杨源等：利用湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣制备铁红工艺 1331 脱除率如图6(b)所示 影响不大 如图6(a)所示，液固比由4：1提升至8：1， 2.6综合实验 随液固比的增加，铁红产品中铁含量增加，在液固 综合上述实验条件，选定处理赤铁矿渣高温 比达到6：1以上时，铁红产品中含铁量趋于稳 水热法制备铁红的最佳条件：酸度pH值为1，温 定；含硫量稳定在1%左右：含锌量均低于0.18% 度220℃，时间3h,液固比6：1，转速400rmin 如图6(b)所示，硫脱除率先增加，在液固比达到 检测最佳条件下生产的铁红产品与赤铁矿渣物 6:1后，呈下降趋势；锌脱除率保持在90%左右； 相，如表4所示，铁红产品与赤铁矿渣中锌、铁、 铁溶出率随液固比增加而降低，在液固比达到 硫质量分数对比如表5所示.经过处理后铁红产 7:1后趋于稳定 品总铁质量分数由58.66%，上升至66.83%.其中赤 随着液固比的增大，矿浆黏度下降，传质、传 褐铁类矿物含铁占总铁量由94.05%，上升到97.79%. 热的效率提高，有利于液固两相接触反应.并且增 提高3.74%，表明部分亚稳定的含铁相发生分解， 大液固比，纯硫酸水溶液的酸度不会发生改变，但 在一定的高温水热条件下转化为氧化铁：硫质量 含酸量会增加，有利于赤铁矿渣中碱式硫酸铁和 分数由2.96%下降至0.82%，伴随亚稳定相的分 铁矾发生分解.当液固比超过6：1时，扩大纯硫 解，硫以硫酸根形式的进入到溶液中，减少渣相含 酸水溶液体积对提高铁红产品质量、脱除杂质的 硫量，实现铁、硫分离：锌质量分数由1.03%下降 影响达到临界值，再增大液固比对铁红产品质量 至0.18%，以锌离子形式存在于酸性溶液中， 表4检测最佳条件处理的铁红产品与赤铁矿渣中各铁物相含铁质量分数占比 Table 4 Proportion of iron content in the iron phase between the iron red product and the hematite residue under the best condition Iron in silicate Sample types Iron in magnetic iron Iron in iron carbonate Iron in sulfate Iron in red brown iron minerals/% minerals/% minerals/% minerals/% minerals/% Hematite slag 1.23 0.58 1.74 2.39 94.05 Iron red products <0.75 0.10 0.75 0.58 97.79 表5铁红产品与赤铁矿渣中铁.锌，硫质量分数对比 经高温水热反应处理的铁红产品，氧化铁的信号 Table 5 Comparison of zinc,iron,and sulfur mass 峰值升高，杂峰减少 fractions in iron oxide red products and hematite slag 对赤铁矿渣和最佳条件产出的铁红产品进行 Sample types Fe Zn 扫描电镜(SEM)/能量散射X射线检测(EDAX)分 Hematite slaglron 58.66 1.03 2.96 析，如图8(a),(b)为赤铁矿渣扫描电镜/能量散射 Iron oxide red products 66.83 0.18 0.82 X射线检测分析，图9(a),(b)为铁红产品扫描电 对比最佳条件产出的铁红产品与赤铁矿渣X射 镜能量散射X射线检测分析，图中，X表示原子数 线衍射图谱，如图7所示.主要物质均为氧化铁， 分数，W表示质量分数.对比图8(a)与图9(a)可 知，在扫描电子显微镜下，放大1000倍的赤铁矿 Hematite slag 渣与铁红产品粒度形貌没有发生明显变化，产品 高温水热法处理赤铁矿渣前后，氧化铁红粒度大 小和形貌不随酸度、温度等条件发生改变，性质稳 The iron oxide red be produced under comprehensive experimental cinditions 定.对比图8(b)与图9(b)可知，与赤铁矿渣氧化 .Fe:O 铁红表面相比，经高温水热法处理后得到的铁红 产品表面含硫量明显减少，结果表明赤铁矿渣经 高温水热法处理后，可使氧化铁颗粒表面包裹的 PDF#89-0597 碱式硫酸铁、铁矾等含硫杂质脱除，使铁红产品质 量提高 20 40 60 80 2.7铁红产品参数 2) 图7赤铁矿渣与综合实验条件产出铁红产品X射线衍射图 参照国家2008年12月1日实施的氧化铁红 Fig.7 X-ray diffraction pattern of slag compared with that of raw 标准GB/T1863一200827，对铁红产品的颜色，氧 material 化铁含量，水溶物质量和水溶性氯化物、硫酸盐含脱除率如图 6（b）所示. 如图 6（ a）所示，液固比由 4∶1 提升至 8∶1， 随液固比的增加，铁红产品中铁含量增加，在液固 比达到 6∶1 以上时，铁红产品中含铁量趋于稳 定；含硫量稳定在 1% 左右；含锌量均低于 0.18%. 