铁矾法从富铟高铁硫化锌精矿加压浸出液中沉铟研究.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 5 铁矾法从富铟高铁硫化锌精矿加压浸 出液中沉铟研究 蒋继波1 ’2 ，王吉坤3 ，贺山明1 ，王帆1 ，钟庆东2 1 ．昆明理工大学材料与冶金学院，昆明6 5 0 0 9 3 ； 2 ．上海大学，上海市现代冶金与材料制备重点实验室，上海2 0 0 0 7 2 ； 3 ．云南冶金集团股份有限公司，昆明6 5 0 0 3 1 摘要研究利用黄钾铁矾法从富铟高铁加压浸出液中沉铟的影响因素，并与黄铵铁矾法沉铟做比较。结 果表明，在相同条件下，黄钾铁矾法具有更大的沉钢能力，且所需要的时间为3h ，远少于黄铵铁矾法沉 铟所需要的时间。黄钾铁矾法沉铟最佳工艺条件p H 1 ．7 3 ～1 ．7 5 ，温度9 6 ～9 8 ℃，铁铟摩尔比大于 2 0 0 ，反应时间3h ，添加晶种，晶种添加量为理论生成铁矾量的1 ．5 倍时，黄钾铁矾法沉铟率高达9 7 ％以 上，铁的沉淀率也达到9 8 ％左右，为后续电积Z n 提供了合格的浸出液。 关键词黄钾铁矾；黄铵铁矾；加压浸出；晶种；铟 中图分类号T F 8 1 3 ；T F 8 4 3 ．1 文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 1 0 0 5 0 0 0 5 0 4 S t u d yo nI n d i u mP r e c i p i t a t i o nf r o mP r e s s u r eO x i d a t i v e L e a c h i n gL i qu o rb yJ a r o s i t e J I A N Gj i B 0 1 ”，W A N GJ i K u n 3 ，H ES h a n M i n 9 1 ，W A N GF a n l ，Z H O N GQ i n g d o n 9 2 1 ．C o l l e g eo fM a t e r i a l sa n dM e t a l l u r g y ，K u n m i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，K u n r n i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a ； 2 ．K e yL a b o r a t o r yo fM o d e r nM e t a U a r g ya n dM a t e r i a lP r o c e s s i n g ，S h a n g h a iU n i v e r s i t y ，S h a n g h a i2 0 0 0 7 2 ，C h i n a l 3 ．Y u n n a nM e t a l l u r g yG r o u pC o r p o r a t i o n ，K u n m i n g6 5 0 0 3 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h ei n f l u e n c i n g { a c t o r so np r e c i p i t a t i n gi n d i u mf r o me n r i c h e di n d i u ma n dh i g hi r o np r e s s u r el e a c h i n gs o l u t i o nb yj a r o s i t ew e r es t u d i e da n dc o m p a r e dw i t ha m m o n i u mj a r o s i t e ．T h er e s u l t ss h o wt h a tu n d e r t h es a m ec o n d i t i o n s ，j a r o s i t eh a st h e b e t t e ra b i l i t yt op r e c i p i t a t ei n d i u m ，a n dt h et i m ei s3h o u r s ，i ti sf a r l o w e rt h a nt h a to fa m m o n i u mj a r o s i t e ．0 } p t i m u mc o n d i t i o n sw e r eo b t a i n e d p Hi s1 ．7 3 ～1 ．