CN104774979A - 一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法 - Google Patents
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Abstract
针对现有铬铁矿硫酸浸出液除铁困难的问题,本发明提供一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,属于矿物加工技术领域。该方法为,将铬铁矿硫酸浸出液的温度控制在60~100℃,调整溶液的pH值至1~3之间,添加黄铁矾晶种,结晶;过滤,获得黄铁矾晶体和滤液;保持滤液温度,调整溶液的pH值至2~4之间,添加针铁矿晶种,结晶;过滤,获得针铁矿晶体和滤液;将滤液中加入稀释后的碱液中和,使溶液的盐基度为33±1%;然后将溶液干燥,获得碱式硫酸铬鞣革剂。该过程中没有产生剧毒的Cr(Ⅵ),是一个清洁,无毒的鞣革剂制备方法,并且通过两次除铁工序,能够实现较为彻底的除铁,获得的碱式硫酸铬鞣革剂中铁质量百分数<0.1%。
Description
技术领域
本发明属于矿物加工技术领域,特别涉及一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法。
背景技术
铬铁矿是铬元素在自然界中最主要的赋存形式,其中铁、镁、铝与铬以类质同象尖晶石的形式共生于铬铁矿中,可用(Mg,Fe2+)(Cr,Al,Fe3+)2O4的通式进行表达。由于成矿条件不同,部分铬铁矿不含镁元素,部分铬铁矿不含铝元素。铬铁矿在化工等领域中应用广泛,是生产铬盐的重要原料。我国自1958年开始生产铬盐,到2005年首次超越美国成为世界铬盐生产的第一大国。截止到目前,全世界近一半的铬盐产自我国,铬盐行业也成为了支撑我国国民经济快速发展的重要行业。当前的铬盐生产工艺主要以有钙焙烧、无钙焙烧和(亚)熔盐液相氧化为主,这些工艺无一例外都是借助于高温和强碱性条件将铬铁矿中的Cr(Ⅲ)氧化为Cr(Ⅵ)来破坏稳定的尖晶石结构,从而实现对铬元素的有效提取。然而,含Cr(Ⅵ)的废弃物已被我国列入《国家危险废物名录》,同样也被美国环境保护局(EPA)列入17种高度危险的毒性物质之一。近些年传统的铬盐生产工艺对生态环境造成的严重破坏引起了世界各国的高度重视,并通过逐步加大政策与经济的扶持力度来促进铬盐生产清洁技术的研发与推广。
碱式硫酸铬(Cr(OH)SO4·nH2O)又称为盐基性硫酸铬、铬盐精或是铬粉,在制革工业中常用作鞣革剂,是铬盐行业中一种重要的三价铬盐产品。目前的制备方法主要是通过铬铁矿的碱性氧化焙烧制备重铬酸钠(Na2Cr2O7·2H2O),然后经过还原工艺制得碱式硫酸铬产品。此工艺虽较为成熟,但中间环节产生的含Cr(Ⅵ)物质(重铬酸钠)对生产企业的周边环境和人体健康构成了严重的威胁。为此,科研工作者提出了无Cr(Ⅵ)产生的铬铁矿硫酸浸出清洁生产工艺,并且其可行性已得到了广泛认可。此工艺通过热硫酸和氧化剂来酸解铬铁矿粉,使尖晶石结构得到破坏,从而释放出其中的金属离子。这种方法从源头上杜绝了Cr(Ⅵ)的产生,但铬、铁、镁和铝等金属离子共同进入酸解液,形成了成分复杂的酸性体系溶液。对于鞣革用碱式硫酸铬而言,其中含有的镁与铝元素并不会对产品的性能构成损害,反而能够在一定程度上提高皮革的上色性,并能使皮革更加丰满、致密。但鞣革剂对铁元素的含量要求较为严格,通常优良的碱式硫酸铬鞣革剂产品要求其中铁含量低于0.1%。由于三价铁离子和三价铬离子的性质相近,难以将二者分离,因此,铬铁矿硫酸浸出液中铁的分离已成为制约铬铁矿硫酸浸出工艺发展与推广的瓶颈。
发明内容
针对现有铬铁矿硫酸浸出液除铁困难的问题,本发明提供一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,该方法在同一温度区间首先进行黄铁矾常压预除铁,使溶液中的Fe3+浓度降到1g/L以下,然后进行针铁矿深度除铁,实现了酸性体系溶液中铬与铁的有效分离,制备出高质量的碱式硫酸铬鞣革剂产品。
一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,包括如下步骤:
1、按照发明专利CN1264755C中的方法获得铬铁矿硫酸浸出液,即将铬铁矿研磨成颗粒,加入酸解反应器中,再加入硫酸,硫酸与矿粉的液固比为(1~4):1mL/g,在搅拌速度为60~160转/分,升温,温度为90~160℃条件下,加入催化剂进行酸解反应,反应温度为110~170℃,反应时间为1~8h,过滤反应液,除去滤渣,得到铬铁矿硫酸浸出液;
将铬铁矿硫酸浸出液的温度控制在60~100℃,在600~2400rad/s(弧度每秒)的搅拌条件下加入碱液调整溶液的pH值至1~3并且保持至少1min不变;
再按照0.1~5g/L的加入量向溶液中添加黄铁矾晶种,保持上述搅拌速度陈化20~180min,并在此期间通过加入碱液使溶液的pH值在初始值±0.3的范围内波动,溶液中的Fe3+以黄铁矾的形式析出,并且使溶液中[Fe3+]<1g/L;
该过程中发生的主要反应为:
Fe3++(SO4)2-+H2O→Fe(OH)SO4+H+ (1)
2Fe(OH)SO4+2H2O→Fe2(OH)4SO4+2H++(SO4)2- (2)
2Fe(OH)SO4+2Fe2(OH)4SO4+2A++2OH-→A2Fe6(SO4)4(OH)12 (3)
所述化学反应方程式中的A为一价阳离子,通常为K+,Na+或NH4 +;
上述的铬铁矿硫酸浸出液中金属离子按质量浓度含Cr3+15~40g/L,Fe3+7~20g/L,Mg2+0~8g/L,Al3+0~8g/L;
上述黄铁矾晶种中的黄铁矾为黄钾铁矾、黄钠铁矾或黄铵铁矾;
上述黄铁矾晶种中含有的一价阳离子与所加入碱液的一价阳离子相同;
上述反应得到的黄铁矾中的一价阳离子(通常为K+,Na+或NH4 +)来自调整溶液pH值时添加的碱溶液;
