溼法冶金的方法與流程
2023-05-21 19:33:11
本發明屬於冶金領域，具體而言，本發明涉及溼法冶金的方法。
背景技術：
溼法冶金是依靠化學理論逐漸發展起來的金屬冶煉方法，具有學科交叉和互相滲透的特點，在20世紀以來逐漸成為冶金學科中一門獨立的學科分支。由於冶金工業的主要工作是開發金屬礦物資源和一些金屬原產品，因而金屬冶金與我國的民生存在直接的關係。相對於傳統火法處理硫化礦精礦的方法所花的費用變得越來越高，由此氣體排放及產生煙塵而引起的環境制約也逐步升級，火法處理經常導致有價金屬副產物損失在爐渣及殘渣中，因此，溼法處理對全球金屬工業的重要性日益劇增。
然而溼法冶金過程需要處理大量的物料，並且這些礦物在採用溼法冶金過程中具有不同的理化性質狀態，因此，溼法冶金的過程中會產生大量的廢水、廢氣和廢渣。因而處理這些汙染物以實現環保是現階段溼法冶金中的主要工作。為了促進我國社會、經濟和環境的協調發展，溼法冶金中的環保已經成為一項重要的基本國策。
技術實現要素：
本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的一個目的在於提出一種溼法冶金的方法，通過採用該方法可以有效回收溼法冶金中浸出液中的二價鐵溶液，實現回收與有價金屬提取主流程的對接。
根據本發明實施例的溼法冶金的方法，包括：
在溼法冶金過程中，加入三價鐵離子作為氧化劑進行氧化浸出有價金屬，以便得到含有二價鐵離子的浸出液；
調節所述浸出液的pH值，以便得到酸性浸出液；
將所述酸性浸出液進行氧化反應，以便得到含有三價鐵離子的溶液；以及
將所述含有三價鐵離子的溶液返回用於所述溼法冶金過程。
由此，本發明上述實施例的溼法冶金的方法通過利用三價鐵離子對金屬礦物中的有價金屬進行氧化浸出，得到二價鐵離子和含有有價金屬離子的浸出液，進而將二價鐵離子在酸性條件下氧化為三價鐵離子，將氧化得到的三價鐵離子重複利用於對金屬礦物中有價金屬的氧化浸出，從而實現了鐵離子的循環重複利用，最大程度地利用浸出過程的鐵離子。進一步地，由三價鐵離子氧化得到的有價金屬離子可以通過成熟的有價金屬提取主流程的有效對接，工藝簡單，較容易實現清潔生產，具有顯著地經濟效益和環境效益。
另外，根據本發明上述實施例的溼法冶金的方法還可以具有如下附加的技術特徵：
在本發明的一些實施例中，所述含有二價鐵離子的浸出液中含有鎳、鈷、銅和鋅中的至少一種。
在本發明的一些實施例中，所述含有二價鐵離子的浸出液為純二價鐵離子溶液。由此可以進一步提高該方法普遍應用性。
在本發明的一些實施例中，通過向所述浸出液中加入鹽酸和/或硫酸調節所述浸出液的pH值。由此可以進一步提高該方法普遍應用性。
在本發明的一些實施例中，所述酸性浸出液的酸濃度為40-100g/L。由此可以進一步控制酸鹼度，有利於加壓氧化反應的進行。
在本發明的一些實施例中，所述氧化反應是通過向所述酸性浸出液中通入氧氣進行的。由此可以進一步提高二價鐵離子的氧化效率。
在本發明的一些實施例中，向所述酸性浸出液中通入氧氣以使所述酸性溶液中的氧氣分壓為0.02-0.6MPa。由此可以更容易地產生氧自由基，有利於有價金屬離子的氧化速度，提高回收效率。
在本發明的一些實施例中，控制所述酸性浸出液的溫度為60-140攝氏度的條件下進行所述氧化反應；所述氧化反應時間為2-6小時。由此可以提高汙染物的轉化速率和二價鐵溶液的氧化速率，進而實現廢水的分離處理以及二價鐵溶液與有價金屬提取主流程的有效對接，最大程度地利用浸出液中的鐵離子。
附圖說明
圖1是根據本發明一個實施例的溼法冶金的方法的流程圖。
具體實施方式
