫酸、无水硫酸钠 风干燥箱中干燥 等，试剂均为分析纯.实验工艺流程图如图1所示 (2)除铁实验.取一定体积的0.01mol·L1 1.2微波硫酸化焙烧一水浸实验 Na,S0,溶液（或者130gL1ZnS0,溶液），加入一定量 铁矾渣不需要经过干燥处理，放入烧杯中与硫酸 的针铁矿晶种倒入三口烧瓶中做底液，用稀硫酸调节 混合均匀，置于微波中进行焙烧.浓硫酸(90%)与铁 pH值.开始加热，缓慢搅拌.等温度恒定后，量取一定 矾渣质量比为0.36：1，微波焙烧温度为250℃，保温时 量待除铁浸出液一次性倒入底液中.反应一段时间， 间为30min.然后在50℃下水溶液搅拌浸出1h,液固 取出混合液，用pH试纸测量其pH值.后边实验部分 比（体积：质量）为4：1mL:g再经固液分离得到的滤液 跟晶种制备的实验完全一样. 作为待除铁液（浸出液）.分析Fe、Zn和Cu的浸出率 2结果与分析 分别可以达到89.4%、80.7%和90.7%.浸出液中铁 以三价形式存在，Fe3]=52.67gL.浸出液的主2.1晶种制备 要成分如表2所示. 采用如上述方法制备晶种，对制备出的晶种进行黎氏琼春等: 铁矾渣微波硫酸化焙烧水浸液的深度除铁 法炼锌冶炼厂普遍采用黄铁矾法来脱除浸出液中的 铁． 该方法虽然具有设备操作简单、生产成本低等优 点，但也存在产生大量难以处理、有毒的危险固体废弃 物，即铁矾渣［3］的缺点． 一个年产 10 万 t 的电锌厂，年 可产出铁矾渣约为 7 ～ 8 万 t ［4］． 据统计，我国每年可 产出铁矾渣量数百万 t． 截止目前，我国各地所堆存的 铁矾渣总量超过了数千万 t． 这些铁矾渣如果不加以 处理和利用而长期堆放，不仅会占用大量土地资源，还 会由于其中含镉、铅剧毒元素和其他重金属具有水溶 性而造成土壤、地下水等严重污染［5 － 6］． 昆明理工大学巨少华等利用微波能具有选择性加 热物料、升温速率快、加热效率高、对冶金反应有促进 作用、可降低冶金反应的温度等特点，开发了微波硫酸 化焙烧--水浸处理铁矾渣的一种清洁的综合利用铁矾 渣的方法［7］． 利用微波能在200 ～ 300 ℃低温下硫酸化 焙烧约 30 min，再进行简单的水浸，使铁矾渣中有价金 属如锌、铟和铜进入滤液中，而使 Pb 和 Ag 富集到浸出 渣中，使有价金属得到清洁的回收利用． 在该水浸液 除铁过程中，采取了针铁矿法除铁工艺，该工艺具有试 剂消耗量少、结晶体大、易于澄清过滤、夹带金属离子 少、除铁效果好等优点［8 － 10］． 本文主要研究上述工艺中浸出液除铁的优化工艺 条件，探究了反应 pH 值、浸出液单次滴加量、浸出液 中铁含量等因素对除铁效果的影响． 1 实验 1. 1 实验试剂和原理 铁矾渣来自于陕西省一家湿法炼锌厂的热酸浸 出--铁矾除铁工艺，其化学成分如表 1 所示． 表 1 铁矾渣主要化学成分( 质量分数) Table 1 Main chemical composition of jarosite residue % Fe Zn Cu Cd Pb S Ag* In* 19. 79 4. 55 0. 15 0. 12 7. 37 10. 65 427. 5 92. 5 注: * 单位为 g·t － 1 ． 实验试剂为硫酸铁、碳酸钠、浓硫酸、无水硫酸钠 等，试剂均为分析纯． 实验工艺流程图如图 1 所示． 1. 2 微波硫酸化焙烧--水浸实验 铁矾渣不需要经过干燥处理，放入烧杯中与硫酸 混合均匀，置于微波中进行焙烧． 浓硫酸( 90% ) 与铁 矾渣质量比为 0. 36∶ 1，微波焙烧温度为 250 ℃，保温时 间为 30 min． 然后在 50 ℃下水溶液搅拌浸出 1 h，液固 比( 体积∶ 质量) 为 4∶ 1 mL∶ g 再经固液分离得到的滤液 作为待除铁液( 浸出液) ． 分析 Fe、Zn 和 Cu 的浸出率 分别可以达到 89. 4% 、80. 7% 和 90. 7% ． 浸出液中铁 以三价形式存在，［Fe 3 + ］= 52. 67 g·L － 1 ． 浸出液的主 要成分如表 2 所示． 图 1 实验工艺流程图 Fig． 1 Principal flow chart of experiment for iron removal 表 2 浸出液的主要成分 Table 2 Main chemical composition of the leaching solution g·L － 1 Fe Zn Cu Ag* Pb Cd 52. 67 9. 84 0. 66 43. 4 0. 077 19. 8 注: * 单位为 mg·L － 1 ． 1. 3 针铁矿法除铁 ( 1) 晶种制备． 以 Fe2 ( SO4 ) 3溶液( Fe 3 + 质量浓度 为 14 g·L － 1 ) 为原料液，pH 值为 2 ～ 3 的 0. 01 mol·L － 1 的 Na2 SO4溶液为底液． 把 200 mL Na2 SO4底液装入三 口烧瓶里，开始加热，缓慢搅拌． 等温度恒定 80 ℃ 后， 加快搅拌速度． 量取 2 mL 的 Fe2 ( SO4 ) 3原料液一次性 快速加入烧瓶的底液中． 反应一段时间后，用搅拌玻 璃棒取样，降至室温后用 pH 试纸测量其 pH 值． 根据 pH 值变化，用 Na2CO3粉调节混合液 pH 在 2 ～ 3． 每间 隔 5 min 加一次原料液． 总实验时间为 5 h． 实验完毕 后，把温度降低到 50 ℃，搅拌速度降低一半让反应体 系陈化 2 h． 过滤，洗涤得到滤饼． 将滤饼放入 80 ℃ 鼓 风干燥箱中干燥． ( 2) 除 铁 实 验． 取 一 定 体 积 的 0. 01 mol·L － 1 Na2 SO4溶液( 或者 130 g·L － 1 ZnSO4溶液) ，加入一定量 的针铁矿晶种倒入三口烧瓶中做底液，用稀硫酸调节 pH 值． 开始加热，缓慢搅拌． 等温度恒定后，量取一定 量待除铁浸出液一次性倒入底液中． 反应一段时间， 取出混合液，用 pH 试纸测量其 pH 值． 后边实验部分 跟晶种制备的实验完全一样． 2 结果与分析 2. 1 晶种制备 采用如上述方法制备晶种，对制备出的晶种进行 ·1139·