針鐵礦法除鐵

1、磚紅壤及其礦物表面對重金屬離子的專性吸附研究本文對（）、（）、（）、（）和（）在磚紅壤、針鐵礦、無定形氧化鋁和高嶺石表面上的專性吸附進(jìn)行的研究結(jié)果表明：是影響重金屬離子吸附過程的最重要因素，而表面帶電性質(zhì)對吸附過程的影響不大。針鐵礦表面的吸附順序是；重金屬離子在四種材料上的吸附過程符合三層絡(luò)合模式：（式中為表面；為重金屬離子；（）是本征絡(luò)合常數(shù)；是表觀絡(luò)合常數(shù)；為指數(shù)函數(shù)；為電子電荷；為表面電位；為層電位，為氣體常數(shù)；為絕對溫度。用吸附數(shù)據(jù)求得的與（表面電荷密度）之間呈極顯著直線相關(guān)（）。模型參數(shù)（）和內(nèi)層電容可用來表征表面與（）吸附親和大的大小。在本文所測試的五種離子中，（）與表面(4)針鐵

2、礦對4種金屬離子的吸附能力由強(qiáng)到弱的順序是:Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+>Ni2+>Co2+。(5)針鐵礦對重金屬離子吸附主要是物理化學(xué)吸附,并可形成穩(wěn)定化合物。所以,針鐵礦可作為重金屬污水處理的有效吸附劑,并有調(diào)節(jié)pH的作用。3.1針鐵礦吸附Cu2+試驗(yàn)表明,針鐵礦對Cu2+的吸附取決于pH值,存在一個較窄的pH值范圍使吸附率急劇增至98%,并且隨著pH值增高而穩(wěn)定;在pH值為4.3時出現(xiàn)增高趨勢,大于4.3吸附率急劇上升,到pH值等于7.3時吸附率達(dá)到最大值。因此,在針鐵礦吸附Cu2+的過程中,pH值為4.3是其吸附邊界pH值,詳見圖3。重金屬離子在

3、針鐵礦的表面上形成微晶礦物與針鐵礦表面具有微溶性密切相關(guān),這是針鐵礦對重金屬離子具有強(qiáng)烈吸附作用的原因1,2。針鐵礦對重金屬吸附作用具有幾種情況:(1)物理吸附;(2)化學(xué)吸附;(3)物理化學(xué)吸附。但是,對于不同重金屬離子3種吸附作用是不同的。針鐵礦對于銅、鋅、鎘,主要是表現(xiàn)為表面吸附和離子交換吸附2種作用。表面吸附由于膠體具有巨大的比表面積和表面能所致。離子交換吸附與膠體微粒帶電荷有關(guān)。pH值對重金屬的吸附作用有很大影響,對每一種重金屬來說都存在著一個有利于吸附的最佳pH值范圍。通過相圖可以確定pH值的范圍。針鐵礦(XOH)吸附重金屬離子的過程可以用以下化學(xué)式表示:離子調(diào)節(jié)劑等。輕基氧化鐵以

4、晶型的a一FeooH和p一FeooH較穩(wěn)定，p，丫，6一FeOOH和Fe5Hos·4HZo易轉(zhuǎn)化成a一FeooH。el一離子較豐富環(huán)境中，F(xiàn)e(111)鐵鹽溶液易形成p一FeooH。富含50擴(kuò)、No3一離子時，F(xiàn)e(oH)3凝膠在低于40“e條件卞分別轉(zhuǎn)化a一FeOOH相、a一FeooH和贊FeoOH的混合相;在4于80“C間均轉(zhuǎn)化為另含a·FeZo的混合相;高于80“e均轉(zhuǎn)化成純相a一FeZo3(eomellandsehwertmann，1991)。在近中性環(huán)境中，微量Fe(11)對Fe(OH)3凝膠和a，p，丫，6一FeOOH的相轉(zhuǎn)化有促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在可通過催化原礦

5、物相溶解，并促進(jìn)相轉(zhuǎn)化過程發(fā)生(郭輝和魏雨，2006)。在缺氧除鐵是濕法冶金中最為普遍的工藝過程，通常認(rèn)為，針鐵礦型的沉鐵渣為最好，結(jié)晶體大，夾帶有價金屬少，容易過濾。根據(jù)Fe2O3H20系的平衡圖，在Fe3+濃度很低的條件下，F(xiàn)e3+將形成針鐵礦 FeooH沉淀。氧化一還原電位和pH是控制鐵在水溶液中行為的二個重要因素。針鐵礦為一種很穩(wěn)定的晶體，其溶解反應(yīng)的平衡常數(shù)很小，黃鈉(鉀)鐵礬和針鐵礦的生成條件有相近的地方，很容易因?yàn)榭刂撇划?dāng)，生成黃鈉(鉀)鐵礬，主要問題出現(xiàn)在酸度控制方面，為使pH值變化得到更加精準(zhǔn)和有效的監(jiān)控，避免實(shí)驗(yàn)引起如此大的偏差。pH值調(diào)低，防止鐵在高pH值下水解并不斷用N

6、a2CO3調(diào)節(jié)反應(yīng)混合液的pH值;在比較添加一定比例晶種與否時，發(fā)現(xiàn)有晶種存在時，針鐵礦沉淀時的pH范圍變寬，體系含鐵量可以大于lg/L，即添加晶種降低了反應(yīng)的活化能，晶種在除鐵過程中起到了重要作用;與還原一氧化法不一樣的是，部分水解法不是把Fe3十還原成Fe2+，反而是把溶液中少量的Fe2+氧化成Fe3十，再把含大量鐵的浸出液以噴淋的方式灑入攪拌均勻的含鐵低于1g/l的低酸溶液中，浸出液在接觸槽內(nèi)底液(適合針鐵礦產(chǎn)生的)的瞬間，在巨大的熱力學(xué)推動下，以水解的形式析出針鐵礦沉淀，可視為三價鐵離子直接水解，反應(yīng)式如下:由上反應(yīng)式可以看出，硫酸高鐵水解產(chǎn)生酸，要是算不用中和劑中和，產(chǎn)物必將發(fā)生變化