根據本發明的一個方面，本發明提出了一種溼法冶金的方法。下面參考圖1詳細描述本發明具體實施例的溼法冶金的方法。
根據本發明具體實施例的溼法冶金的方法包括：在溼法冶金過程中，以三價鐵離子作為氧化劑氧化浸出有價金屬，以便得到含有二價鐵離子的浸出液；調節所述浸出液的pH值，以便得到酸性浸出液；將所述酸性浸出液進行氧化反應，以便得到含有三價鐵離子的溶液；以及將所述含有三價鐵離子的溶液返回用於所述溼法冶金過程。
由此，本發明上述實施例的溼法冶金的方法通過利用三價鐵離子對金屬礦物中的有價金屬進行氧化浸出，得到二價鐵離子和含有有價金屬離子的浸出液，進而在酸性條件下，通過通入加壓氧氣及加熱的方法將二價鐵離子氧化為三價鐵離子，將氧化得到的三價鐵離子利用重複利用於對金屬礦物中有價金屬的氧化浸出，從而實現了鐵離子的循環重複利用，最大程度地利用浸出過程的鐵離子，同時可以將溼法冶金廢水中的汙染物氧化為二氧化碳和水。進一步地，由三價鐵離子氧化得到的有價金屬離子可以通過成熟的有價金屬提取主流程的有效對接，例如採用調pH沉澱有價金屬或者採用萃取方式分離有價金屬，工藝簡單，較容易實現清潔生產，具有顯著地經濟效益和環境效益。
根據本發明的具體實施例，相對於現有技術中常用的酸法浸出有價金屬的方法，本發明的利用三價鐵離子進行浸出的方法具有更加廣泛的適用性。例如，酸無法通過酸鹼反應浸出紅合金中的銅，而本發明採用三價鐵離子可以有效地將紅合金中的銅氧化為銅離子，實現銅的浸出。此外，根據本發明的實施例，酸法浸出中產生的二價鐵離子一般通過沉澱的方法除去，成本較高，而本發明的方法將二價鐵離子氧化為三價鐵離子進行循環使用，具有顯著地經濟效益和環境效益。
根據本發明的具體實施例，上述含有二價鐵的浸出液可以為純二價鐵溶液或含有其他有價金屬的二價鐵溶液。由此採用含有二價鐵的浸出液可以為純二價鐵溶液或含有其他有價金屬的二價鐵溶液進行回收，有利於處理複雜礦，包括一些低品位複雜礦石及大洋錳結核，能夠有效回收其中的各種有價金屬，擴大應用範圍。根據本發明的具體實施例，其他有價金屬可以為鎳、鈷、銅、鋅中的至少一種。由此採用上述方法可以實現與有價金屬提取主流程的有效對接，提高三價鐵溶液回收利用的純度。
根據本發明的具體實施例，上述調節所述浸出液的pH值是通過向所述含有二價鐵離子的浸出液添加無機酸完成的。由此工藝簡單，簡化操作流程。優選地，上述無機酸可以為鹽酸和/或硫酸。由此採用硫酸或鹽酸作為調整pH範圍的無機酸可以更好地氧化浸出液中殘存的金屬單質，實現有價金屬單質的分離，提高提取產率，並有利於後續加壓氧化反應的進行。
根據本發明的具體實施例，上述經過調節pH值後獲得的酸性浸出液的酸濃度為40-100g/L。也就是說，向浸出液中加入酸的量以使浸出液中的酸濃度達到40-100g/L為準。由此可以有效控制酸的加入量。由此通過調節浸出液的pH值，可以有效提高後續加壓氧化反應的進行。
根據本發明的具體實施例，上述氧化反應是通過向述酸性浸出液中通入氧氣進行的。由此可以進一步提高二價鐵離子的氧化效率。具體地，可以向酸性浸出液中通入氧氣以使酸性溶液中的氧氣分壓達到0.02-0.6MPa。由此可以更容易地產生氧自由基，有利於有價金屬離子的氧化速度，提高回收效率。
根據本發明的具體實施例，上述氧化反應優選控制酸性浸出液的溫度為60-140攝氏度的條件下進行，且氧化反應時間為2-6小時為最佳。由此採用該溫度和時間有利於產生更多的氧氣自由基，提高汙染物的轉化速率和二價鐵溶液的氧化速率，進而實現廢水的分離處理以及二價鐵溶液與有價金屬提取主流程的有效對接，最大程度地利用浸出液中的鐵離子。