2、将步骤1所得物料过滤,分离滤液和析出的固体,将所得固体洗涤干燥后获得黄铁矾晶体,并收集合并滤液和洗液;
所述黄铁矾晶体可作为黄铁矾晶种在步骤1中使用;
3、将合并后的滤液和洗液温度控制在60~100℃,在600~2400rad/s的搅拌条件下加入碱液调整溶液的pH值至2~4并且保持至少1min不变;
再按照0.1~5g/L的加入量向溶液中添加针铁矿晶种,保持上述搅拌速度陈化1~5h,并在此期间通过加入碱液使溶液pH值在初始值±0.3的范围内波动,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
该过程中发生的主要反应为:
Fe3++3H2O→Fe(OH)3+3H+ (4)
Fe(OH)3→FeOOH+H2O (5)
nFeOOH→(FeOOH)n (6)
4、将步骤3所得物料过滤,分离滤液和析出的固体,将所得固体洗涤、干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
所述针铁矿晶体可作为针铁矿晶种在后续除铁使用;
5、向步骤4所得合并后的滤液和洗液加入稀释后的碱液中和,使溶液的盐基度为33±1%;然后将溶液干燥,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
上述方法中所述的碱液的浓度为0.5~3mol/L;
上述方法中所述的碱液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或氨水溶液;
上述方法中所加入的黄铁矾晶种和针铁矿晶种质量纯度>97%,粉体粒径<74μm。
上述方法中所述步骤1和步骤3需严格控制溶液的pH值始终在初始水平±0.3的区间内的原因为:溶液的pH值会由于黄铁矾和针铁矿的析出而快速下降,此时若不加以控制会导致溶液pH值低于黄铁矾和针铁矿的析出范围,除铁反应难以持续进行,因此需要对溶液的pH值进行调节;而且将溶液的pH值控制在每一段除铁反应初始值的±0.3的范围内能够达到较优实验结果。
上述方法中,经第一段黄铁矾法除铁后溶液中Fe3+浓度为0.1~0.9g/L,铬损失为<5%;第二段针铁矿法除铁后溶液中Fe3+浓度为<0.1g/L,铬损失为1~10%。
上述方法获得的碱式硫酸铬鞣革剂中铁质量百分数<0.1%,镁的质量百分数0~5%,铝的质量百分数为0~5%,碱式硫酸铬的质量分数为70~80%。
本方法与现有技术相比,其优点在于:
1、本发明利用铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂,该过程中没有产生剧毒的Cr(Ⅵ),是一个清洁,无毒的鞣革剂制备方法。
2、铬和铁的原子序数相近,很多化合物的性质也都相似,目前还没有一种非常理想的分离方法,本发明通过两次除铁工序,能够实现较为彻底的除铁,比单一方法的使用效果更好,获得的碱式硫酸铬鞣革剂中铁质量百分数<0.1%,镁的质量百分数0~5%,铝的质量百分数为0~5%,碱式硫酸铬的质量分数为70~80%,并且两段工序的操作环境具有很强的连续性。
3、本发明的方法条件温和,适合工业化生产。
附图说明
图1本发明实施例1的由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的工艺流程示意图;
图2本发明实施例1得到的黄钾铁矾晶体的XRD图;
图3本发明实施例1得到的黄钾铁矾晶体的SEM图;
图4本发明实施例1得到的黄钾铁矾晶体的SEM图;
图5本发明实施例1得到的黄钾铁矾晶体的SEM图;
图6本发明实施例1得到的黄钾铁矾晶体的EDS图;
图7本发明实施例1得到的针铁矿晶体的XRD图;
图8本发明实施例1得到的针铁矿晶体的SEM图;
图9本发明实施例1得到的针铁矿晶体的SEM图;
图10本发明实施例1得到的针铁矿晶体的SEM图;
图11本发明实施例1得到的针铁矿晶体的EDS图;
具体实施方式
以下铬铁矿硫酸浸出液的制备方法为:将铬铁矿研磨成颗粒,加入反应器中,再加入硫酸,硫酸与矿粉的液固比为(1~4):1mL/g,在搅拌速度为60~160转/分,升温,温度为90~160℃条件下,加入催化剂进行酸解反应,反应温度为110~170℃,反应时间为1~8h,过滤反应液,除去滤渣,得到铬铁矿硫酸浸出液。
所使用的黄铁矾晶种和针铁矿晶种质量纯度>97%,粉体粒径<74μm。
实施例1
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=26.4g/L,[Fe3+]=13.2g/L,[Mg2+]=3.7g/L,[Al3+]=4.5g/L。
采用如图1所示的由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的工艺流程示意图,本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2400rad/s(弧度每秒),使浸出液温度升至90℃,向反应器内缓慢滴加2.5mol/L氢氧化钾溶液至溶液pH值达到2.3,并且保持至少1min不变;
再将2.5g黄钾铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为2400rad/s陈化反应180min,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.2~2.4范围内,溶液中的铁离子以黄钾铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对反应溶液进行固-液分离,所得滤渣为黄钾铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钾铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.14g/L,铬损失为4.2%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2400rad/s,调整溶液温度至90℃,再向反应器中缓慢滴加上述氢氧化钾溶液,至溶液pH值为3.5并且保持至少1min不变;
