·1326 工程科学学报，第42卷，第10期 soluble chloride and sulfate content type III,sieve residue type 2,105 C volatile type V2,source type a standard. KEY WORDS zinc hydrometallurgy;iron sinking by hematite method;iron oxide red;removing impurities;high temperature hydrothermal method 在锌的湿法冶炼过程中，为提高锌矿石中锌、 矿渣研磨过325目后，达到H001-05氧化铁红标 铜、锗等有色金属的浸出率，常对中性浸出渣进行 准.张学政四以赤铁矿渣为原料经热酸溶解、净 热酸浸出处理，从而提高有色金属的浸出率-) 化、结晶制备出绿矾后，采用氧化煅烧的方式将绿 伴随着锌、铜、锗等有色金属的浸出，矿石中大部分 矾转化为透明氧化铁红.本文针对赤铁矿渣中 铁也进人到浸出液中，为提高电锌质量和电锌效 铁、硫的分离问题，采用湿法处理，实现铁、硫、锌 率B],要将溶液中的铁分离沉降出来.针对热酸 的分离，制备氧化铁红 浸出后液中铁沉降的问题，研究出了黄钾铁矾法 本文采用高温水热法处理赤铁矿渣，相较于 沉铁、针铁矿法沉铁和赤铁矿法沉铁等方法6-刀 火法或火法和湿法联合的方式，提供了一种新的 赤铁矿法沉铁渣因含铁量高，渣量小，不需堆存场 只采用湿法工艺实现铁，硫分离的方式.高温水热 地，热力学性质稳定，有价金属回收率高等特点而 法处理赤铁矿渣不会产生二氧化硫烟气，省去收 使赤铁矿法成为一种环保、高效的沉铁方法-☒ 尘制酸环节.在保持赤铁矿渣中氧化铁稳定的条 赤铁矿法沉铁在高温、氧压条件下进行，包括 件下，将渣中碱式硫酸铁等杂质在一定的酸度、温 两个过程：亚铁的氧化和三价铁的水解-在沉 度等条件下分解，将硫以硫酸根的形式分离，保留 铁过程中，部分亚铁会与空气中的氧气或其他氧 在液相中，分解出的三价铁离子在水热条件下部 化物发生氧化反应，生成三价铁，并且随着温度的 分转变为氧化铁，实现铁、硫分离的同时增加铁红 升高，亚铁氧化为三价铁的趋势增强氧化生成 产品中氧化铁含量 的三价铁在硫酸环境中会与SO,和HSO4发生强 氧化铁是组成氧化铁红颜料的主要物质.提 烈的络合反应，生成碱式硫酸铁，并且赤铁矿法沉 高赤铁矿渣中氧化铁含量，脱除杂质，转化为氧化 铁过程产生硫酸，随着酸度的升高，也会生成碱式 铁红颜料是赤铁矿渣回收利用的一种方式.在氧 硫酸铁6.碱式硫酸铁在赤铁矿法沉铁温度下性 化铁系颜料中，氧化铁红具有无毒，不溶于水，高 质稳定，随赤铁矿渣一起沉淀，进入到渣相，将硫 掩盖力，色谱广，成本低等特点，被大量应用于化 以硫酸根的形式带入赤铁矿渣中.在锌的湿法冶 妆品、美术颜料和建筑涂料中2-2刈 炼中存在Na,K,为沉铁过程中钾、钠铁矾的生 为实现湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣的综合回收 成创造了条件，铁矾生成后进入到赤铁矿渣中，同 利用，本文以某厂产出的赤铁矿渣为研究对象，采 样将硫以硫酸根的形式带人到赤铁矿渣中，但随 用高温水热法制备氧化铁红.实验研究了不同酸 着温度的升高，大部分铁矾发生分解.硫还会以吸 度、温度、时间和液固比条件对铁红产品中铁、 附性的硫酸根形式存在于沉铁渣中.锌主要以吸 锌、硫含量以及锌、硫脱除率和铁溶出率的影响 附性的盐类存在-赤铁矿渣中硫、锌以及氧化 1实验 铁含量是影响铁红产品品质的关键. 赤铁矿渣是通过液相在高温、氧压条件下的 1.1实验方法 含铁溶液中成核，长大而析出的，粒度均匀，颗粒 使用山东威海化工机械有限公司生产的容积 形状规则，颜色鲜红，附着能力好.目前赤铁矿渣 2L的GSH2-00型不锈钢高压反应釜作为反应容 的综合回收利用的方法主要分为火法处理和湿法 器，称量赤铁矿渣200g,用纯硫酸溶液调节pH 与火法联合处理两种.徐华军等19-20在960~1100℃ 值，将赤铁矿渣和纯硫酸水溶液加入高压釜内，盖 氧化焙烧的条件下处理赤铁矿渣和硫铁矿的混合 上釜盖，旋紧固定装置，检查高压釜气密性良好 物，使混合物中的硫转化为二氧化硫烟气，烟气脱 后，调节搅拌转速400rmin,设置加热温度，升 硫处理生成硫酸和脱硫烟气，从而实现铁、硫分 温.待高压釜加热至设定温度后（实际温度允许偏 离，以及酸性气体的回收，生产的氧化铁作为炼铁 差值±2℃)，开始记录时间，到达实验规定时间后， 原料.刘俊兰对赤铁矿渣进行五段逆流洗涤 开冷却水快速降温，温度降至100℃以下开釜.