铜锌废渣浸出过程中除铁的研究

近年来，随着国内电锌生产规模不断扩大及锌精矿资源的日益枯竭，含锌废料的开发利用受到关注。铜锌废渣中含有Cu、Zn、Fe、Si、Cl、F等元素，是一种较难处理而又极有回收价值的含锌废料，有些铜锌废渣含铁量较高，在回收锌时分离铁是至关重要的问题之一。目前，多数企业采用硫酸浸出－置换－净化工艺回收铜、锌。该工艺将铁的去除放在净化工序，即浸出铜锌时将大量铁同时转入溶液，再通过黄铵铁矾沉淀法、氢氧化铁水解法、针铁矿法、溶剂萃取法等去除铁。对于铁含量较高的铜锌废渣，铁的净化压力较大，为此，研究了在浸出同时去除铁，分别采用氢氧化铁水解法和黄铵铁矾沉淀法进行试验。

一、试验部分

（一）试验原料

试验原料铜锌废渣取自云南某炼铜企业。铜锌废渣及未除铁浸出液的化学分析结果见表1。

表1  铜锌废渣及未除铁浸出液的化学成分分析结果

试剂：工业级H₂O₂、电解锌废液、工业级CaCO₃、工业级NH₄HCO₃。

分析方法：浸出液中铁质量浓度较高时，直接采用滴定法测定；铁质量浓度较低时，采用分光光度法测定。

浸出液中Fe²⁺微量,Fe主要为Fe³⁺；pH为3.0～3.5。

（二）试验方法

1、氢氧化铁水解法

室温下，浸出液中主要金属离子的水解与pH的关系见表2。可见，采用氢氧化铁水解法很容易实现除铁目的。实践中，只需考虑除铁后溶液的过滤性能和控制pH值，防止Cu²⁺和Zn²⁺同时水解。

表2  溶液中金属离子与pH关系

试验步骤：取铜锌废渣浸出浆料5L，调节pH值，搅拌10～60min，过滤得除铁后浸出液。

2、黄铵铁矾法除铁

黄铵铁矾法除铁基本反应式为：

试验步骤：取铜锌废渣浸出浆料5L，调节pH值，加入碳酸氢铵，搅拌，沉淀矾，过滤，得除铁后浸出液。

二、结果与讨论

（一）氢氧化铁水解法除铁

1、pH值对除铁效果的影响

取6份浆料，用CaCO₃调节pH值。温度恒定在65～70℃之间，试验结果见表3。可以看出：pH低于4.0时，铜基本不水解，但除铁效果不理想；pH在4.5～5.0之间，除铁效果较好，但铜水解较多；pH值升高到4.0以上，随着铜的水解，溶液过滤性能变好，因为浸出渣中生成了一定量的氢氧化铜晶粒。

表3  pH值对氢氧化铁水解法除铁效果的影响

2、温度对除铁效果的影响

取4份浆料，控制pH在3.5～4.0之间，搅拌3h，在不同温度下进行试验，结果见表4。可以看出：温度在65～100℃范围内，对铁和铜的水解影响不大；随温度升高，溶液过滤性能略有好转。

表4  温度对氢氧化铁水解法除铁效果的影响

（二）黄铵铁矾法除铁

1、温度对除铁效果的影响

取4份浆料，加入沉矾理论值1.5倍的NH₄HCO₃，用电解废液调节pH值至2.0左右，在不同温度下搅拌3h，试验结果见表5。可以看出：在65～100℃范围内，随温度升高，沉矾效果明显提高；当温度达95～100℃时，溶液中铁质量浓度降至0.13g/L;随温度升高，溶液过滤性能变好。

表5  温度对黄铵铁矾法除铁效果的影响

2、pH值对除铁效果的影响

取5份浆料，加入沉矾理论值1.5倍的NH₄HCO₃，温度维持在85～90℃之间，搅拌3h，用电解废液调节浆料pH值。试验结果见表6。可以看出：沉矾始点pH值低于1.5时，沉矾效果稍差；随pH值降低，沉矾效果恶化明显，而且浆料的过滤性能明显变坏；沉矾始点pH值在2.0～3.0之间，沉矾效果较好，浆料过滤性能较好。

表6  pH值对黄铵铁矾法除铁效果的影响

3、搅拌时间对除铁效果的影响

取1份浆料，加入沉矾理论值1.5倍的NH₄HCO₃，用电解废液调节浆料pH值偏向2.0，搅拌不同时间。试验结果见表7。可以看出，搅拌1～5h，沉矾效果较好，浆料的过滤性能亦变好。

表7  搅拌时间对黄铵铁矾法除铁效果的影响

4、碳酸氢铵用量对除铁效果的影响

取4份浆料，分别加入不同量NH₄HCO₃，用电解废液调节始点pH值偏向2.0，温度维持在85～90℃之间，搅拌1h，试验结果见表8。可以看出，NH₄HCO₃的加入量为沉矾理论值时沉矾效果较好。

表8  碳酸氢铵用量对黄铵铁矾法除铁效果的影响

5、黄铵铁矾法除铁工业实践

在大约45m³的铜锌废渣浸出浆料中，加入沉矾理论量1.0～1.2倍的NH₄HCO₃，用电解废液调节始点pH值偏向2.5，温度维持在85℃以上，搅拌3.0h，试验结果见表9。可以看出：浸出时，采用黄铵铁矾法除铁，可同时除去部分其他杂质，尤其是F元素，其原理有待进一步研究。

表9  铜锌渣浸出液除铁后化学成分分析结果g／L

三、结论

（一）铜锌废渣浸出过程中，采用氢氧化铁水解法除铁，pH值较低时，除铁效果较差；pH值较高时，除铁效果好，但浸出液中铜水解较严重。

（二）采用黄铵铁矾法除铁效果较好，溶液中铜回收率高，适宜湿法处理铜锌废渣过程中的初步除铁。较为适宜的工艺条件为：温度85℃以上，pH值在2.0～3.0之间，搅拌时间3～5h，碳酸氢铵用量为理论用量的1.0倍以上。最佳条件下，铜锌废渣浸出液中铁质量浓度可降至0.25g/L以下，而且浆料的压滤性能良好。