再将2g针铁矿晶种倒入该反应器中,保持搅拌速度为2400rad/s陈化反应3h,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在3.4~3.6范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并除铁滤液和洗液;
步骤5:向合并后的除铁滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钾溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为76.4%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表1所示。经两段式除铁后,铁的去除率>99.9%,铬损失为5.7%。图2为步骤2所得黄钾铁矾渣的XRD谱图,证明渣相中主要物相为KFe3(SO4)2(OH)6。对其进行SEM-EDS的分析由图3至图6所示,黄钾铁矾晶体成球状,并以团簇集合体的形式存在,簇群颗粒通常小于10μm,并含有少量铬元素。图7为步骤4所得针铁矿渣的XRD谱图,证明渣相中主要物相为FeOOH。对其进行SEM-EDS分析见图8至图11所示,针铁矿晶体成针状,同样以团簇集合体的形式存在,晶体中含有少量铬元素和钾元素。
表1、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例2
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=30.7g/L,[Fe3+]=19.8g/L,[Mg2+]=5.2g/L,[Al3+]=6.6g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1800rad/s,使浸出液温度升至85℃,向反应器内缓慢滴加3mol/L氢氧化钠溶液至溶液pH值达到1.7,并且保持至少1min不变;
将1g黄钠铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为1800rad/s陈化反应150min,并通过滴加上述氢氧化钠溶液监控溶液pH值稳定在1.6~1.8范围内,溶液中的铁离子以黄钠铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄钠铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钠铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.62g/L,铬损失为3.0%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1200rad/s,调整溶液温度至90℃,再向反应器中缓慢滴加上述氢氧化钠溶液,至溶液pH值为3.0并且保持至少1min不变;
再将0.4g针铁矿晶种倒入反应器中,保持搅拌速度为1800rad/s陈化反应2h,并通过滴加上述氢氧化钠溶液监控溶液pH值稳定在2.8~3.2范围内,铁溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钠溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为70.1%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表2所示。经两段式除铁后,铁的去除率为99.9%,铬损失为4.1%。
表2、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例3
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=34.5g/L,[Fe3+]=17.5g/L,[Mg2+]=7.4g/L,[Al3+]=4.0g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2400rad/s,使浸出液温度升至60℃,向反应器内缓慢滴加1mol/L氢氧化钠溶液至溶液pH值达到3.0,并且保持至少1min不变;
再将1.5g黄钠铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为2400rad/s陈化反应90min,并通过滴加上述氢氧化钠溶液监控溶液pH值稳定在2.9~3.1范围内,溶液中的铁离子以黄钠铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄钠铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钠铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.43g/L,铬损失为5.0%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1200rad/s,调整溶液温度至80℃,再向反应器中缓慢滴加上述氢氧化钠溶液,至溶液pH值为3.8并且保持至少1min不变;
