杨源等：利用湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣制备铁红工艺 1329 至pH值为2范围内保持稳定，当pH值<2后，硫 2.3实验温度对铁红产品质量的影响 含量先降低后升高，在pH值为1条件下，含硫量 在温度范围160℃至240℃内，研究不同温 最低，最低值为0.61%.在pH值为1条件下，铁红 度对铁红产品中铁、锌、硫含量，以及锌、硫脱除 产品中铁的质量分数最高，最高值为67.41%，锌质 率和铁溶出率的影响.称取赤铁矿渣200g,pH值 量分数最低，最低值为0.034%：锌、硫脱除率随酸 为1，液固比为6：1，时间3h,搅拌速度400rmin, 度变化发生波动，锌、硫脱除率在pH值为1条件 铁红产品中铁、锌、硫含量如图4(a)所示，铁溶出 下最高，锌脱除最高值为96.7%，硫脱除最高值为 率以及锌，硫脱除率如图4(b)所示. 79.39%:铁溶出率随酸度的升高，呈上升趋势 实验温度由160℃逐渐增加至240℃，随着温 如图3所示（图中中表示电位），200℃下赤 度的升高，铁红产品中含铁量逐渐上升，在200℃ 铁矿渣中杂质的稳定区域图中，随着酸度的升高， 后增长速度减慢，在240℃含铁量最高，最高值为 赤铁矿渣中杂质相由稳定区向不稳定区过渡，从 67.07%:含硫量逐渐下降，在220℃最低，最低值 图2(a)铁红产品铁含量降低和图(b)铁溶出率升 为0.82%；含锌量维持在0.15%内；硫脱出率与温 高分析，酸度高于pH值为1后铁矾等含铁杂质相 度呈正相关关系，温度越高，硫脱除效果越好；锌 发生分解.随酸度升高，硫从碱式硫酸铁等不溶物 脱除率维持在90%以上.随温度升高，铁溶出率先 中分离出来，以可溶性的硫酸根形式进入反应体 升高，后降低 系中，降低铁红产品含硫量.酸度的升高，会降低 由图4(a),(b)所示，温度对铁红产品的硫脱 氧化铁的稳定性，使氧化铁发生溶解，所以酸度不 出率影响显著，温度越高，硫的脱除效果越好.随 宜过高 着温度的升高，赤铁矿渣热力学稳定区域变大，渣 1.6Fe Ga 中碱式硫酸铁、铁矾等亚稳定相热力学稳定区域 a.0 12 Coo NiO 变小，稳定性降低趴，发生分解，硫以可溶性硫酸 0.8 Fe,O, 根形式进入矿浆中，图4(b)铁溶出率随温度升高 0.4 而降低的原因是铁矾、碱式硫酸铁等含铁物相随 着温度的升高发生分解后，部分三价铁离子在高 0 Zn2 温水热条件下转化为氧化铁，增加铁红产品中氧 -0.4 化铁含量，其反应方程式为： -0.8 Zn 2NaFe3(SO4)2(OH)6+6H2SO4 -2-10123456 (1) PH 3Fe2(SO4)3+Na2SO4+12H2O 图3200℃赤铁矿渣中杂质稳定区域图 2NaFe3(SO4)2(OH)6= (2) Fig.3 Diagram of stable impurity region in hematite at 200 3Fe2O3+Na2S04+3H20+3H2SO4 70 2.0 50 100 (a) --The iron mass fraction (b) -The zinc mass fraction -The sulfur mass fraction 40 0 1.5 -Zinc removal rate 80 66 30 ◆-Sulfur removal rate -Iron dissolution rate 0 ● 60 0.5 62 10 50 40 160 180200220 240 160 180200220 240 The experiment temperature/C The experiement temperature/% 图4不同温度对铁红产品质量.锌、硫脱除率以及铁溶出率的影响.()铁红产品中铁、锌、硫质量分数：(b)锌、硫脱除率以及铁溶出率 Fig.4 Effects of different temperatures on iron oxide red product content,impurity removal rate,and iron dissolution rate:(a)iron,zinc,sulfur mass fraction in iron oxide red products;(b)removal rate of zinc and sulfur and iron dissolution rate至 pH 值为 2 范围内保持稳定，当 pH 值<2 后，硫 含量先降低后升高，在 pH 值为 1 条件下，含硫量 最低，最低值为 0.61%. 在 pH 值为 1 条件下，铁红 产品中铁的质量分数最高，最高值为 67.41%，锌质 量分数最低，最低值为 0.034%；锌、硫脱除率随酸 度变化发生波动，锌、硫脱除率在 pH 值为 1 条件 下最高，锌脱除最高值为 96.7%，硫脱除最高值为 79.39%；铁溶出率随酸度的升高，呈上升趋势. 