含镓生铁电解法回收镓铁试验研究_侯静

1、第32卷第4期(总第130期2013年8月湿法冶金H y d r o m e t a l l u r g y o f C h i n a V o l .32N o .4(S u m.130A u g.2013含镓生铁电解法回收镓铁试验研究侯静1,2,杨绍利1,2,吴恩辉1,2,李军1,2(1.攀枝花学院,四川攀枝花617000;2.四川省钒钛材料工程技术研究中心暨钒钛资源综合利用四川省重点实验室,四川攀枝花617000摘要:研究了用氯盐电解液体系从提钒尾渣经电弧炉冶炼得到的含镓生铁中回收镓铁,考察了F e 2+质量浓度、电流密度、N H 4C l 质量浓度和p H 对镓回收率的影响。试验结果表

2、明:在电流密度200A /m 2、F e2+质量浓度50g /L 、电解液p H=4、N H 4C l 质量浓度100g /L 条件下,镓回收率在85%以上,铁回收率在70%以上。关键词:含镓生铁;电解;镓;铁;回收中图分类号:T F 803.27;T F 843.1文献标志码:A 文章编号:1009-2617(201304-0256- 03收稿日期:2013-01-03作者简介:侯静(1987-,男,硕士,助教,主要从事钒钛磁铁矿综合利用及钒钛磁铁矿冶炼后废渣的综合利用研究。E -m a i l :h o u j i n g1108163.c o m 。镓约占地壳质量的十万分之二,但很分散,

3、主要以类质同象形式存在于煤矿、铝土矿、锌锗矿、铁矿、铜矿中,没有独立矿床。目前,90%的镓是从铝土矿中提取铝或从锌矿石中提取锌时的副产物1-4。我国攀枝花西昌地区的钒钛磁铁矿中,镓质量分数约为0.0019%,经选冶、吹钒、钒渣提钒后,在尾渣中富集至约0.008%。攀西地区钢铁企业每年产生提钒尾渣近20万t ,其中含有大量铁、镓、铬、钒、钛等有价元素。目前,提钒尾渣的处理方式主要有制钒钛黑瓷材料、制远红外涂料等5-6。这些方法虽然利用了提钒尾渣,但钒、钛、镓、铬、铁等有价金属没有得到有效回收。研究从提钒尾渣中综合回收铁、镓、铬、钒、钛等有价金属具有重要意义7。试验主要研究用电解法从含镓生铁中分离

4、镓、铁,同时将镓富集于阳极泥中,希望可以为提钒尾渣的综合利用提供有益方法。1试验原理含镓生铁电解分离镓、铁属于粗金属的电解精炼。以粗含镓生铁作阳极,不锈钢板作阴极,含有游离F e2+的水溶液作电解液,当通以直流电时,铁从阳极溶解成离子状态进入电解液,在阴极析出纯电解铁。含镓生铁阳极中的有价金属杂质与铁电极电位相近的随同铁溶解进入溶液并在阴极析出,其他不溶解金属进入阳极泥,从而实现与铁的分离。图1、2为F e -H 2O 系和G a -H 2O 系电位-pH 图。控制p H 在3.25.4范围内,电位一定(图1、2阴影处,可使铁处于F e 2+稳定区域,以F e2+形式溶入电解液中,而镓以G a

5、 (O H 3固相形式沉积于阳极泥中,实现F e 、G a 的有效分离。图1F e -H 2O 系电位-pH 图(25,a =1图2G a -H 2O 系电位-pH 图(25,a =10-3第32卷第4期侯静等:含镓生铁电解法回收镓铁试验研究将含镓生铁在感应炉中重熔制成尺寸为100m m×150m m×10m m 的阳极板,其中镓质量分数约为0.061%,其他主要成分为(%:F e 89.92,C r 3.48,M n 2.98,V 2.06,T i 0.24,S i 0.55,N a 0.35,P <0.06,S <0.05。2试验设备试验主要设备为:电解槽,

6、自制,20L ;蓄液槽,自制;微机控制直流电源整流器,直流输出电压012V ,直流输出电流0500A 。3试验结果与讨论3.1电解液p H 对含镓生铁电解过程的影响电解液pH 对含镓生铁电解的影响如图3所示。电解铁中铁质量分数和阳极泥中镓质量分数都随p H 增大先升高后降低。低p H 条件下电解时,氢的平衡电位变得更正,阴极主要析出氢气,使阳极泥搅动悬浮,电解铁杂质含量增加;p H 在3.54.5时,铁、镓电解分离效果明显;pH 在57时,产生F e (O H 3沉淀,影响阴极电解铁的纯度和阳极泥中镓的沉淀 。图3p H 对电解铁中铁质量分数和阳极泥中镓质量分数的影响3.2F e 2+质量浓度

7、对含镓生铁电解过程的影响电解液中Fe 2+质量浓度对含镓生铁电解的影响如图4所示。可以看出,电解铁中铁质量分数和阳极泥中镓质量分数都随F e 2+质量浓度增大先升高后降低。F e 2+质量浓度为50g /L 时,电解铁的纯度和镓在阳极泥中的富集效果都最好。低F e 2+质量浓度条件下电解,虽然有利于阳极的溶解,但电解反应慢,电流效率低;高F e2+质量浓度下电解,有利于生成致密的阴极沉积物,电流密度提高,可防止氢离子放电;但F e2+质量浓度过高,电解过程波动较大,较难控制,而且电解液黏度增大,导电性降低,还抑制阳极的溶解。电解液中F e 2+质量浓度以50g /L 较为适宜 。图4F e2+

