針鐵礦法

針鐵礦是含水氧化鐵的主要礦物之一，一般稱為α 型一水氧化鐵，其組成為α－Fe₂O_3·H₂O或 α－FeOOH。針鐵礦法除鐵是使溶液中的Fe³ 形成與天然針鐵礦在結(jié)晶和化學(xué)成分上相同的化合物沉淀，反應(yīng)式為：

Fe³ 2H₂O——FeOOH 3H

在酸度不高、溫度不高于140℃ 條件下，根據(jù)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，F(xiàn)e³ 的水解產(chǎn)物應(yīng)是針鐵礦而不是膠狀氫氧化鐵，但當(dāng)溶液中pH較大、同時Fe³ 濃度較高時，水解產(chǎn)物大多是或都是不易過濾的膠狀氫氧化鐵。因此，為了避免在針鐵礦法除鐵過程中產(chǎn)生膠體Fe(OH)₃，必須嚴(yán)格控制溶液的pH和Fe³ 濃度。

實際上，針鐵礦法除鐵主要是兩條途徑，即部分水解法和還原－氧化法。

部分水解法是將含F(xiàn)e³ 的溶液緩慢而均勻地加入到具備水解條件的溶液中，加入速度要不大于Fe³ 的水解速度，使鐵以針鐵礦形成沉淀。

還原－氧化法則是先將Fe³ 還原成Fe² ，然后在水解條件下再將Fe² 緩慢氧化為Fe³ ，為了控制溶液中 Fe³ 的濃度，氧化速度不能大于其水解速度。實際反應(yīng)為：

Fe² 1/2O₂ 3H₂O——2FeOOH 4H

由于針鐵礦沉淀形成的同時伴隨著酸度的提高，因而無論是部分水解法還是還原－氧化法，都必須加入堿性物質(zhì)中和，以控制pH的變化。

針鐵礦法在濕法煉鋅中的應(yīng)用

在濕法煉鋅工藝中，鋅的浸出常采用二段浸出法，即一段中性浸出和一段酸性浸出。鋅焙砂中約有10%的鋅呈鐵酸鋅形式存在，中性浸出很難將其溶解，所以中性浸出渣需用熱酸再次浸出，將鐵酸鋅溶解。鋅浸出的同時，大量鐵也進(jìn)入到浸出液中。

比利時老山公司于20世紀(jì)60年代末研發(fā)出熱酸浸出液中針鐵礦法除鐵工藝，隨后用于工業(yè)生產(chǎn)。該法先用過量15%-20% 的閃鋅礦將浸出液中的Fe³ 還原為Fe² ，再用空氣將Fe² 緩慢氧化為Fe³ ，使鐵以針鐵礦沉淀形式除去。為保證針鐵礦的形成反應(yīng)順利進(jìn)行，溶液控制條件為Fe³ 質(zhì)量濃度不大于1g/L，溫度80-90℃ ，pH 2-3，用鋅焙砂作中和劑調(diào)節(jié)溶液pH。

針鐵礦法在濕法煉銅中的應(yīng)用

浸出—萃取—電積工藝是濕法煉銅的主要工藝。通常浸出液中銅質(zhì)量濃度較低，鐵是其中的主要雜質(zhì)。銅溶液中的銅鐵分離及銅的富集可用溶劑萃取法實現(xiàn)。萃取銅時，鐵的存在對萃取劑的選擇性和銅的萃取速率有較大影響。鐵在電解液中積累也會降低銅電積時的電流效率。

吳鐘德等 采用二次逆流浸出方式處理氧化銅礦，通過分析空氣氧化低價鐵的反應(yīng)機(jī)制、動力學(xué)及針鐵礦形成機(jī)制，將浸出液pH控制在3.5-4.0范圍內(nèi)， 經(jīng)過空氣氧化形成針鐵礦， 浸出液中鐵質(zhì)量濃度從12.57g/L降低到0.45g/L。

針鐵礦法在濕法煉鈷鎳中的應(yīng)用

在鎳鈷濕法生產(chǎn)過程中， 必須包括去除雜質(zhì)工序。

Chang等 研究了采用針鐵礦沉淀法從鎳紅土礦酸性浸出液中除鐵。由于鎳紅土礦在浸出前進(jìn)行了還原預(yù)處理，浸出液中的鐵以亞鐵離子形式存在，除鐵時，以二價銅離子為催 化 劑，空氣為氧化劑，先將Fe³ 氧化成Fe³ ，然后在95℃ 、pH<6條件下，F(xiàn)e³ 以針鐵礦形式沉淀去除，浸出液中鐵質(zhì)量濃度從14.09g/L 降至1.0g/L以下。溶液pH用碳酸鎂控制。研究還指出，pH對二價鐵氧化速率和鎳在鐵渣中的損失有顯著影響， 提高pH可提高二價鐵的氧化速率，但會導(dǎo)致鎳有更多損失。

