针铁矿法除铁

1、砖红壤及其矿物表面对重金属离子的专性吸附研究本文对（）、（）、（）、（）和（）在砖红壤、针铁矿、无定形氧化铝和高岭石表面上的专性吸附进行的研究结果表明：是影响重金属离子吸附过程的最重要因素，而表面带电性质对吸附过程的影响不大。针铁矿表面的吸附顺序是；重金属离子在四种材料上的吸附过程符合三层络合模式：（式中为表面；为重金属离子；（）是本征络合常数；是表观络合常数；为指数函数；为电子电荷；为表面电位；为层电位，为气体常数；为绝对温度。用吸附数据求得的与（表面电荷密度）之间呈极显著直线相关（）。模型参数（）和内层电容可用来表征表面与（）吸附亲和大的大小。在本文所测试的五种离子中，（）与表面(4)针铁

2、矿对4种金属离子的吸附能力由强到弱的顺序是:Pb2+>Cu2+>Zn2+>Cd2+>Ni2+>Co2+。(5)针铁矿对重金属离子吸附主要是物理化学吸附,并可形成稳定化合物。所以,针铁矿可作为重金属污水处理的有效吸附剂,并有调节pH的作用。3.1针铁矿吸附Cu2+试验表明,针铁矿对Cu2+的吸附取决于pH值,存在一个较窄的pH值范围使吸附率急剧增至98%,并且随着pH值增高而稳定;在pH值为4.3时出现增高趋势,大于4.3吸附率急剧上升,到pH值等于7.3时吸附率达到最大值。因此,在针铁矿吸附Cu2+的过程中,pH值为4.3是其吸附边界pH值,详见图3。重金属离子在

3、针铁矿的表面上形成微晶矿物与针铁矿表面具有微溶性密切相关,这是针铁矿对重金属离子具有强烈吸附作用的原因1,2。针铁矿对重金属吸附作用具有几种情况:(1)物理吸附;(2)化学吸附;(3)物理化学吸附。但是,对于不同重金属离子3种吸附作用是不同的。针铁矿对于铜、锌、镉,主要是表现为表面吸附和离子交换吸附2种作用。表面吸附由于胶体具有巨大的比表面积和表面能所致。离子交换吸附与胶体微粒带电荷有关。pH值对重金属的吸附作用有很大影响,对每一种重金属来说都存在着一个有利于吸附的最佳pH值范围。通过相图可以确定pH值的范围。针铁矿(XOH)吸附重金属离子的过程可以用以下化学式表示:离子调节剂等。轻基氧化铁以

4、晶型的a一FeooH和p一FeooH较稳定，p，丫，6一FeOOH和Fe5Hos·4HZo易转化成a一FeooH。el一离子较丰富环境中，Fe(111)铁盐溶液易形成p一FeooH。富含50扩、No3一离子时，Fe(oH)3凝胶在低于40“e条件卞分别转化a一FeOOH相、a一FeooH和赞FeoOH的混合相;在4于80“C间均转化为另含a·FeZo的混合相;高于80“e均转化成纯相a一FeZo3(eomellandsehwertmann，1991)。在近中性环境中，微量Fe(11)对Fe(OH)3凝胶和a，p，丫，6一FeOOH的相转化有促进作用，主要表现在可通过催化原矿

5、物相溶解，并促进相转化过程发生(郭辉和魏雨，2006)。在缺氧除铁是湿法冶金中最为普遍的工艺过程，通常认为，针铁矿型的沉铁渣为最好，结晶体大，夹带有价金属少，容易过滤。根据Fe2O3H20系的平衡图，在Fe3+浓度很低的条件下，Fe3+将形成针铁矿 FeooH沉淀。氧化一还原电位和pH是控制铁在水溶液中行为的二个重要因素。针铁矿为一种很稳定的晶体，其溶解反应的平衡常数很小，黄钠(钾)铁矾和针铁矿的生成条件有相近的地方，很容易因为控制不当，生成黄钠(钾)铁矾，主要问题出现在酸度控制方面，为使pH值变化得到更加精准和有效的监控，避免实验引起如此大的偏差。pH值调低，防止铁在高pH值下水解并不断用N

6、a2CO3调节反应混合液的pH值;在比较添加一定比例晶种与否时，发现有晶种存在时，针铁矿沉淀时的pH范围变宽，体系含铁量可以大于lg/L，即添加晶种降低了反应的活化能，晶种在除铁过程中起到了重要作用;与还原一氧化法不一样的是，部分水解法不是把Fe3十还原成Fe2+，反而是把溶液中少量的Fe2+氧化成Fe3十，再把含大量铁的浸出液以喷淋的方式洒入搅拌均匀的含铁低于1g/l的低酸溶液中，浸出液在接触槽内底液(适合针铁矿产生的)的瞬间，在巨大的热力学推动下，以水解的形式析出针铁矿沉淀，可视为三价铁离子直接水解，反应式如下:由上反应式可以看出，硫酸高铁水解产生酸，要是算不用中和剂中和，产物必将发生变化