如图 3 所示（图中 Φ 表示电位），200 ℃ 下赤 铁矿渣中杂质的稳定区域图中，随着酸度的升高， 赤铁矿渣中杂质相由稳定区向不稳定区过渡，从 图 2（a）铁红产品铁含量降低和图（b）铁溶出率升 高分析，酸度高于 pH 值为 1 后铁矾等含铁杂质相 发生分解. 随酸度升高，硫从碱式硫酸铁等不溶物 中分离出来，以可溶性的硫酸根形式进入反应体 系中，降低铁红产品含硫量. 酸度的升高，会降低 氧化铁的稳定性，使氧化铁发生溶解，所以酸度不 宜过高. 2.3    实验温度对铁红产品质量的影响 在温度范围 160 ℃ 至 240 ℃ 内，研究不同温 度对铁红产品中铁、锌、硫含量，以及锌、硫脱除 率和铁溶出率的影响. 称取赤铁矿渣 200 g，pH 值 为 1，液固比为 6∶1，时间 3 h，搅拌速度 400 r·min−1 ， 铁红产品中铁、锌、硫含量如图 4（a）所示，铁溶出 率以及锌，硫脱除率如图 4（b）所示. 实验温度由 160 ℃ 逐渐增加至 240 ℃，随着温 度的升高，铁红产品中含铁量逐渐上升，在 200 ℃ 后增长速度减慢，在 240 ℃ 含铁量最高，最高值为 67.07 %；含硫量逐渐下降，在 220 ℃ 最低，最低值 为 0.82%；含锌量维持在 0.15% 内；硫脱出率与温 度呈正相关关系，温度越高，硫脱除效果越好；锌 脱除率维持在 90% 以上. 随温度升高，铁溶出率先 升高，后降低. 由图 4（a），（b）所示，温度对铁红产品的硫脱 出率影响显著，温度越高，硫的脱除效果越好. 随 着温度的升高，赤铁矿渣热力学稳定区域变大，渣 中碱式硫酸铁、铁矾等亚稳定相热力学稳定区域 变小，稳定性降低[13] ，发生分解，硫以可溶性硫酸 根形式进入矿浆中，图 4（b）铁溶出率随温度升高 而降低的原因是铁矾、碱式硫酸铁等含铁物相随 着温度的升高发生分解后，部分三价铁离子在高 温水热条件下转化为氧化铁，增加铁红产品中氧 化铁含量，其反应方程式为： 2NaFe3(SO4)2 (OH)6 +6H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 +Na2SO4 +12H2O （1） 2NaFe3(SO4)2 (OH)6 = 3Fe2O3 +Na2SO4 +3H2O+3H2SO4 （2） −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 −0.8 −0.4 0 0.4 0.8 1.2 1.6 Φ/V pH NiO CoO Zn2+ Zn Fe3+ In3+ Ga3+ Cu2+ Ga2O3 CuO Ni2+ Co2+ Fe2O3 图 3    200 ℃ 赤铁矿渣中杂质稳定区域图[26] Fig.3    Diagram of stable impurity region in hematite at 200 ℃[26] 160 180 200 220 240 60 62 64 66 68 70 Mass fraction of zinc and sulfur in iron oxide red/ % The experiment temperature/℃ The iron mass fraction The iron mass fraction in iron oxide red/ % 0 The sulfur mass fraction 0.5 1.0 1.5 2.0 The zinc mass fraction (a) 50 40 30 20 10 0 160 180 200 220 240 Removal rate of zinc and sulfur/ % Iron dissolution rate/ % The experiement temperature/% Iron dissolution rate 40 50 60 70 80 90 100 Sulfur removal rate 60 Zinc removal rate (b) 图 4    不同温度对铁红产品质量，锌、硫脱除率以及铁溶出率的影响. （a）铁红产品中铁、锌、硫质量分数；（b）锌、硫脱除率以及铁溶出率 Fig.4    Effects of different temperatures on iron oxide red product content, impurity removal rate, and iron dissolution rate: (a) iron, zinc, sulfur mass fraction in iron oxide red products; (b) removal rate of zinc and sulfur and iron dissolution rate 杨    源等： 利用湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣制备铁红工艺 · 1329 ·