将2g针铁矿晶种倒入反应器中,保持搅拌速度为1200rad/s陈化反应4h,并通过滴加上述氢氧化钠溶液监控溶液pH值稳定在3.7~3.9范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钠溶液进行中和,调整溶液盐基度并进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为72.9%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表3所示。经两段式除铁后,铁的去除率为99.9%,铬损失为9.6%。
表3、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例4
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=32.2g/L,[Fe3+]=17.0g/L,[Mg2+]=6.9g/L,[Al3+]=7.8g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1500rad/s,使浸出液温度升至100℃,向反应器内缓慢滴加0.5mol/L氢氧化钾溶液至溶液pH值达到2.3,并且保持至少1min不变;
再将0.5g黄钾铁矾晶种粉末倒入该反应器中进行搅拌陈化,保持搅拌速度为1500rad/s陈化反应120min,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.0~2.6范围内,溶液中的铁离子以黄钾铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄钾铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钾铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.47g/L,铬损失为3.8%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2000rad/s,调整溶液温度至70℃,再向反应器中缓慢滴加上述氢氧化钾溶液,至溶液pH值为2.5并且保持至少1min不变;
再将2.5g针铁矿晶种倒入该反应器中,保持搅拌速度为2000rad/s陈化反应5h,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.4~2.6范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钾溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为71.8%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表4所示。经两段式除铁后,铁的去除率为99.9%,铬损失为7.1%。
表4、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例5
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=15.3g/L,[Fe3+]=7.2g/L,[Mg2+]=3.5g/L,[Al3+]=2.1g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2400rad/s,使浸出液温度升至80℃,向反应器内缓慢滴加1mol/L氢氧化钾溶液至溶液pH值达到2.5,并且保持至少1min不变;
再将0.05g黄钾铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为2400rad/s陈化反应150min,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.3~2.7范围内,溶液中的铁离子以黄钾铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄钾铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钾铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.60g/L,铬损失为0.4%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1000rad/s,调整溶液温度至60℃,此时溶液pH值为2.6,不进行pH调整操作;
将1.5g针铁矿晶种倒入该反应器中,保持搅拌速度为1000rad/s陈化反应5h,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.5~2.7范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钾溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为73.7%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表5所示。经两段式除铁后,铁的去除率为99.9%,铬损失为1.2%。
表5、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例6
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=17.0g/L,[Fe3+]=9.3g/L,[Mg2+]=2.4g/L,[Al3+]=2.9g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1200rad/s,使浸出液温度升至80℃,向反应器内缓慢滴加3mol/L氨水溶液至溶液pH值达到1.5,并且保持至少1min不变;