如图 6（b）所示，硫脱除率先增加，在液固比达到 6∶1 后，呈下降趋势；锌脱除率保持在 90% 左右； 铁溶出率随液固比增加而降低 ，在液固比达到 7∶1 后趋于稳定. 随着液固比的增大，矿浆黏度下降，传质、传 热的效率提高，有利于液固两相接触反应. 并且增 大液固比，纯硫酸水溶液的酸度不会发生改变，但 含酸量会增加，有利于赤铁矿渣中碱式硫酸铁和 铁矾发生分解. 当液固比超过 6∶1 时，扩大纯硫 酸水溶液体积对提高铁红产品质量、脱除杂质的 影响达到临界值，再增大液固比对铁红产品质量 影响不大. 2.6    综合实验 综合上述实验条件，选定处理赤铁矿渣高温 水热法制备铁红的最佳条件：酸度 pH 值为 1，温 度 220 ℃，时间 3 h，液固比 6∶1，转速 400 r·min−1 . 检测最佳条件下生产的铁红产品与赤铁矿渣物 相，如表 4 所示，铁红产品与赤铁矿渣中锌、铁、 硫质量分数对比如表 5 所示. 经过处理后铁红产 品总铁质量分数由 58.66%，上升至 66.83%，其中赤 褐铁类矿物含铁占总铁量由 94.05%，上升到 97.79%， 提高 3.74%，表明部分亚稳定的含铁相发生分解， 在一定的高温水热条件下转化为氧化铁；硫质量 分数由 2.96% 下降至 0.82%，伴随亚稳定相的分 解，硫以硫酸根形式的进入到溶液中，减少渣相含 硫量，实现铁、硫分离；锌质量分数由 1.03% 下降 至 0.18%，以锌离子形式存在于酸性溶液中. 表 4 检测最佳条件处理的铁红产品与赤铁矿渣中各铁物相含铁质量分数占比 Table 4 Proportion of iron content in the iron phase between the iron red product and the hematite residue under the best condition Sample types Iron in magnetic iron minerals/% Iron in iron carbonate minerals/% Iron in silicate minerals/% Iron in sulfate minerals/% Iron in red brown iron minerals/% Hematite slag 1.23 0.58 1.74 2.39 94.05 Iron red products <0.75 0.10 0.75 0.58 97.79 对比最佳条件产出的铁红产品与赤铁矿渣 X 射 线衍射图谱，如图 7 所示. 主要物质均为氧化铁， 经高温水热反应处理的铁红产品，氧化铁的信号 峰值升高，杂峰减少. 对赤铁矿渣和最佳条件产出的铁红产品进行 扫描电镜（SEM）/能量散射 X 射线检测（EDAX）分 析，如图 8（a），（b）为赤铁矿渣扫描电镜/能量散射 X 射线检测分析，图 9（a），（b）为铁红产品扫描电 镜/能量散射 X 射线检测分析，图中，X 表示原子数 分数，W 表示质量分数. 对比图 8（a）与图 9（a）可 知，在扫描电子显微镜下，放大 1000 倍的赤铁矿 渣与铁红产品粒度形貌没有发生明显变化，产品 高温水热法处理赤铁矿渣前后，氧化铁红粒度大 小和形貌不随酸度、温度等条件发生改变，性质稳 定. 对比图 8（b）与图 9（b）可知，与赤铁矿渣氧化 铁红表面相比，经高温水热法处理后得到的铁红 产品表面含硫量明显减少，结果表明赤铁矿渣经 高温水热法处理后，可使氧化铁颗粒表面包裹的 碱式硫酸铁、铁矾等含硫杂质脱除，使铁红产品质 量提高. 2.7    铁红产品参数 参照国家 2008 年 12 月 1 日实施的氧化铁红 标准 GB/T 1863—2008[27] ，对铁红产品的颜色，氧 化铁含量，水溶物质量和水溶性氯化物、硫酸盐含 表 5    铁红产品与赤铁矿渣中铁，锌，硫质量分数对比 Table 5    Comparison of zinc, iron, and sulfur mass fractions in iron oxide red products and hematite slag % Sample types Fe Zn S Hematite slagIron 58.66 1.03 2.96 Iron oxide red products 66.83 0.18 0.82 • • • • • • • • • • • Hematite slag • The iron oxide red be produced under comprehensive experimental cinditions Intensity • • • • • • • • • • 20 40 60 80 PDF#89-0597 2θ/(°) Fe2O3 Fe2O3 图 7    赤铁矿渣与综合实验条件产出铁红产品 X 射线衍射图 Fig.7     X-ray  diffraction  pattern  of  slag  compared  with  that  of  raw material 杨    源等： 利用湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣制备铁红工艺 · 1331 ·