7 5 ，t e m p e r a t u r ei s9 6 ～9 8 ℃，m o l a rr a t i oo fi n d i u ma n di r o ni Sm o r et h a n2 0 0 ，r e a c t i o nt i m ei S3h o u r s ，a d d i t i v es e e d s a n da d d i t i o na m o u n ti s1 ．5t i m e st of e r r i ca l u mt h e o r e t i c a lq u a n t i t y ，u n d e rt h i sc o n d i t i o n s ，t h er a t eo fp r e c i p i t a t i n gi n d i u mb yj a r o s i t ei sa b o v e9 7 ％，t h er a t eo fp r e c i p i t a t i n gi r o ni sa b o u t9 8 ％，t h eq u a l i f i e dl e a c h i n gs o l u t i o nf o rz i n ce l e c t r o w i n n i n gc a nb eo b t a i n e d ． K e y w o r d s J a r o s i t e ；A m m o n i u mj a r o s i t e ；P r e s s u r el e a c h i n g ；C r y s t a ls e e d s ；I n d i u m 铟的回收方法主要有氧化造渣法、电解富集法、 离子交换法、硫酸化焙烧法、热酸浸出铁矾法、热酸 浸出针铁矿法等‘卜4 | 。铁矾法除铁在国内外已经得 基金项目云南省科学研究基金资助项目 2 0 0 8 0 4 9 作者简介蒋继波 1 9 8 2 - - ，男，山东平度人，博士研究生． 到广泛应用。但用于从富铟高铁加压浸出液中沉铟 的报道很少。本文试图找到一种从富铟高铁加压浸 出液中沉铟的工艺方法。既能更好的富集铟，同时 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 又能使铁于主体金属锌得到分离，降低生产成本的 工艺。 1实验 1 ．1 铁矾的形成及沉铟原理 铁矾类化合物的形成是在较高的温度和有碱金 属离子或N H 。 存在的条件下，从弱酸性硫酸盐溶 液中缓慢的形成不易溶解的配合物及结晶的碱式硫 酸钾 钠、铵 等复盐化合物。此沉淀物非常稳定，溶 解度很低，易于沉降过滤和洗涤。反应机理如下‘5 1 3 F e 2 S 0 4 3 1 0 H 2 0 2 N H 3 H 2 0 N H 4 2 F e 6 S 0 4 4 H 1 2 5 H 2 S 0 4 1 由反应式可知，为使反应进行完全，需中和水解 生成的硫酸，本文所用中和剂为分析纯Z n O 。 铁矾类化合物除具有较强的吸附性能外，其晶 体化学位置，如K 、F e 3 、S 0 。2 _ 的位置均会形成广 泛的类质同象，从而可使I n 以吸附或置换的方式进 入铁矾类化合物[ 6 ] 。 对于I n 与铁矾的相互作用机理，本文认为可能 发生了如下反应 I n 2 S 0 4 3 3 6 H 2 0 9 F e 2 S 0 4 3 3 I n 2 ／3 F e 6 S O 。 。 O H 。。 1 8 H S O 。 2 I n 抖取代了N a 、K 、N H 。 的位置，从而 进入铁矾，生成沉淀。 1 ．2 实验原料及试剂 实验原料为富铟高铁硫化锌精矿加压浸出液， 其成分为 g ／L I n0 ．0 4 5 ～0 ．1 4 、F e1 0 ～1 5 、F e 3 4 ．6 ～6 ．0 、H 2 S 0 44 0 ～5 0 、C u0 ．4 ～0 ．5 、P b0 ．7 ～ 1 ．0 、A s0 ．4 ～0 ．5 、C d0 ．3 ～O ．4 。实验试剂为分析 纯硫酸铁、氧化锌、氨水、硫酸钾等。 1 ．3 实验步骤 在一个用水浴锅恒温的玻璃反应器中，用适量 的H O 。将浸出液中的F e 2 氧化成F e 3 。溶液用 电动搅拌器不断搅拌，搅拌速度4 0r ／r a i n ，溶液p H 用酸度计测定，升到所需的温度后，开始计时。由于 反应中H 浓度不断升高，因此需要不断加入Z n O 进行中和，此时要注意控制缓慢的中和速度。为研 究在不同的I n 3 十，F e 3 初始浓度下，铁矾法对沉铟 的影响，还需要对浸出液进行浓缩、稀释或加入一定 量的I n 3 、F e 3 。 2 结果与讨论 2 ．1 铁铟摩尔比对黄钾铁矾沉I n 的影响 铁铟摩尔比是影响铟沉淀率的一个重要条件。 铁铟摩尔比过低，浸出液中铟不能完全被沉淀下来； 反之，铁铟摩尔比过高，则增加了后处理量，导致成 本升高。