再将0.5g黄铵铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为1200rad/s陈化反应60min,并通过滴加氨水溶液监控溶液pH值稳定在1.4~1.6范围内,溶液中的铁离子以黄铵铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄铵铁矾晶体,洗涤回收后可作黄铵铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.54g/L,铬损失为0.3%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1800rad/s,调整溶液温度至100℃,再向反应器中缓慢滴加氨水溶液,至溶液pH值为2.5并且保持至少1min不变;
再将0.5g针铁矿晶种倒入该反应器中,保持搅拌速度为1800rad/s陈化反应2h,并通过滴加氨水溶液监控溶液pH值稳定在2.4~2.6范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氨水溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为71.1%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表6所示。经两段式除铁后,铁的去除率>99.9%,铬损失为3.3%。
表6、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例7
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=24.7g/L,[Fe3+]=16.5g/L,[Mg2+]=4.3g/L,[Al3+]=5.5g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1000rad/s,使浸出液温度升至70℃,向反应器内缓慢滴加1mol/L氢氧化钠溶液至溶液pH值达到1.0,并且保持至少1min不变;
再将0.1g黄钠铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为1000rad/s陈化反应180min,并通过滴加上述氢氧化钠溶液监控溶液pH值稳定在0.9~1.1范围内,溶液中的铁离子以黄钠铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄钠铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钠铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.87g/L,铬损失为0.3%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为1200rad/s,调整溶液温度至90℃,再向反应器中缓慢滴加上述氢氧化钠溶液,至溶液pH值为2.2并且保持至少1min不变;
再将2g针铁矿晶种倒入反应器中,保持搅拌速度为1200rad/s陈化反应5h,并通过滴加上述氢氧化钠溶液监控溶液pH值稳定在2.1~2.3范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钾溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为75.4%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表7所示。经两段式除铁后,铁的去除率为99.9%,铬损失为4.9%。
表7碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例8
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=27.0g/L,[Fe3+]=15.2g/L,[Mg2+]=4.7g/L,[Al3+]=6.1g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2000rad/s,使浸出液温度升至90℃,向反应器内缓慢滴加3mol/L氢氧化钾溶液至溶液pH值达到2.7,并且保持至少1min不变;
将2g黄钾铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为2000rad/s陈化反应20min,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.6~2.8范围内,溶液中的铁离子以黄钾铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄钾铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钾铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.56g/L,铬损失为2.5%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2000rad/s,调整溶液温度至70℃,再向反应器中缓慢滴加上述氢氧化钾溶液,至溶液pH值为3.0并且保持至少1min不变;
