黄铵铁矾渣热分解反应机理及其动力学解析

针对黄铵铁矾渣侧吹熔炼熔渣稳定控制研究需求,采用热重−差热−质谱联用仪结合XRD、SEM-EDS等分析方法对其热分解过程及动力学特性进行研究。结果表明:黄铵铁矾渣中主要化合物为铵铁矾(NH_(4))Fe_(3)(SO_(4))_(2)(OH)_(6)、铁锌尖晶石(Zn,Fe)Fe_(2)O_(4)及硫酸铅PbSO_(4)、CaSO_(4)(H_(2)O)_(2)等硫酸盐。在热分解过程中,铵铁矾在380℃左右发生了脱氨、脱羟反应,生成各种硫酸盐,其机理函数为减速型α−t曲线;Fe_(2)(SO_(4))3在610℃时发生了分解,反应表观活化能E为153.07 kJ/mol,强化气体产物的扩散有助于推进反应进程;硫酸铅在1080℃左右发生分解,其反应机理遵循三维扩散,表观活化能较高(555.90 kJ/mol);硫酸铅分解的主要限制性因素是分解产物PbO在渣中的扩散,可通过降低渣系的熔点及黏度促进反应进行。

铁矾渣熔化-烟化过程中锌元素的物相演化规律

湿法炼锌热酸浸出-黄钾铁矾法炼锌工艺过程中产生的有害废渣铁矾渣,对人类的健康和生态环境造成极大的危害,且会导致有价金属的浪费,因此铁矾渣处理回收势在必行。本文通过对铁矾渣原渣的成分、物相等的分析,在热力学计算的理论指导下,讨论了基于碳热还原法的熔化-烟化回收铁矾渣中Zn元素最佳的工艺条件及其物相变化规律。通过计算得到铁矾渣中锌物相最终以氧化锌(ZnO)的形式富集于烟尘中;根据正交试验分析的结果验证了理论计算的合理性。基于降低能耗的考虑,最终确定试验研究结果:铁矾渣熔化-烟化过程中回收锌元素最佳条件为反应温度1200℃、保温时间100min空气流量600mL/min、配碳百分比30%,该条件下锌的回收率为99.70%。该研究为铁矾渣中锌元素的回收利用提供了现实的参考价值。

内蒙古某企业铁矾渣回收金属锌项目设计

项目设计采用浆化-萃取-洗涤-反萃-除油-电积的流程对铁矾渣中的锌金属进行回收。本项目浆化系统每天产出的337 t浆化液与厂区高浸渣工段每天产出的713 t选矿废水,通过输送泵送到萃取车间完成萃取工序,萃取后富锌液送去原电积车间电积。由于新增加的溶液量导致原有设备容量不足,故对原萃取车间进行扩建,电积车间经过计算电解槽尺寸不变,每槽新增放置阴极板11片、阳极板11片。项目建成后可以处理铁矾渣8.9万t/a,产生金属锌片667 t/a,很好的解决了铁矾渣堆存,有价元素没有得到及时回收的问题。

用铁矾渣吸附去除废水中Mo(Ⅵ)试验研究

研究了以锌浸出液沉铁后的铁矾渣为吸附材料去除废水中Mo(Ⅵ),考察了模拟废水初始pH和Mo(Ⅵ)初始质量浓度、铁矾渣用量、吸附时间对铁矾渣吸附Mo(Ⅵ)的影响,并探讨了吸附动力学。结果表明:在废水中Mo(Ⅵ)初始质量浓度40 mg/L、pH=3.0、吸附剂用量1.0 g/L、吸附时间240 min条件下,铁矾渣对Mo(Ⅵ)的吸附量可达13.21 mg/g;铁矾渣对废水中Mo(Ⅵ)的吸附过程更适合用准二级动力学模型描述,属于化学吸附;铁矾渣吸附钼过程更遵循Langmuir等温吸附模型,有较高的拟合精度,吸附过程属于单层分子吸附。该法工艺简单,成本较低,有望实现废渣高值化循环利用。

黄钾铁矾渣中银的回收工艺研究

银在浸出过程中往往随着黄钾铁矾渣沉淀,且随着浸出温度的升高,黄钾铁矾渣变得越来越稳定,银的回收也越来越困难。在热酸浸出–铁矾法中一般采用超酸浸出或焙烧方法回收银;而在低中温热压中是在浸出过程中添加NaI,高温热压则通常对氧化渣进行预处理的方法来回收银。

