一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法
2023-10-09 22:36:49 1
專利名稱：一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法
技術領域：
一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，涉及溼法冶金過程硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離，特別是含鉻鐵電鍍汙泥硫酸浸出液中鉻、鐵分離方法。
背景技術：
在溼法冶金過程中，會產生含鉻和鐵的硫酸體系溶液，形成含有硫酸鉻和硫酸亞鐵的混合溶液。由於鉻、鐵元素化學性質相近，以及吸附-共沉澱效應，存在分離提取鉻、鐵金屬的難題。目前已開發的硫酸體系溶液中鉻、鐵分離方法主要有
(1)溶劑萃取法，其具有設備簡單、過程易於控制以及試劑可循環使用等特點，經酸性膦類萃取劑(如P204、P507)萃取，雖然鐵的萃取率可達99%以上，但是鉻的共萃取率也高達25%，分離效果不佳，鉻損失明顯；
(2)莫爾鹽結晶法，是基於硫酸亞鐵、硫酸鉻與硫酸銨反應，生成的鉻銨礬(NH4Cr(SO4)2 · 12H20)和亞鐵銨礬(Fe (NH4)2 (SO4)2 · 6H20,即莫爾鹽)存在明顯的溶解度差異，亞鐵銨礬結晶析出，而鉻則保留在溶液中，以達到有效分離鉻、鐵的目的。雖然莫爾鹽結晶法的鉻損失率較低，但該方法工序複雜，對操作要求嚴格，不易大規模工業化；
(3)草酸亞鐵沉澱法，是基於草酸亞鐵溶度積低(2.1X 10_7)的原理，通過草酸亞鐵沉澱以達到分離鉻、鐵的目的。雖然草酸亞鐵沉澱法在室溫條件下即可實現98%左右的除鐵率，但除鐵率對草酸加入量及溫度因素敏感，對操作要求嚴格，而且較佳的反應pH約4.0，初始溶液中和負荷大。(4)針鐵礦法，從硫酸含鉻溶液中除鐵並回收鉻，雖然針鐵礦法除鐵率高達99%，但鉻的損失率也較高(約15%)。針對鉻鐵分離技術的研究基本處於實驗室研究階段，還缺乏支撐產業化應用的經濟適用技術，目前沒有大規模工業化應用的報導。這也是一直困擾含鉻和鐵電鍍汙泥等二次資源循環利用的技術難題之一，不利於鉻的無害化處置和有價成分金屬鉻的高效回收與資源化利用。在公開的溶液中分離鉻和鐵離子方法的專利中，專利號為201010510631X的中國專利公開的是一種由多組分溶液中分離鉻離子和鐵離子的方法，以硫酸浸出鉻鐵礦後的硫酸鉻和硫酸鐵混合溶液為原料，加入萃取劑進行萃取，萃取劑選用十八烷基二甲基叔胺、十八烷基叔胺或雙十八烷基叔胺，萃取劑加入量為硫酸鉻和硫酸鐵混合溶液體積的10% 50%,萃取後得到非有機相為硫酸鉻溶液,得到有機相為萃取劑和硫酸鐵,而後用氫氧化鈉溶液對有機相進行反萃取，調節PH值為9 10，得到氫氧化鐵、硫酸鈉溶液和萃取劑，萃取劑循環使用，利用萃取得到的硫酸鉻溶液，採用直接結晶的方法製備硫酸鉻，利用氫氧化鐵為原料以高溫結晶的方法製備氧化鐵紅顏料。工業中採用萃取分離方法的成本較高，而且在電鍍汙泥萃取分離鉻、鐵過程中可能會有第三相產生，會嚴重影響萃取分離過程。申請號為CN200710041574. 3的中國專利是一種電鍍汙泥的磷酸鹽穩定化處理方法，其主要步驟如下(1)將電鍍汙泥經102°c烘乾，然後研磨成粉，備用；(2)在30-70°C溫度範圍下，將分析純的可溶性磷酸鹽與上述電鍍汙泥按1: 70-1 90的重量比例混合，並在攪拌機中強力攪拌4小時，使其充分反應；反應過程中控制其pH值在8-11範圍內；(3)反應結束後，自然冷卻，得到含有重金屬複合磷酸鹽的汙泥固體樣品，試驗表明該汙泥能達到國家規定的危險廢物填埋標準。這種方法只是電鍍汙泥穩定化處理，沒有實現有價金屬資源化利用。
發明內容
本發明的目的是針對上述已有技術中存在的不足，提供一種工藝簡單、流程短、環境友好的，能有效提取分離鉻和鐵的硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法。本發明是通過以下技術方案實現的。 一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於其工藝過程的步驟依次包括
(1)在含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，加入還原劑進行預處理；
(2)調整溶液pH值；
(3)加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應，使磷酸鉻與氫氧化鉻形成複合共沉澱物；