将0.05g针铁矿晶种倒入该反应器,保持搅拌速度为2000rad/s陈化反应5h,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.9~3.1范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钾溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为75.4%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表8所示。经两段式除铁后,铁的去除率>99.9%,铬损失为6.3%。
表8、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例9
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=23.2g/L,[Fe3+]=9.9g/L,[Mg2+]=3.5g/L,[Al3+]=4.1g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为800rad/s,使浸出液温度升至90℃,向反应器内缓慢滴加2mol/L氨水溶液至溶液pH值达到2.0,并且保持至少1min不变;
将1g黄铵铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为800rad/s陈化反应60min,并通过滴加氨水溶液监控溶液pH值稳定在1.9~2.1范围内,溶液中的铁离子以黄铵铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄铵铁矾晶体,洗涤回收后可作黄铵铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.57g/L,铬损失为1.9%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2400rad/s,调整溶液温度至90℃,再向反应器中缓慢滴加氨水溶液,至溶液pH值为3.5并且保持至少1min不变;
再将1g针铁矿晶种倒入该反应器中,保持搅拌速度为2400rad/s陈化反应1h,并通过滴加氨水溶液监控溶液pH值稳定在3.4~3.6范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氨水溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为73.9%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁、镁和铝进行ICP检测,结果如表9所示。经两段式除铁后,铁的去除率>99.9%,铬损失为4.2%。
表9、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例10
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=39.2g/L,[Fe3+]=13.2g/L,[Mg2+]=4.7g/L,[Al3+]=0g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为600rad/s,使浸出液温度升至85℃,向反应器内缓慢滴加2.5mol/L氢氧化钾溶液至溶液pH值达到2.6,并且保持至少1min不变;
再将1.5g黄钾铁矾晶种粉末倒入反应器中,保持搅拌速度为600rad/s陈化反应120min,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.5~2.7范围内,溶液中的铁离子以黄钾铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄钾铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钾铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.39g/L,铬损失为2.2%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2400rad/s,调整溶液温度至85℃,向反应器中缓慢滴加上述氢氧化钾溶液,至溶液pH值为3.0并且保持至少1min不变;
再将0.1g针铁矿晶种倒入该反应器中,保持搅拌速度为2400rad/s陈化反应5h,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在2.9~3.1范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钾溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为78.6%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁和镁进行ICP检测,结果如表10所示。经两段式除铁后,铁的去除率>99.9%,铬损失为4.1%。
表10、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
实施例11
以500mL铬铁矿硫酸浸出液为原料,浸出液中金属离子浓度分别为[Cr3+]=32.8g/L,[Fe3+]=15.0g/L,[Mg2+]=0g/L,[Al3+]=5.1g/L。
本实施例由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,具体步骤如下:
步骤1:将铬铁矿硫酸浸出液注入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为2400rad/s,使浸出液温度升至100℃,向反应器内缓慢滴加1mol/L氢氧化钾溶液至溶液pH值达到1.8,并且保持至少1min不变;