固定条件p H 1 ．7 5 ，温度9 6 ～9 8 ℃，时 间3h ，添加黄钾铁矾晶种，实验结果如图1 所示。 图l 铁／铟摩尔比对铁矾沉I n 的影响 F i g ．1 E f f e c to fF e ／l nm o l er a t i oo ni n d i u m p r e c i p i t a t i o nr a t e 从图1 可看出铟沉淀率随着铁铟摩尔比的提 高呈上升趋势，当铁铟摩尔比达到1 4 0 时，铟沉淀率 的上升趋势开始变得平缓，铁铟摩尔比达到2 0 0 时 变化已不明显。因此，最佳的铁铟摩尔比为2 0 0 。 此时，铟的沉淀率可达到9 8 ％以上。 2 ．2 溶液中铁沉淀率与铟沉淀率的关系 固定条件p H 1 ．7 5 ，温度9 6 ～9 8 ℃，时间 3h ，铁浓度4 ．8g ／L ，铁铟摩尔比2 0 0 ，添加黄钾铁 矾晶种，实验结果如图2 所示。 母 、 静 魁 好 C 图2 铁沉淀率与铟沉淀率的关系 F i g ．2 R e l a t i o n s h i pb e t w e e ni n d i u ma n d i r o np r e c i p i t a t i o nr a t e 从图2 可知铟沉淀率随溶液中铁沉淀率的升 高呈现出明显的上升的趋势。且溶液中的铟初始浓 度越低，铟的沉淀效果越好，当溶液中铟的初始浓度 为0 ．0 4 5g ／L 时，铟沉淀效果最好，铟沉淀率达到 9 5 ％以上。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 7 ’ 2 ．3 终点p H 对黄钾铁矾沉铟的影响 溶液p H 是生成黄钾铁矾的一个显著影响因 素，而且与平衡铁离子浓度有关，溶液中平衡F e 件 浓度越低，黄钾铁矾生成的p H 范围越大。本实验 所用F e 3 十浓度为4 ．8g ／L ，并添加晶种。选定条 件温度9 6 ～9 8 ℃，时间3h ，铁铟摩尔比2 0 0 ，添加 黄钾铁矾晶种，实验结果如图3 所示。 图3 终点p H 对黄钾铁矾沉铟的影响 F i g ．3 E f f e c to fp Hv a l u eo ni n d i u m p r e c i p i t a t i o nr a t e 从图3 可知随着溶液终点p H 的升高，铟和 铁的沉淀率均明显升高。当溶液p H 1 ．7 5 时，铟 沉淀效果最佳，铟沉淀率达到9 8 ％以上，铁沉淀率 达到9 5 ％以上。继续增大p H ，铟和铁的沉淀率并 没有什么明显变化。由铁的水解平衡p H 可知，当 溶液中铁的浓度为4 ．o ～5 ．6g ／i 。时，其开始沉淀的 p H 范围为1 ．8 6 7 ～1 ．9 1 4 口] 。充分说明，溶液中的 F e 3 并没有发生水解而生成F e O H 。沉淀。此工 艺条件下的沉淀渣的X R D 分析结果也表明，此沉 淀物为黄钾铁矾，并有较好的结晶度，没有发现 F e O H 3 。 2 ．4 反应时间对铟沉淀率的影响 反应时间的延长可使溶液中F e 3 充分参加反 应生成铁矾，进而可保证溶液中I n 充分被生成的 铁矾吸附或发生置换反应。选定条件p H 1 ．7 5 ， 温度9 6 ～9 8 ℃，浸出液中F e 3 的浓度4 ．8g ／L ，铁 铟摩尔比2 0 0 ，添加黄钾铁矾晶种，实验结果如图4 所示。 从图4 可看出，无论是否添加铁矾晶种，I n 沉 淀率均随反应时间增加而升高。添加铁矾晶种后， 铁矾的形成速率明显快于不添加铁矾晶种。添加晶 种后，反应3h 时，I n 的沉淀率就已经达到9 8 ％以 上。3h 以后曲线趋于平缓，I n 沉淀率无明显变化， 反应达到化学平衡。而未添加晶种反应时间在3h 图4 反应时间对铟沉淀率的影响 F i g ．4 E f f e c to fr e a c t i o nt i m eo ni n d i u m p r e c i p i t a t i o nr a t e 时，I n 沉淀率仅为8 0 ％左右。但随着反应时间的延 长最终两者的I n 沉淀率几乎相当，说明添加与不添 加铁矾晶种对I n 沉淀率无明显的影响，影响的是铁 矾生成速率。 2 ．5 反应温度对铟沉淀率的影响 在p H 1 ．7 5 ，反应时间3h ，铁铟摩尔比2 0 0 ， 添加铁矾晶种的条件下的实验结果见图5 。 反应i 盐厦I ℃ 图5 反应温度对铟沉淀率的影响 F i g ．5 E f f e c to fr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo n i n d i u mp r e c i p i t a t i o nr a t e 由图5 可知，反应温度对铁和铟的沉淀率影响 很大，铟铁的沉淀率随温度升高而呈现上升趋势。 