7、，因此，要是反應(yīng)槽內(nèi)溶液是指保持在一定范圍的pH，濕法煉鋅過程一般用焙砂不斷中和余酸。陳松等對鎳精礦氯氣浸出液凈化除鐵工藝研究156，采用了針鐵礦法，為了克服傳統(tǒng)硫化鎳精礦火法冶金工藝的不足，鎳冶金的全濕法、短流程新工藝研究開發(fā)備受矚目。目前，硫化鎳精礦氯氣浸出一凈化一電積新工藝己經(jīng)在國外得到了應(yīng)用，在這項(xiàng)工藝中，凈化除鐵是最關(guān)鍵的技術(shù)之一。最佳工藝條件:氧化劑用量5g/l，溶液pH值2.5一3.0，溫度85左右，攪拌時間2h。除鐵后液含鐵可達(dá)0.0068留L，渣中Ni、Co損失分別為0.14%和0.05%查閱文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn):黃鈉(鉀)鐵礬和針鐵礦的生成條件有相近的地方，很容易因?yàn)榭刂撇划?dāng)，生成

8、黃鈉(鉀)鐵礬，主要問題出現(xiàn)在酸度控制方面，因此pH值變化需得到更加精準(zhǔn)和有效的監(jiān)控。在除鐵溫度上，同黃鈉鐵礬法除鐵相近，但沉淀渣量較黃鈉鐵礬少。針鐵礦晶種制備方法針鐵礦物理化學(xué)性質(zhì) 針鐵礦是含水氧化鐵的主要礦物之一，常稱為a型一水氧化鐵，它的組成為-Fe203 .H20或-Fe00H，與纖鐵礦(-Fe00H)是同質(zhì)多象變體。針鐵礦在礦物學(xué)上屬斜方晶系，晶格常數(shù)為:a=0.464nm, b=0.998nm, e=0.303nm。針鐵礦的晶形結(jié)構(gòu)為八面體，見圖1-1。從近代化學(xué)觀點(diǎn)看，針鐵礦屬于無機(jī)高聚物范疇。用分子式Fe00H表示的單位并不獨(dú)立存在，針鐵礦的分子式的寫法應(yīng)為 -Fe00Hn，其

9、中n是一個比較大的數(shù)字. -Fe00H在自然環(huán)境中通常存在于土壤、沉積物、含水土層及鐵礦中，它也常出現(xiàn)在在含鐵巖石的風(fēng)化產(chǎn)物中，自然界以針鐵礦的形式存在。水解法沉鐵，黃鉀(鈉)鐵礬法沉鐵和針鐵礦法沉鐵。通常認(rèn)為，針鐵礦型的沉鐵渣為最好，結(jié)晶體大，夾帶有價金屬少，容易過濾。但針鐵礦法除鐵的工藝條件要求苛刻，難于控制和掌握;特別是在沉鐵過程中要有一定的針鐵礦作晶種。1.1水熱法制備針鐵礦晶種的實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)以硫酸鐵為原料，在酸性條件下用雙氧水把溶液中的少量二價鐵氧化成三價鐵，見反應(yīng)式(1)，采用往硫酸鐵溶液中滴加氫氧化鈉制備膠態(tài)氫氧化鐵前驅(qū)體，見反應(yīng)式(2)，待反應(yīng)完全后，用稀硫酸緩慢調(diào)節(jié)前驅(qū)體

10、混合液的pH值至3-4，見反應(yīng)式(3)，再將前驅(qū)體混合液裝入水熱反應(yīng)釜，前驅(qū)體在一定溫度的水熱作用下脫水得到針鐵礦，見反應(yīng)式(4)和(5)。整個過程的主要反應(yīng)式如下:準(zhǔn)均相成核法制備針鐵礦在制備針鐵礦晶種時，始終保持底液與原料液的比值較大，原料液全加入到底液后，三價鐵離子在反應(yīng)槽的增加量比較小，反應(yīng)槽的三價鐵離子自始至終都小于1g/L，滿足生成針鐵礦需要鐵離子濃度低于1 g/L，過程中保持加料慢，攪拌速度快。由于反應(yīng)槽中的鐵離子含量低，生成的針鐵礦也很少，因此體系中的固/液比很小，鐵離子的直接水解反應(yīng)視為準(zhǔn)均相成核反應(yīng)。除鐵過程中，反應(yīng)物料連續(xù)不斷地加入，反應(yīng)產(chǎn)物也從反應(yīng)槽中連續(xù)不斷地排出，維持反應(yīng)體系的物料總量或總體積恒定。整個過程是循環(huán)的，所得到的針鐵礦產(chǎn)物再部分返回反應(yīng)槽，作為晶種使用。整個除鐵過程采用如圖3-7所示設(shè)備連接。當(dāng)大量針鐵礦晶種存在時，晶種發(fā)揮作用，鐵離子迅速吸附在晶種表面，并快速發(fā)生水解，最后脫落形成新晶核，產(chǎn)生二次成核，或者直接長大成為大晶體，見反應(yīng)式 (3-3), (3-4), (3-5)。生成的晶核如果彼此之間發(fā)生附聚或團(tuán)聚，發(fā)生重結(jié)晶成大晶休;或者在二次成核過程中，不斷地消耗鐵離子，晶核直接長成大晶體，實(shí)現(xiàn)除鐵。在除鐵過程