7、，因此，要是反应槽内溶液是指保持在一定范围的pH，湿法炼锌过程一般用焙砂不断中和余酸。陈松等对镍精矿氯气浸出液净化除铁工艺研究156，采用了针铁矿法，为了克服传统硫化镍精矿火法冶金工艺的不足，镍冶金的全湿法、短流程新工艺研究开发备受瞩目。目前，硫化镍精矿氯气浸出一净化一电积新工艺己经在国外得到了应用，在这项工艺中，净化除铁是最关键的技术之一。最佳工艺条件:氧化剂用量5g/l，溶液pH值2.5一3.0，温度85左右，搅拌时间2h。除铁后液含铁可达0.0068留L，渣中Ni、Co损失分别为0.14%和0.05%查阅文献资料发现:黄钠(钾)铁矾和针铁矿的生成条件有相近的地方，很容易因为控制不当，生成

8、黄钠(钾)铁矾，主要问题出现在酸度控制方面，因此pH值变化需得到更加精准和有效的监控。在除铁温度上，同黄钠铁矾法除铁相近，但沉淀渣量较黄钠铁矾少。针铁矿晶种制备方法针铁矿物理化学性质 针铁矿是含水氧化铁的主要矿物之一，常称为a型一水氧化铁，它的组成为-Fe203 .H20或-Fe00H，与纤铁矿(-Fe00H)是同质多象变体。针铁矿在矿物学上属斜方晶系，晶格常数为:a=0.464nm, b=0.998nm, e=0.303nm。针铁矿的晶形结构为八面体，见图1-1。从近代化学观点看，针铁矿属于无机高聚物范畴。用分子式Fe00H表示的单位并不独立存在，针铁矿的分子式的写法应为 -Fe00Hn，其

9、中n是一个比较大的数字. -Fe00H在自然环境中通常存在于土壤、沉积物、含水土层及铁矿中，它也常出现在在含铁岩石的风化产物中，自然界以针铁矿的形式存在。水解法沉铁，黄钾(钠)铁矾法沉铁和针铁矿法沉铁。通常认为，针铁矿型的沉铁渣为最好，结晶体大，夹带有价金属少，容易过滤。但针铁矿法除铁的工艺条件要求苛刻，难于控制和掌握;特别是在沉铁过程中要有一定的针铁矿作晶种。1.1水热法制备针铁矿晶种的实验原理 本实验以硫酸铁为原料，在酸性条件下用双氧水把溶液中的少量二价铁氧化成三价铁，见反应式(1)，采用往硫酸铁溶液中滴加氢氧化钠制备胶态氢氧化铁前驱体，见反应式(2)，待反应完全后，用稀硫酸缓慢调节前驱体

10、混合液的pH值至3-4，见反应式(3)，再将前驱体混合液装入水热反应釜，前驱体在一定温度的水热作用下脱水得到针铁矿，见反应式(4)和(5)。整个过程的主要反应式如下:准均相成核法制备针铁矿在制备针铁矿晶种时，始终保持底液与原料液的比值较大，原料液全加入到底液后，三价铁离子在反应槽的增加量比较小，反应槽的三价铁离子自始至终都小于1g/L，满足生成针铁矿需要铁离子浓度低于1 g/L，过程中保持加料慢，搅拌速度快。由于反应槽中的铁离子含量低，生成的针铁矿也很少，因此体系中的固/液比很小，铁离子的直接水解反应视为准均相成核反应。除铁过程中，反应物料连续不断地加入，反应产物也从反应槽中连续不断地排出，维持反应体系的物料总量或总体积恒定。整个过程是循环的，所得到的针铁矿产物再部分返回反应槽，作为晶种使用。整个除铁过程采用如图3-7所示设备连接。当大量针铁矿晶种存在时，晶种发挥作用，铁离子迅速吸附在晶种表面，并快速发生水解，最后脱落形成新晶核，产生二次成核，或者直接长大成为大晶体，见反应式 (3-3), (3-4), (3-5)。生成的晶核如果彼此之间发生附聚或团聚，发生重结晶成大晶休;或者在二次成核过程中，不断地消耗铁离子，晶核直接长成大晶体，实现除铁。在除铁过程