当温度低于9 2 ℃时，铟铁的沉淀率均较低，而且沉 淀的结晶不好，过滤性能变差。因此，铁矾沉铟过程 中，温度应控制在9 2 ℃以上。当温度在9 8 ℃左右 时，铟的沉淀率可达到9 7 ％以上。 2 ．6 黄钾铁矾法与黄铵铁矾法的比较 为考察铁矾法中，黄钾铁矾法与黄铵铁矾法对 铟的沉淀率的差异，做以下实验。固定条件p H 1 ．7 3 ～1 ．7 5 ，F e 3 初始浓度4 ．8g ／L ，铁铟摩尔比 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年5 期 2 0 0 ，反应温度9 6 ～9 8 ℃。两种铁矾方法中均添加实验结果见表l 。 对应的铁矾晶种，晶种加入量为铁矾量的1 ．5 倍。 表l黄钾铁矾与黄铵铁矾对铟的沉淀效果 T a b l e1E f f e c to ni n d i u mp r e c i p i t a t i o nr a t eb yJ a r o s i t ea n dA m m o n i u m j a r o s i t e 4 ．01 ．7 4 0 ．5 18 8 ．4 68 9 ．5 86 ．1 5 5 ．01 ．7 30 ．3 29 2 ．3 0 9 3 ．7 56 ．4 3 6 ．01 ．7 50 ．2 5 9 4 ．2 39 4 ．7 96 ．5 1 0 ．51 ．7 53 ．3 55 3 ．3 04 1 ．2 3 ．5 0 黄钾铁矾 5 ．01 ．7 40 ．1 09 7 ．4 9 8 ．38 ．3 5 6 ．01 ．7 50 ．1 0 9 7 ．49 8 ．28 ．3 5 从表1 可看出，在选定工艺条件下，在相同的反 应时间内，黄钾铁矾法铟铁的沉淀率已经沉淀速率 均高于黄铵铁矾法。黄钾铁矾法达到化学平衡反应 时间为3h ，而黄铵铁矾法为6h 。当达到平衡时， 黄钾铁矾法的沉铟率为9 7 ．4 ％，黄铵铁矾法为 9 4 ．2 3 ％，表明黄钾铁矾法比黄铵铁矾法具有更大的 沉铟能力。 3结论 1 当p H 1 ．7 3 ．- - 1 ．7 5 ，温度9 6 ～9 8 ℃，铁铟 摩尔比大于2 0 0 ，反应时间3h ，添加晶种为理论生 成铁矾量的1 ．5 倍时，利用黄钾铁矾法从富铟高铁 锌精矿加压浸出液中富集铟在技术上是可行的，铟 沉淀率9 8 ％左右； 2 沉淀化合物为黄钾铁矾和黄铵铁矾，没有 F e 0 H 3 生成，反应机理是I n 3 取代N a 、K 、 N H 。 的位置，从而进入铁矾，生成沉淀； 3 黄钾铁矾法比黄铵铁矾法更具有沉铟的能 力，且沉铟用时间较短为3h 左右。 参考文献 [ 1 ] 军深，周保学，杨子超，等．C L P 2 0 4 萃淋树脂分离铟 I I I 的性能和机理[ J ] ．应用化学，1 9 9 9 ，1 6 3 7 6 7 8 ． [ 2 ] 陈家镛，于淑秋，伍志春．湿法冶金中铁的分离与利用 [ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 1 ． [ 3 ] 马荣骏．热酸浸出针铁矿除铁湿法炼锌中萃取法回收铟 口] ．湿法冶金，1 9 9 7 2 5 8 6 1 ． [ 4 ] 王亦男．在盐酸体系中处理铟高浸渣综合回收铟及有价 元素[ D ] ．长沙中南大学材冶学院，2 0 0 8 1 0 一1 5 ． [ 5 ] 梅光贵，王德润，周敬元，等．湿法炼锌学[ M ] ．长沙中 南大学出版社，2 0 0 1 ． [ 6 ] K U B I S Z J ．S t u d i e so ns y n t h e t i ca l k a l i h y d r o n i u mj a r o s i t e s ．I S y n t h e s i so fj a t o s i t ea n dn a t r o i a r o s i t e [ J ] ．M i n e t a l o g i aP o l o n i c a m ，1 9 7 0 ，1 1 4 7 ～5 7 ． [ 7 ] 关亚君．湿法炼锌常规工艺铁的浸出及沉铁p H 值的研 究[ J ] ．稀有金属，2 0 0 6 ，3 0 3 4 1 9 4 2 2 ． 四阳％他 1 2 4 5竹鼹踮站坞曲∞S 吕 的诣盯卯幻鹅∞韶舍j 虹n 舳 3 2 1 OM ；2 玛％ i 1 5 0 O 0 O 1 2 3巩铁饺黄 u n 弱弘 6 8 8 8 4 6 2 2％％鸭鸲 ∞钉4 5虬阻盯“ ∞弱m m L 仉仉m n 玛他 1} O O O 0 1 2 3 4 万方数据