镍电解液净化除铁方法

      在镍电解生产中，阳极液含铁量一般为100～500mg/L，净化后要求溶液含铁量降至0.5～4mg/L，通常采用水解沉淀法除铁。      （一）湿法冶金常用的水解沉淀除铁方法工业生产上常用的水解沉淀除铁方法有中和水解法、黄钠（钾）铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法。           1）中和水解法      通常所说的中和水解法是用碱调节溶液PH值，在确保待提取的主金属离子不发生水解沉淀时，杂质金属离子以氢氧化物M（OH）_n形态析出，故也称为氢氧化物沉淀法。金属离子不解按下式进行：Mⁿ⁺+nOH^-=M(OH)n↓       OH^-离子来源于水的离解反应。如果发[Mⁿ⁺]表示溶液中的金属离子在水解反应达到平衡时的浓度，则[Mⁿ⁺]与PH的关系可用图2示出。当金属离子浓度一定时，Mⁿ⁺发生水解沉淀的PH见表1。表1 氢氧化物沉淀时，Mⁿ⁺的平衡PH（25℃）

Mn+		Ca2+	Mg2+	Ni2+	Fe2+	Pb2+	Zn2+	Co2+	Cu2+	Fe3+	Co3+
平衡	[Mn+]=lmol/L	11.37	8.37	7.1	6.35	6.22	5.65	5.1	4.37	1.53	-0.2
PH值	[Mn+]=10-6mol/L	14.7	11.37	10.1	9.35	9.22	8.65	8.1	7.37	3.53	1.8

[next]       从图2和表1可得如下结论：      （1）在离子浓度相同的情况下，位于图左边各种离子的平衡P敊，故它们在较小的P眄便可沉淀，或者说它们的盐类容易水解，而碱土金属的盐类难于水解。          （2）对照Fe²⁺—Fe³⁺、Co²⁺—CO³⁺的水解平衡线可知，对变价金属而言，同一金属其高价离子比低价离子容易水解。因此在镍电解液净化时，为使溶液中的Fe²⁺也优先水解沉淀，则鼓入空气使Fe²⁺氧化成Fe³⁺，进而成Fe(OH)₃沉淀。同样的道理，用氯气将Co²⁺氧化成Co³⁺，以Co(OH)₃沉淀。      氢氧化物沉淀法为提取冶金中应用最广的除铁方法，但是这种方法的主要缺点是Fe(OH)₃具有胶体性质，不仅沉淀速度慢，澄清过滤困难，而且使金属和其他有价金属被吸附而损失。因此，当Fe³⁺浓度较大时，从溶液 中分离Fe(OH)₃是很困难的。生产实践表明，该法只适宜于用来净化处理低浓度（如铁离子浓度在/L左右）的溶液。       2）黄钠（钾）铁矾法、针铁矿和赤铁矿法       如何从铁离子浓度较高的溶液中除去F³⁺(或Fe²⁺)，常规的水解沉淀法因生成大量Fe(OH)₃胶状沉淀导致沉铁过程液固分离困难。经长期的研究和实践，在20世纪六十年代，先后有黄钾（钠）铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法三种新的除铁方法在湿法冶金中推广应用。三种方法的共同特点是控制一定的沉铁条件，使溶液中的铁离子以人造矿物(如铁矾、针铁矿和赤铁矿等)沉淀，这些人造矿物沉降物呈结晶状，易于沉降、过滤和洗涤。      （1）黄钠（钾）铁矾沉铁法      在自然界有些矿物具有相似的组成、相同的结构和相同的结晶形态,这就是地球化学上所称的类质同晶。所谓矾就是一系列类质同晶矿物的总称,而一价金属离子(如K⁺、Na⁺、Ag⁺、NH⁴⁺等)和三价金属离子(如Al³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺等)的硫酸盐最容易一起形成矾。      黄钾铁矾类的铁矾,如钾铁矾、钠铁矾、铵铁矾等,其化学通式为MFe₃(SO₄)₂(OH)₆。M可以是K⁺、Na⁺、NH⁴⁺等一价金属离子，其顔色均为黄色。在湿法冶金上，考虑试剂的经济成本（其中含K⁺的碱或盐价格昂贵），常以纯碱或液氨作沉铁试剂，以提供形成铁矾所需的一价金属离子。[next]      处理镍电解阳极液中和水解除铁所产出的高镍铁渣时，采用硫酸溶解一氯酸钠氧化一黄钠铁矾法除铁。沉铁过程是在溶液中有足够的Na⁺和SO₄^2-存在时，在高温（90～95℃）下，控制适当的P上.5～1.8），就能生成黄钠铁矾沉淀。3Fe₂(SO₄)₃+Na₂SO₄+12H₂O=Na₂Fe₆(SO₄)₄(OH)₁₂↓+6H₂SO₄      铁矾类复盐呈黄色或淡黄色斜方结晶，成分稳定，在酸性溶液中溶解度小，沉降、过滤和洗涤性能好，液固分离易于进行，所以除铁效果好。     （2）针铁矿沉铁法      针铁矿沉铁法又称空气氧化除铁法。它是在高温(～90℃)和低酸浓度的硫酸盐溶液中，通入分散空气使溶液中的Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并表成与天然针铁矿(如纤铁矿，化学式为γ-FeOOH)在晶形与化学成分上相似的化合物沉淀：       该反应形成的针铁矿为a-FeOOH，系棕色针状结晶。针铁矿法除铁的重要条件是溶液中Fe³⁺浓度应小于1g/L，因而需要增高一道还原工序，将Fe³⁺还原成Fe²⁺。     （3）赤铁矿沉铁法      赤铁矿是一种炼铁原料。人们研究发现，在高温、高压条件下，当硫酸浓度不高时，溶液中的Fe3+便会发生加水分解反应，得到a-Fe₂O₃沉淀：       从化学式所表示的化学成分可知，赤铁矿沉淀渣中铁的含量(～60%Fe)比黄钠(钾)铁矾法和针铁法铁渣中铁的含量都高，因此该法的铁渣量少,可作炼铁原料，但需要昂贵的高压釜作沉铁设备,模块样要预先将Fe³⁺还原成Fe^2+_,该法的建设投资大。目前该方法还只有在国外湿法炼锌工厂有生产应用。湿法冶金中的氧化水解除铁方法比较见表2。表2  氧化水解除铁方法比较

方法	适用铁的浓度范围	起始铁离子形态	沉淀物形态	过程条件
				PH值	温度/℃	压力	预处理
常规	低铁溶液(Fe﹤1g/L)	Fe3+	Fe(OH)3	3.5～4.5	60～80	常压	Fe2+需氧化
铁矾法	高铁溶液	Fe3+	M2Fe6(SO4)4(OH)12	1.5～1.8	90～95	常压	Fe2+需氧化
针铁矿法	高铁溶液	Fe2+	FeOOH	3～3.5	80～90	常压	Fe3+需还原
赤铁矿法	高铁溶液	Fe2+	a-Fe2O3	40～50g/LH2SO4	180～200	高压	Fe3+需还原