CN106011468A - 一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法 - Google Patents

一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，包括以下步骤：取含亚铁离子的硫酸锌溶液，加入含有二价铜离子的催化剂，加热，通入富氧，再加入氧化锌至pH值为4～5.4。本发明的优点是：成本低、效率高、锌损失量小，过滤速度较快，滤渣含水较低，不会引入其他杂质离子，除铁深度完全能够满足锌电解液的要求。

Description

一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法
技术领域
本发明属于湿法冶金技术领域，特别涉及一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法。
背景技术
湿法冶锌领域长期以来含亚铁硫酸锌溶液亚铁离子的净化分离主要采用，二氧化锰氧化氢氧化铁水解沉淀法、高锰酸钾或二氧化锰氧化，黄铁矾沉铁法。
二氧化锰氧化氢氧化铁水解沉淀法：
主要反应式：2FeSO4+MnO2+4H2O＝2Fe(OH)3↓+MnSO4+H2SO4
二氧化锰氧化，氢氧化铁水解沉淀法是基于二氧化锰的氧化还原电位高于二价铁离子(Fe2+)的氧化还原电位，使二价铁离子(Fe2+)氧化为三价铁离子(Fe3+)，三价铁离子在弱酸性溶液中生成难溶的氢氧化铁[Fe(OH)3]胶体沉淀。该方法虽然操作简单，除铁效果好，但氧化剂二氧化锰耗用大，液固分离较为困难，渣含水较高，锌损失率较大，成本较高。
高锰酸钾或二氧化锰氧化，黄铁矾沉铁法：
主要反应式：
2FeSO4+2H2SO4+MnO2＝Fe2(SO4)3+MnSO4+2H2O
黄钾铁矾：3Fe2(SO4)3+K2SO4+12H2O＝K2Fe6(SO4)4(OH)12↓+6H2SO4
黄铵铁矾：3Fe2(SO4)3+(NH4)2SO4+12H2O＝(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12↓+6H2SO4
黄钠铁矾：3Fe2(SO4)3+Na2SO4+12H2O＝Na2Fe6(SO4)4(OH)12↓+6H2SO4
高锰酸钾或二氧化锰氧化，黄铁矾沉铁法是基于高锰酸钾或二氧化锰在酸性溶液中将亚铁离子(Fe2+)氧化为高铁离子(Fe3+)，高铁硫酸锌溶液中的Fe3+离子在较高温度和有碱金属离子(K+、Na+)或铵离子(NH4 +)参加的条件下，从弱酸性溶液中缓慢生成黄铁矾的晶形沉淀。该方法虽然操作简单，液固分离较为顺利，但氧化剂耗用较大，热损失较大，渣含水较高，锌损失率较大，成本较高且脱铁深度受到溶液pH的限制。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，该方法能有效脱除亚铁离子且锌的损失率小。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，包括以下步骤：取含亚铁离子的硫酸锌溶液，加入含有二价铜离子的催化剂，加热，通入富氧，再加入氧化锌至pH值为4～5.4。
作为优选，加入所述二价铜离子的含量为40～200mg/L；加热的温度为30℃～90℃；所述通入富氧的氧气流量为所述硫酸锌溶液体积的0.05～0.02倍/min。
本发明还提供一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，包括以下步骤：取含亚铁离子的硫酸锌溶液，加入含有二价铜离子的催化剂，加热至30℃～90℃，然后和富氧同时泵入至压力容器罐(也可称为压力溶气罐)中，并保持压力容器罐内有压力，使气液混合体在容器罐中停留一段时间，随后通过压力喷头释放至中和反应槽中，再加入氧化锌至pH值为4～5.4。
作为优选，所述保持压力容器罐内的压力为0.3～0.6MPa；所述停留的时间为5～30min；所述气液混合体通过过压力喷头释放的出口速度为18～35m/s；在加入所述氧化锌时，搅拌混匀，所述搅拌的搅拌线速度为4～8m/s；所述泵入富氧的氧气流量为所述硫酸锌溶液体积的0.05～0.02倍/min。
作为优选，在加入所述氧化锌后，还包括过滤的步骤，所得滤液为脱除了亚铁离子的硫酸锌溶液，所得滤渣通过水洗涤后用作铁矿使用。
本发明的机理是：①氧气在溶液中的溶解度与氧的平衡分压成正比，氧气的纯度越高、压力越大氧的溶解度越大，其氧化势能越大；②O2(g)+4H++4e-＝2H2O的电极电位为+1.229V，Fe3+(aq)+e-＝Fe2+(aq)的电极电位将随着溶液pH的升高迅速降低，当溶液pH为5时电极电位＜0.23V。Cu2+(aq)+e-＝Cu+(aq)的电极电位也随着溶液pH的升高有所降低，但降低的趋势比Fe3+(aq)+e-＝Fe2+(aq)要平缓得多，当溶液pH为5时Cu2+(aq)+e-＝Cu+(aq)的电极电位≥0.50V，其电势差≥0.27V，此时Cu2+完全可以把Fe2+氧化为Fe3+，Cu2+被还原为Cu+。其氧化速率相对均衡，致使高价铁离子(Fe3+)以羟基氧化铁(FeOOH)晶体析出沉淀；③因为铜对氧的亲和力大于铁对氧的亲和力，Cu+更容易被氧气(O2)氧化为Cu2+。