将2g黄钾铁矾晶种粉末倒入该反应器中,保持搅拌速度为2400rad/s陈化反应100min,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在1.7~1.9范围内,溶液中的铁离子以黄钾铁矾的形式析出;
步骤2:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,所得滤渣为黄钾铁矾晶体,洗涤回收后可作黄钾铁矾晶种使用,并收集合并滤液和洗液,测得此时滤液中的Fe3+浓度为0.17g/L,铬损失为3.5%;
步骤3:将合并后的滤液和洗液倒入反应器中,开启加热并搅拌,搅拌速度为600rad/s,调整溶液温度至80℃,向反应器中缓慢滴加氢氧化钾溶液,至溶液pH值为3.6并且保持至少1min不变;
再将2g针铁矿晶种倒入反应器中,保持搅拌速度为600rad/s陈化反应3h,并通过滴加上述氢氧化钾溶液监控溶液pH值稳定在3.4~3.7范围内,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
步骤4:用真空抽滤机对试样进行固-液分离,将所得固体洗涤干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
步骤5:向合并后的滤液和洗液中滴加稀释后的氢氧化钾溶液进行中和,调整溶液盐基度至33±1%后进行干燥处理,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
经检测,本发明所得碱式硫酸铬鞣革剂中碱式硫酸铬的质量分数为77.8%。对所得的碱式硫酸铬鞣革剂中的铬、铁和铝进行ICP检测,结果如表11所示。经两段式除铁后,铁的去除率>99.9%,铬损失为5.1%。
表11、碱式硫酸铬鞣革剂中各金属元素所占质量分数(w%)
Claims (9)
1.一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)将铬铁矿硫酸浸出液的温度控制在60~100℃,在搅拌条件下,加入碱液,调整溶液的pH值至1~3并且保持至少1min不变;
再向溶液中添加黄铁矾晶种,在搅拌条件下陈化20~180min,溶液中的铁离子以黄铁矾的形式析出;
(2)将步骤(1)所得物料过滤,分离滤液和析出的固体,将所得固体洗涤、干燥后获得黄铁矾晶体,并收集合并滤液和洗液;
(3)将合并后的滤液和洗液温度控制在60~100℃,在搅拌条件下,加入碱液调整溶液的pH值至2~4并且保持至少1min不变;
再向溶液中添加针铁矿晶种,在搅拌条件下陈化1~5h,溶液中的铁离子以针铁矿的形式析出;
(4)将步骤(3)所得物料过滤,分离滤液和析出的固体,将所得固体洗涤、干燥后获得针铁矿晶体,并收集合并滤液和洗液;
(5)向步骤(4)所得合并后的滤液和洗液中加入稀释的碱液,中和,使溶液的盐基度为33±1%;然后将溶液干燥,获得碱式硫酸铬鞣革剂。
2.根据权利要求1所述的一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,步骤(1)所述的铬铁矿硫酸浸出液中的金属离子浓度为Cr3+15~40g/L,Fe3+7~20g/L,Mg2+0~8g/L,Al3+0~8g/L。
3.根据权利要求1所述的一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,步骤(1)所述的黄铁矾晶种加入量为0.1~5g/L;所述的黄铁矾为黄钾铁矾、黄钠铁矾或黄铵铁矾。
4.根据权利要求1所述的一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,在步骤(1)或(3)所述的陈化期间,通过加入碱液使溶液的pH值在初始值±0.3的范围内波动。
5.根据权利要求1所述的一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,步骤(2)所述的黄铁矾晶体可作为黄铁矾晶种在步骤(1)中循环使用。
6.根据权利要求1所述的一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,步骤(3)所述的针铁矿晶种粉末加入量为0.1~5g/L。
7.根据权利要求1所述的一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,步骤(4)所述的针铁矿晶体可作为针铁矿晶种在步骤(3)中循环使用。
8.根据权利要求1所述的一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,所述的搅拌条件的搅拌速度为600~2400rad/s。
9.根据权利要求1或4所述的一种由铬铁矿硫酸浸出液制备碱式硫酸铬鞣革剂的方法,其特征在于,所述的碱液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液或氨水溶液;所述的碱液的浓度为0.5~3mol/L。
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CN1264755C (zh) * | 2003-09-23 | 2006-07-19 | 史培阳 | 一种碱式硫酸铬的制备方法 |
US20090158530A1 (en) * | 2007-12-25 | 2009-06-25 | Soda Sanayi A.S. | Use of chromium complex in the leather industry |
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中国有色金属工业协会专家委员会组织编写: "《有色金属系列丛书 中国钴业》", 31 August 2012 * |
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