NaOH分解含铟铁矾渣新工艺

提出NaOH分解含铟铁矾渣新工艺,考察NaOH用量、液固比、温度和时间对铁矾渣分解率的影响,并讨论铁矾渣中杂质金属,如Zn、In、Cu、Cd、Pb、As、Sb、Sn和Ag等在NaOH分解过程中的行为。结果表明:在m(NaOH):m(铁矾渣)=0.3814:1、温度60℃、液固比2:1、反应时间2h的最优条件下,铁矾渣的分解率达到98.03%,而原料中的杂质金属,如Sn、Sb、Zn、In、Cu、Cd、Pb和Ag等绝大部分留在分解渣中,As则以AsO43-的形态大部分进入溶液,浸出率达到83.36%。DSC-TGA热分析和X射线衍射分析结果表明:在NaOH分解过程中,铁矾渣中的铁主要以Fe3O4形式沉淀入渣;分解渣中Fe、In和Zn的含量分别为38.81%、0.23%和12.89%;经稀盐酸选择性浸出铟和锌后,进一步磁选富集可作为炼铁原料。

铁矾渣热酸分解及硫脲提银

进行铁矾渣热硫酸分解和分解渣硫脲法提银的试验研究,考察硫酸用量、分解温度、反应时间、液固比对铁矾渣中Fe、Zn、Ag浸出率的影响,以及硫脲法提银的最优条件。结果表明:在硫酸用量为其理论值的1.5倍、分解温度95℃、时间2.5 h、液固比2.5:1的最佳条件下,铁矾渣中Fe和Zn浸出率分别为93.85%和92.25%,而Ag的浸出率仅为1.99%。分解液净化后可用中温水热法制备铁红,分解渣中Ag富集到1060 g/t。在液固比10:1、硫脲浓度15 g/L、浸出温度90℃、反应时间2.5 h的最优条件下,Ag的平均浸出率在93%以上,同时,渣中Pb的品位由1.7%提高到7.5%。

热酸浸出黄钠铁矾渣工艺

以黄钠铁矾渣为原料,研究硫酸浸出过程的工艺条件,分析浸出过程的热力学和动力学机理.实验结果表明,在液固比为5∶1,搅拌速率为350 r/min条件下,浸出黄钠铁矾渣的最佳工艺条件为:硫酸质量浓度为225 g/L,反应温度为95℃,反应时间为2.5 h,该条件下多组实验的渣中Fe、Zn浸出率均大于96%.黄钠铁矾渣硫酸浸出过程在动力学上属于收缩核模型,受化学反应控制.

铁矾渣还原焙烧制备磁铁矿的研究

对某锌冶炼厂的铁矾渣进行了粉煤还原焙烧-磁选试验研究,考查了焙烧过程中Zn、Fe、S等主要元素的行为。研究结果表明,在900℃时还原焙烧可以产出磁性很强的磁铁矿,Zn转化为铁酸锌。超过900℃时会有有碱性硫化物生成。粉煤还原焙烧铁矾的最佳条件是:温度900℃,粉煤用量为45g/kg,焙烧时间75min。此时烧渣含S3.07%,含Fe55.94%,烧渣水浸后含S降低到1.47%。在最佳条件下进行焙烧—磁选,精矿含Fe在58.99%～58.72%之间,精矿中Zn含量均比尾矿高约1%,烧渣中大部分S与磁性产物在一起,磁选精矿含S在2.5%～3%之间。

超声波辅助浸出铁矾渣中铟、锌试验研究

研究了将超声波引入到铁矾渣浸出过程中强化铟、锌浸出,对比了直接硫酸浸出和超声波辅助硫酸浸出铟、锌效果,考察了超声波功率、浸出时间、反应温度、硫酸浓度、液固体积质量比和机械搅拌速度对铟、锌浸出率的影响,并对2种方法的浸出渣进行XRD和SEM分析。结果表明:在其他条件相同情况下,酸浸过程中引入超声波可以加快铁矾渣的溶解,提高铟、锌浸出率;反应温度、硫酸浓度、超声波功率对铟、锌浸出率影响较大,浸出时间对铟浸出率影响较小而对锌浸出率影响较大,液固体积质量比和机械搅拌速度对铟、锌浸出率影响不大。该方法为铁矾渣中铟、锌的高效提取提供了一个可供选择的新方法。

铁矾渣热分解过程研究

采用DSC-TG和XRD分析方法对铁矾渣热分解过程进行了研究。结果表明:铁矾渣的热分解包括脱水、脱氨、氧化和晶型转变等复杂步骤;经750℃焙烧,铁矾渣呈红棕色,最终产物主要为ZnFe_2O_4和Fe_2O_3;基于Kissinger法和Flynn-Wall-Ozawa法得到铁矾渣在350~450℃和630~720℃温度区间热分解反应的活化能分别约为260和230 k J/mol,频率因子分别为3.07×10^(19)和1.29×10^(12)。

转底炉煤基直接还原铁矾渣回收铁锌联合工艺

开发了转底炉内铁矾渣含碳球团直接还原—熔分回收铁、烟气回收次氧化锌的联合工艺,研究了工艺参数对铁矾渣中铁和锌综合回收的影响。最佳工艺条件为:碱度2.5,配碳比1.4,还原温度1 300℃,还原时间30min,金属化率达到98.47%,铁回收率为95%,在还原阶段锌的挥发率达到94%,熔分结束锌的挥发率接近100%。在最佳工艺参数下进行了Φ3.0 m转底炉中试试验,得到全铁含量44.50%,金属铁含量34.71%,金属化率78%的金属化球团,锌挥发率达到92%。