主要反应式：
2FeSO4+2CuSO4+3ZnO+H2O＝2FeOOH↓+3ZnSO4+Cu2SO4
本发明所用方法成本低、效率高、锌损失量小，过滤速度较快，滤渣含水较低，不会引入其他杂质离子，除铁深度完全能够满足锌电解液的要求。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
如图1所示，取硫酸锌溶液900L，(Zn：110.52g/L，Fe2+：29g/L)置于1200L中和反应槽中，开动搅拌器，调节搅拌线速度为5.7m/s，加入五水硫酸铜225g，溶液化学成分为(Zn：110.52g/L，Fe2+：29g/L，Cu2+：63.5mg/L)。打开蒸汽加热至70℃，起动循环泵并同时向泵出口的管道内通入工业富氧，氧气通入量为45L/min，气液混合体进入压力溶气罐内，当压力溶气罐内压力为0.25MPa表压时缓慢打开压力喷头阀门，使压力溶气罐内的气液混合体，通过压力释放喷头释放循环回中和反应槽中，调节阀门打开的大小度保持压力溶气罐内压力为0.25MPa表压，气液释放出口速度为19m/s。在中和反应槽中加入中和剂氧化锌粉(ZnO)，使溶液pH值一直保持5.0，如此循环2.5小时后过滤分析液(Zn：140.34g/L，Fe2+：14.21mg/L，Cu2+：32.54mg/L)。
实施例2
如图1所示，取硫酸锌溶液900L，(Zn：78.34g/L，Fe2+：26.93g/L)置于1200L中和反应槽中，开动搅拌器，调节搅拌线速度为4.32m/s，加入五水硫酸铜500g，溶液化学成分为(Zn：78.34g/L，Fe2+：26.94g/L，Cu2+：140.5mg/L)。打开蒸汽加热至80℃，起动循环泵并同时向泵出口的管道内通入工业富氧，氧气通入量为38L/min，气液混合体进入压力溶气罐内，当压力溶气罐内压力为0.45MPa表压时缓慢打开压力喷头阀门，使压力溶气罐内的气液混合体，通过压力释放喷头释放循环回中和反应槽中，调节阀门打开的大小度保持压力溶气罐内压力为0.45MPa表压，气液释放出口速度为26m/s。在中和反应槽中加入中和剂氧化锌粉(ZnO)，使溶液pH值一直保持5.4，如此循环2.5小时后过滤分析液(Zn：97.15g/L，Fe2+：10.23mg/L，Cu2+：115.50mg/L)。
实施例3
如图1所示，取硫酸锌溶液900L，(Zn：56.32g/L，Fe2+：28.48g/L)置于1200L中和反应槽中，开动搅拌器，调节搅拌线速度为3.53m/s，加入五水硫酸铜250g，溶液化学成分为(Zn：56.32g/L，Fe2+：28.48g/L，Cu2+：70.68mg/L)。打开蒸汽加热至68℃，起动循环泵并同时向泵出口的管道内通入工业富氧，氧气通入量为42L/min，气液混合体进入压力溶气罐内，当压力溶气罐内压力为0.30MPa表压时缓慢打开压力喷头阀门，使压力溶气罐内的气液混合体，通过压力释放喷头释放循环回中和反应槽中，调节阀门打开的大小度保持压力溶气罐内压力为0.30MPa表压，气液释放出口速度为21m/s。在中和反应槽中加入中和剂氧化锌粉(ZnO)，使溶液pH值一直保持5.2，如此循环3.5小时后过滤分析液(Zn：82.34g/L，Fe2+：18.67mg/L，Cu2+：42.54mg/L)。
以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，其特征在于：包括以下步骤：取含亚铁离子的硫酸锌溶液，加入含有二价铜离子的催化剂，加热，通入富氧，再加入氧化锌至pH值为4～5.4。
2.根据权利要求1所述的一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，其特征在于：加入所述二价铜离子的含量为40～200mg/L；加热的温度为30℃～90℃；所述通入富氧的氧气流量为所述硫酸锌溶液体积的0.05～0.02倍/min。
3.一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，其特征在于：包括以下步骤：取含亚铁离子的硫酸锌溶液，加入含有二价铜离子的催化剂，加热至30℃～90℃，然后和富氧同时泵入至压力容器罐中，并保持所述压力容器罐内有压力，使气液混合体在所述压力容器罐中停留一段时间，随后通过压力喷头释放至中和反应槽中，再加入氧化锌至pH值为4～5.4。
4.根据权利要求3所述的一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，其特征在于：所述保持压力容器罐内的压力为0.3～0.6MPa；所述停留的时间为5～30min；所述气液混合体通过过压力喷头释放的出口速度为18～35m/s；在加入所述氧化锌时，搅拌混匀，所述搅拌的搅拌线速度为4～8m/s；所述泵入富氧的氧气流量为所述硫酸锌溶液体积的0.05～0.02倍/min。
5.根据权利要求3所述的一种用工业富氧从含铁硫酸锌溶液中脱除亚铁离子的方法，其特征在于：在加入所述氧化锌后，还包括过滤的步骤，所得滤液为脱除了亚铁离子的硫酸锌溶液，所得滤渣通过水洗涤后用作铁矿使用。
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