8、质量浓度对电解铁中铁质量分数和阳极泥中镓质量分数的影响3.3电流密度对含镓生铁电解过程的影响电流密度对含镓生铁电解的影响如图5所示。低电流密度下,槽电压较低,低电位析出的杂质影响电解铁的纯度;随电流密度增大,电解铁纯度先升高后降低;高电流密度下,槽电压升高,析氢现象出现,阴极板上析出的氢气使电解液浑浊,导致电解液中阳极泥漂浮并附着于阴极板上,使电解铁纯度下降 。图5电流密度对电解铁中铁质量分数和阳极泥中镓质量分数的影响电流密度较低时,电解液成分趋于稳定,电解过程缓慢,阳极泥沉降稳定,镓以G a (O H 3固相沉降于阳极泥中;随电流密度增大,阳极泥中镓富集程度下降并趋于平稳;但当电流密度升高至

9、250A /m 2时,阳极板溶解速度加快,铁以F e2+形式在阴极析出,G a 3+一部分以G a (O H 3固相形式沉降于阳极泥中,一部分随F e2+在阴极析出,导致电解铁中含有少量镓,阳极泥中镓含量降低。3.4N H 4C l 质量浓度对含镓生铁电解过程的影响NH 4Cl 在电解过程中对两极起到去极化作用,且NH 4C l 的溶解度较大,有助于提高电解液的导电性。从图6看出,NH 4C l 质量浓度超过100g /L 后,镓在阳极泥中的富集减少。NH 4C l质量浓度以100g /L 为宜。·752·湿法冶金2013年8 月图6电流密度对电解铁中铁质量分数和阳极泥中镓

10、质量分数的影响3.5同心极距对含镓生铁电解过程的影响同心极距与电解铁的产量密切相关。试验结果表明,在不影响电解铁质量、不增大电耗、不影响F e 、G a 分离效果、保证不发生短路情况下,同极距减小、电流密度提高都有利于降低电耗和提高产能。3.6稳定性试验根据正交试验确定的最佳工艺参数进行稳定性试验,所得电解铁的主要化学成分见表1,阳极泥的主要化学成分见表2。表1电解铁的主要化学组成%F e G a C S i P S C r 99.399.50.0040.050.0930.0150.050.06表2阳极泥的主要化学组成%F e G a C r T i O 2V 2O 5M n O40550.3

11、00.342.984.041.42.31.83.10.570.94从表1、2看出:最佳条件下,电解铁粉中铁质量分数在99.3%以上,阳极泥中镓质量分数在0.33%以上;阳极泥中镓富集了35倍,从提钒尾渣到含镓阳极泥,镓回收率在85%以上。4结论对含镓生铁进行电解可有效分离镓、铁,适宜的电解参数为:电流密度200A /m 2,F e 2+质量浓度50g /L ,电解液p H=4,N H 4Cl 质量浓度100g /L ,极距610c m 。适宜条件下,可获得99.3%以上纯度的电解铁,镓质量分数0.30%以上的阳极泥。从提钒尾渣中以电解法回收电解铁粉并富集镓于阳极泥中在技术上是可行的。参考文献:

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13、g H F ,J i n g L L ,Z h a n g B G.R e c o v e r y o f I r o n f r o m V a -n a d i u m T a i l i n g s W i t h C o a l -b a s e d D i r e c t R e d u c t i o n F o l -l o w e d b y M a g n e t i c S e p a r a t i o n J .J o u r n a l o f H a z a r d o u s M a t e r i a l s ,2011,185(2-3:1405-1411.E

14、x p e r i m e n t a l S t u d y o n R e c o v e r i n g G a l l i u m a n d I r o n F r o m G a l l i u m -c o n t a i n i n g P i g I r o n b y E l e c t r o l y s i s H O U J i n g 1,2,Y A N G S h a o -l i 1,2,WU E n -h u i 1,2,L I J u n 1,2(1.P a n z h i h u a U n i v e r s i t y ,P a n z h i h u

15、 a 617000,C h i n a ;2.S i c h u a n T e c h n o l o g y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r fo r V a n a d i u m &T i t a n i u m M a t e r i a l s ,S i c h u a n P r o v i n c e K e y L a b o r a t o r y o f V a n a d i u m &T i t a n i u m R e s o u r c e C o m pr e h e n s

16、i v e U t i l i z a t i o n ,P a n z h i h u a 617000,C h i n a A b s t r a c t :R e c o v e r y o f g a l l i u m a n d i r o n f r o m g a l l i u m -c o n t a i n i n g p i g i r o n o b t a i n e d b y e l e c t r i c a r c f u r n a c e s m e l t i n g o f v a n a d i u m -e x t r a c t i o n t

17、 a i l i n g s h a s b e e n s t u d i e d i n c h l o r i n e s a l t e l e c t r o l y t e s y s t e m.T h e e f f e c t o f F e 2+c o n c e n t r a t i o n ,c u r r e n tde n s i t y ,NH 4C l c o n c e n t r a t i o n a n d e l e c t r o l y t e p H o n g a l l i u m r e c o v e r y w e r e e x a m i n e d .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t u n d e r t h ef o l l o w i nge x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s of c u r r e n t d e n s i t y o f 200A /m 2,F e 2+c o n c e n t r a t i o n o f 50g /L ,e l e c t r o l y t e p H o f 4a n d N H 4C l c o n c e n t r a t i o n o f 100g