用微波硫酸化焙烧—水浸新工艺从铁矾渣中回收有价金属

研究了将铁矾渣与浓硫酸混合,经微波低温焙烧后用水浸出有价金属。试验结果表明:在浓硫酸质量为铁矾渣质量的36%、微波焙烧温度250℃、保温时间30min、浸出温度50℃、浸出时间1h、水浸液固质量比4∶1、搅拌速度300r/min最优条件下,Fe、Zn浸出率分别可达89.4%、80.7%,浸出液中的有价金属可进一步回收,富含硫酸铅的浸出渣可用作炼铅添加剂。与传统烟化炉工艺相比,此工艺有价金属浸出率高,处理效率高,对环境友好。

微波辅助浸出铁矾渣中锌的试验研究

对比研究了直接硫酸浸出、微波酸浸、先碱浸再酸浸和先碱浸再微波酸浸工艺从铁矾渣中浸出锌。结果表明:浸出过程中引入微波可以提高锌浸出率;微波酸浸之前先进行碱浸有利于锌的浸出;微波功率对微波酸浸和先碱浸再微波酸浸有明显影响,不同微波功率条件下,先碱浸再微波酸浸的效果优于直接微波酸浸效果;碱浸后再微波酸浸,浸出时间、反应温度、硫酸初始浓度、液固体积质量比都对锌的浸出有较大影响。研究结果对类似铁矾渣的综合利用有一定参考价值。

铁矾渣直接还原-浮选回收银工艺研究

采用直接还原-浮选新工艺流程回收铁矾渣中的银。结果表明,银矿物被包裹在铅铁矾矿物中难以充分解离,直接浮选效果不理想;通过直接还原反应可以破坏铅铁矾矿物的化学结构从而使包裹银暴露易于硫化,同时降低锌含量,避免Zn^(2+)对浮选的不利影响。直接还原-洗矿-浮选闭路流程得到银品位2 125 g/t、回收率80.35%的银精矿,浮选效果良好。

黄钾铁矾渣浸出液还原和深度净化

以热酸直接浸出黄钾铁矾渣的浸出液为原料,采用单因素法对浸出液还原、硫化沉淀除隔和氟化沉淀除钙除镁的工艺进行研究.浸出液还原实验结果表明：在反应温度80℃,时间2 h,搅拌速度150-200 r/min,铁粉加入量为理论量1.15倍的条件下,浸出液中Fe^3＋全部被还原,铁锌比接近低功耗锰锌铁氧体的理论配方,杂质Cu^2＋的质量浓度降到1 mg/L,去除率在99%以上,Cd^2＋的去除率为17%.硫化沉淀除隔实验结果表明：浸出液还原反应完成后,直接在其中加入理论量1.4倍的（NH4）2S,反应时间为30 min,溶液中杂质Cd2＋的质量浓度降到1 mg/L以下,去除率在98%以上.氟化沉淀除钙除镁综合实验研究中,溶液中Mg^2＋、Ca^2＋的除去率分别为96.73%和76.67%.

铁矾渣的处理及萃取提铟新工艺研究

开发了铁矾渣还原挥发处理及萃取提铟新工艺 ,铟回收率大于 80 % 。

黄钠铁矾渣制备透明氧化铁黄的研究

研究了以黄钠铁矾渣为原料，采用滴加法制备透明铁黄的工艺条件，讨论了亚铁浓度、温度、通气量、搅拌速度及添加剂用量等因素对铁黄制备的影响。用XRD和TEM对产品进行表征。结果表明，铁黄粒子呈针状；长轴为95—125nm，短轴为18～25nm；无团聚现象，单分散性好。

铁矾渣直接还原—磁选—反浮选工艺探索

采用配碳球团直接还原铁矾渣得到金属化球团,烟气回收次氧化锌和铅,金属化球团经磨矿磁选得到铁精矿Ⅰ,之后再进行浮硅抑铁反浮选得到铁精矿Ⅱ。研究表明,在碱度为2.5、配碳比为1.4、1 300℃还原30min时,金属化率达到98.47%,铅、锌挥发率分别达到86.25%和98.54%。将金属化球团磨样后在159.2kA/m时磁选效果最好,铁精矿Ⅰ品位为46.66%,铁回收率达到79.79%,经反浮选后得到品位60.30%的铁精矿Ⅱ。

硅酸盐水泥与铁矾渣反应产物及固化

研究铁矾渣与石灰和水泥的反应产物及水泥对重金属离子的固化能力。结果表明,添加石灰和水泥都可将铁矾渣完全分解,分解产物也为Fe_3O_4和石膏。用水泥对铁矾渣进行固化处理,固化体的浸出毒性符合国家标准要求。