根據本發明的實施例，發明人發現，在控制酸性浸出液的酸濃度為40-100g/L的條件下，向通入體系內通入氧氣，並控制體系內氧分壓為0.02-0.6MPa，並在60-140攝氏度的溫度下進行氧化反應2-6小時，可以有效地將二價鐵離子氧化為三價鐵離子。
根據本發明的實施例，上述氧化得到的三價鐵離子可以返回氧化浸出步驟，從而實現了鐵離子的循環重複利用。傳統的溼法冶金方法通常採用酸浸出，經過中和後的大量含鐵沉澱基本扔掉。而本發明實施例的溼法冶金的方法採用變價的鐵去浸出變價金屬，之後將鐵回用浸出。因此，常規浸出採用酸，常規酸不能回用，鐵要經過中和去除，而且有些價態的金屬用一般酸浸出條件無法浸出，如紅合金中的金屬銅；而本發明浸出採用鐵，鐵可經氧化回用，並且利用鐵可有效浸出變價金屬鎳、鈷、銅和鋅等，較現有酸浸出不僅省去了硫酸、利用了廢棄鐵，顯著降低成本。
實施例1
原料：二價鐵濃度為55g/L的浸出液，鹽酸(分析純，50g/L)，氧氣(壓力0.5MPa)
三價鐵溶液的製備方法：
(1)在上述二價鐵濃度為55g/L，800mL的浸出液中加入濃度為鹽酸調節浸出液的pH，使得浸出液的酸濃度達到50g/L。
(2)將上述調整pH值的浸出液中通入氧分壓為5bar的氧氣，並加熱到70攝氏度，反應2小時完畢。
採用上述方法工藝簡單，可清潔生產，利用了浸出過程中的鐵離子，實現浸出液與有價金屬提取主流程的有效對接，其中二價鐵轉化為三價鐵的轉化率為85.5％。
實施例2
原料：二價鐵濃度為55g/L的浸出液，鹽酸(分析純，50g/L)，氧氣(壓力0.5MPa)
三價鐵溶液的製備方法：
(1)在上述二價鐵濃度為55g/L，800mL的浸出液中加入濃度為鹽酸調節浸出液的pH，使得浸出液的酸濃度達到50g/L。
(2)將上述調整pH值的浸出液中通入氧分壓為5bar的氧氣，並加熱到90攝氏度，反應6小時完畢。
採用上述方法工藝簡單，可清潔生產，利用了浸出過程中的鐵離子，實現浸出液與有價金屬提取主流程的有效對接，其中二價鐵轉化為三價鐵的轉化率為91.0％。
實施例3
原料：二價鐵濃度為55g/L的浸出液，鹽酸(分析純，50g/L)，氧氣(壓力0.2MPa)
三價鐵溶液的製備方法：
(1)在上述二價鐵濃度為55g/L，800mL的浸出液中加入濃度為鹽酸調節浸出液的pH，使得浸出液的酸濃度達到70g/L。
(2)將上述調整pH值的浸出液中通入氧分壓為2bar的氧氣，並加熱到110攝氏度，反應6小時完畢。
採用上述方法工藝簡單，可清潔生產，利用了浸出過程中的鐵離子，實現浸出液與有價金屬提取主流程的有效對接，其中二價鐵轉化為三價鐵的轉化率為93.1％。
實施例4
原料：二價鐵濃度為55g/L的浸出液，鹽酸(分析純，50g/L)，氧氣(壓力0.1MPa)
三價鐵溶液的製備方法：
(1)在上述二價鐵濃度為55g/L，800mL的浸出液中加入濃度為鹽酸調節浸出液的pH，使得浸出液的酸濃度達到70g/L。
(2)將上述調整pH值的浸出液中通入氧分壓為2bar的氧氣，並加熱到130攝氏度，反應4小時完畢。
採用上述方法工藝簡單，可清潔生產，利用了浸出過程中的鐵離子，實現浸出液與有價金屬提取主流程的有效對接，其中二價鐵轉化為三價鐵的轉化率為94.4％。
在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。
儘管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在本發明的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。