針鐵礦法在濕法煉錳中的應(yīng)用

采用濕法冶金工藝處理錳礦時，一般用酸作為浸出劑。在酸浸過程中，賦存于礦石中的鐵也隨錳一起進(jìn)入浸出液，進(jìn)一步制取電解錳和錳化合物時，須進(jìn)行除鐵。

佘宗華等 在用兩礦法（褐錳礦加黃鐵礦）從硫酸浸出液中凈化除鐵時，分別研究了鐵礬法、堿直接中和水解法和針鐵礦法，結(jié)果表明，以針鐵礦法除鐵效果最好，該法產(chǎn)生的渣量少、易過濾， 錳回收率高，錳損耗僅0.71%，除鐵率大于99%。

針鐵礦法在其他濕法冶金過程中的應(yīng)用

金屬二次資源及冶煉渣的濕法處理過程也常采用針鐵礦法分離和去除鐵。2100433B

在濕法冶金中，通常使用酸性溶液浸礦石，浸出液中含有三價或二價鐵離子，在后續(xù)工藝中和電沉積過程中鐵會產(chǎn)生較大危害，因此，除鐵是濕法冶金過程中非常重要的一道工序，從高鐵溶液中除鐵的方法很多，主要要有黃鉀鐵礬法、針鐵礦法、赤鐵礦法。針鐵礦法的優(yōu)點是在常壓和較低溫度下應(yīng)用，工藝設(shè)備簡單，除鐵成本較低；鐵沉降物呈結(jié)晶態(tài)，過濾性能良好；沉淀渣較少且渣中含鐵高，經(jīng)適當(dāng)處理可作為煉鐵原料。多年來，針鐵礦法除鐵已得到廣泛研究及應(yīng)用 。

在20 世紀(jì)70 年代澳大利亞電鋅公司(Electrolytic Zine)研究出了一種新的針鐵礦法，簡稱EZ法，并且用于工業(yè)生產(chǎn)種。這種方法是將濃Fe³ 的溶液與中和劑一起均勻地加入到加熱且強烈攪拌的沉鐵槽中，F(xiàn)e³ 的加入速度等于針鐵礦沉鐵速度，因此溶液中Fe³ 的濃度低,，所以得到的鐵渣組成為Fe₂O_3·0.64H₂O.0.2SO₃，被稱為類針鐵礦。

針鐵礦法沉鐵的優(yōu)點有：1.鐵沉淀完全,溶液最后含F(xiàn)e³ 低于1g/L；2.鐵渣為晶體結(jié)構(gòu)，過濾性能好；3.沉鐵的同時，可有效地除去砷、銻、鍺,并可除去溶液中大部分(60%~80%)氧。

針鐵礦法沉鐵的缺點有：1.EZ 法中和酸需要較多的中和劑；2鐵礦含有一些水溶性陽離子和陰離子(即12%SO₄^2-或6%Cl ^-)，有可能在渣堆存時滲漏而污染環(huán)境；3.對沉鐵過程PH 的控制要比黃鉀鐵礬法嚴(yán)格。2100433B

針鐵礦是在20世紀(jì)60年代由比利時老山公司（Vieille Mentagne）研究成功，簡稱VM法。

Fe³ 的沉淀過程受溫度影響。低溫下，控制一定的pH可生成Fe（OH）₃沉淀，當(dāng)溫度升高到90攝氏度以上時，控制一定的pH可生成FeOOH（針鐵礦），當(dāng)溫度升高到150攝氏度時，可生成Fe₂O₃(赤鐵礦）。

在較低酸度(pH=3~5)、低Fe³ 濃度(低于1g/L)和較高溫(80~100%C)的條件下，浸出液中的鐵可以呈穩(wěn)定的化合物針鐵礦(Fe₂O₃·H₂O或a-FeOOH)析出。如果從含F(xiàn)e³ 濃度高的浸出液中以針鐵礦的形式沉鐵,首先要將溶液中的Fe³ 用SO₂或ZnS還原成Fe² ，然后加ZnO調(diào)節(jié)PH 至3~5，再用空氣緩慢氧化，使其以針鐵礦的形式析出。:

VM法包括Fe³ 的還原和Fe² 的氧化兩個關(guān)鍵作業(yè)，沉鐵率可達(dá)90%。即把含F(xiàn)e³ 的溶液用過量15%~20%的鋅精礦在80~90^C下還原成Fe² 狀態(tài)，其反應(yīng)為

2Fe³ 十ZnS=Zn² 十2Fe² 十S⁰

其還原率達(dá)90%以上,隨后在80~90"C以及相應(yīng)Fe² 狀態(tài)下中和PH 為2~3.5，用空氣氧化沉鐵，主要反應(yīng)為

2 Fe² 十0.5O₂ 十H₂O 十2ZnO-=2FeOOH 十2Zn²

沉鐵總反應(yīng)為

2FeSO₄ 0.5O₂ 十2ZnO H₂O--2FeOOH 十2ZnSO₄

針鐵礦沉鐵技術(shù)條件為:85~90^C,pH3.5~4.5，分散空氣，添加晶種,Fe³ 初始濃度1~2g/L，3~4h。2100433B