矿 后，在500℃下焙烧脱硫3h,焙烧处理后的赤铁 浆抽出，液固分离，湿渣用pH值为2的洗水淋洗soluble chloride and sulfate content type III, sieve residue type 2, 105 ℃ volatile type V2 , source type a standard. KEY  WORDS    zinc  hydrometallurgy； iron  sinking  by  hematite  method； iron  oxide  red； removing  impurities； high  temperature hydrothermal method 在锌的湿法冶炼过程中，为提高锌矿石中锌、 铜、锗等有色金属的浸出率，常对中性浸出渣进行 热酸浸出处理，从而提高有色金属的浸出率[1−2] . 伴随着锌、铜、锗等有色金属的浸出，矿石中大部分 铁也进入到浸出液中，为提高电锌质量和电锌效 率[3−5] ，要将溶液中的铁分离沉降出来. 针对热酸 浸出后液中铁沉降的问题，研究出了黄钾铁矾法 沉铁、针铁矿法沉铁和赤铁矿法沉铁等方法[6−7] . 赤铁矿法沉铁渣因含铁量高，渣量小，不需堆存场 地，热力学性质稳定，有价金属回收率高等特点而 使赤铁矿法成为一种环保、高效的沉铁方法[8−12] . 赤铁矿法沉铁在高温、氧压条件下进行，包括 两个过程：亚铁的氧化和三价铁的水解[13−14] . 在沉 铁过程中，部分亚铁会与空气中的氧气或其他氧 化物发生氧化反应，生成三价铁，并且随着温度的 升高，亚铁氧化为三价铁的趋势增强[15] . 氧化生成 的三价铁在硫酸环境中会与 SO4 2−和 HSO4 −发生强 烈的络合反应，生成碱式硫酸铁，并且赤铁矿法沉 铁过程产生硫酸，随着酸度的升高，也会生成碱式 硫酸铁[16] . 碱式硫酸铁在赤铁矿法沉铁温度下性 质稳定，随赤铁矿渣一起沉淀，进入到渣相，将硫 以硫酸根的形式带入赤铁矿渣中. 在锌的湿法冶 炼中存在 Na+ ，K + ，为沉铁过程中钾、钠铁矾的生 成创造了条件，铁矾生成后进入到赤铁矿渣中，同 样将硫以硫酸根的形式带入到赤铁矿渣中，但随 着温度的升高，大部分铁矾发生分解. 硫还会以吸 附性的硫酸根形式存在于沉铁渣中. 锌主要以吸 附性的盐类存在[17−18] . 赤铁矿渣中硫、锌以及氧化 铁含量是影响铁红产品品质的关键. 赤铁矿渣是通过液相在高温、氧压条件下的 含铁溶液中成核，长大而析出的，粒度均匀，颗粒 形状规则，颜色鲜红，附着能力好. 目前赤铁矿渣 的综合回收利用的方法主要分为火法处理和湿法 与火法联合处理两种. 徐华军等[19−20] 在 960～1100 ℃ 氧化焙烧的条件下处理赤铁矿渣和硫铁矿的混合 物，使混合物中的硫转化为二氧化硫烟气，烟气脱 硫处理生成硫酸和脱硫烟气，从而实现铁、硫分 离，以及酸性气体的回收，生产的氧化铁作为炼铁 原料. 刘俊兰[21] 对赤铁矿渣进行五段逆流洗涤 后，在 500 ℃ 下焙烧脱硫 3 h，焙烧处理后的赤铁 矿渣研磨过 325 目后，达到 H001−05 氧化铁红标 准. 张学政[22] 以赤铁矿渣为原料经热酸溶解、净 化、结晶制备出绿矾后，采用氧化煅烧的方式将绿 矾转化为透明氧化铁红. 本文针对赤铁矿渣中 铁、硫的分离问题，采用湿法处理，实现铁、硫、锌 的分离，制备氧化铁红. 本文采用高温水热法处理赤铁矿渣，相较于 火法或火法和湿法联合的方式，提供了一种新的 只采用湿法工艺实现铁，硫分离的方式. 高温水热 法处理赤铁矿渣不会产生二氧化硫烟气，省去收 尘制酸环节. 在保持赤铁矿渣中氧化铁稳定的条 件下，将渣中碱式硫酸铁等杂质在一定的酸度、温 度等条件下分解，将硫以硫酸根的形式分离，保留 在液相中，分解出的三价铁离子在水热条件下部 分转变为氧化铁，实现铁、硫分离的同时增加铁红 产品中氧化铁含量. 氧化铁是组成氧化铁红颜料的主要物质. 提 高赤铁矿渣中氧化铁含量，脱除杂质，转化为氧化 铁红颜料是赤铁矿渣回收利用的一种方式. 在氧 化铁系颜料中，氧化铁红具有无毒，不溶于水，高 掩盖力，色谱广，成本低等特点，被大量应用于化 妆品、美术颜料和建筑涂料中[23−24] . 为实现湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣的综合回收 利用，本文以某厂产出的赤铁矿渣为研究对象，采 用高温水热法制备氧化铁红. 实验研究了不同酸 度、温度、时间和液固比条件对铁红产品中铁、 锌、硫含量以及锌、硫脱除率和铁溶出率的影响. 1    实验 1.1    实验方法 使用山东威海化工机械有限公司生产的容积 2 L 的 GSH2-00 型不锈钢高压反应釜作为反应容 器，称量赤铁矿渣 200 g，用纯硫酸溶液调节 pH 值，将赤铁矿渣和纯硫酸水溶液加入高压釜内，盖 上釜盖，旋紧固定装置，检查高压釜气密性良好 后，调节搅拌转速 400 r·min−1，设置加热温度，升 温. 待高压釜加热至设定温度后（实际温度允许偏 差值±2 ℃），开始记录时间，到达实验规定时间后， 开冷却水快速降温，温度降至 100 ℃ 以下开釜. 矿 浆抽出，液固分离，湿渣用 pH 值为 2 的洗水淋洗 · 1326 · 工程科学学报，第 42 卷，第 10 期