(4)進行過濾分離，得到磷酸鉻氫氧化鉻複合沉澱物和含硫酸亞鐵濾液，實現鉻鐵選擇性分離。本發明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，鉻離子含量為O. l-30g/L,鐵離子含量為O. l-20g/L。本發明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的加入還原劑進行預處理過程，是加入硫代硫酸鈉或亞硫酸鈉進行還原預處理，使溶液中的鉻、鐵離子分別保持在Cr3+、Fe2+狀態。本發明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的調整溶液PH值過程是加入鹼液調整溶液pH值，使溶液pH值為O. 5 2. 5。本發明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應過程，添加的可溶性磷酸鹽的量以磷酸根計，磷酸根與鉻離子摩爾比為O. 2 O. 8。本發明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應過程的溫度為60 90°C，時間為60 120min。本發明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應過程，進行攪拌，攪拌的線速度為100 400 m/min0本發明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的過濾分離後，鉻以沉澱物留著濾餅中，鐵保持在溶液中。本發明的方法，利用Cr3+、Fe2+的磷酸鹽溶解度差異，實現的鉻和鐵的選擇性沉澱分離。由於CrPO4 · 2H20的溶度積Ksp為2. 4X 10_23，Cr(OH)3的溶度積Ksp為6. 3X 10_31，而Fe3(PO4)2微溶於水，易溶於酸，磷酸鉻能與氫氧化鉻結合生成膠體狀複合沉澱物，通過還原控制、調整溶液PH值、化學沉澱反應、過濾分離等工藝步驟，最終得到磷酸鉻氫氧化鉻複合沉澱物和含FeSO4濾液，實現鉻鐵選擇性分離提取，鉻和鐵的回收率在98. 5%以上。所得到的複合沉澱物可在後續進一步延伸加工成各種化工鉻鹽或氫氧化鉻產品，同時磷酸根可得到回收循環利用。本發明的方法，具有以下優點(1)工藝操作簡單、流程短、成本低；(2)磷酸沉鉻方法在較寬的離子濃度範圍內具有強選擇性，而且鉻、鐵分離效果理想；(3)可高效回收金屬鉻、鐵，回收率均大於98. 5%，經濟效益顯著；(4)過程中使用的磷酸鹽沉澱劑可循環利用，生產過程無環境二次汙染。
具體實施例方式一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其工藝過程的步驟依次包括 (I)在含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，溶液中的鉻離子含量為O. l-30g/L,亞鐵離子含量為O. l-20g/L，加入還原劑亞硫酸鈉或硫代硫酸鈉進行預處理，使溶液中的鉻、鐵離子分別保持在Cr3+、Fe2+狀態；(2)加入鹼液調整pH值為O. 5 2. 5 ; (3)加入可溶性磷酸鹽，如磷酸鈉，添加的磷酸根與鉻離子摩爾比在O. 2 O. 8，進行選擇性磷酸沉鉻反應，反應過程是在60 90°C區間保溫60 120min，過程中攪拌線速度控制為100 400 m/min,使磷酸鉻與氫氧化鉻形成複合共沉澱物；(4)進行過濾分離，得到磷酸鉻氫氧化鉻複合沉澱物和含硫酸亞鐵濾液，實現鉻鐵選擇性分離。實施例1
硫酸體系鉻、鐵混合溶液中Cr含量為6. O g/L，Fe含量為3. O g/L，還原劑選擇亞硫酸鈉，濃度20%亞硫酸鈉溶液與鉻、鐵混合溶液按1:10比例均速滴加，加適量NaOH溶液調整溶液pH至2. 0，按磷酸根與鉻離子摩爾比O. 4的量加入磷酸鈉，在90 °C條件下保溫60min,過程中攪拌線速度控制在200 m/min,過濾得到磷酸鉻氫氧化鉻複合沉澱物,濾液中鉻、鐵濃度分別為O. 086 g/L和2. 91 g/L，鉻回收率為98. 53%，鐵回收率為98. 58%，鉻鐵分離係數67. 7。實施例2
硫酸體系鉻、鐵混合溶液的中Cr含量為20. O g/L,Fe含量為15. O g/L，還原劑選擇亞硫酸鈉，濃度20%亞硫酸鈉溶液與鉻、鐵混合溶液按1:5比例均速滴加，加適量NaOH溶液調整溶液pH至2. 0，按磷酸根與鉻離子摩爾比O. 3的量加入磷酸鈉，在70 °C條件下保溫90min,過程中攪拌線速度控制在300 m/min,過濾得到磷酸鉻氫氧化鉻複合沉澱物,濾液中鉻、鐵濃度分別為O. 089 g/L和14. 89 g/L，鉻回收率為99. 56%，鐵回收率為99. 08%，鉻鐵分離係數223.1。實施例3
硫酸體系含鉻、鐵混合溶液的中Cr含量為6. O g/L,Fe含量為3. O g/L，還原劑選擇硫代硫酸鈉，濃度10%硫代硫酸鈉溶液與鉻、鐵混合溶液按1:5比例均速滴加，加適量NaOH溶液調整溶液PH至1. 5，按磷酸根與鉻離子摩爾比O. 5的量加入磷酸鈉，在80 °C條件下保溫60 min,過程中攪拌線速度控制在150 m/min,過濾得到磷酸鉻氫氧化鉻複合沉澱物,濾液中鉻、鐵濃度分別為O. 053 g/L,2. 90 g/L，鉻回收率為99. 10%，鐵回收率為99. 03%，鉻鐵分離係數109. 4。
以上所述，僅為本發明的具體實施案例，但可以有許多改進和改變，因此本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭示的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於其工藝過程的步驟依次包括 (1)在含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，加入還原劑進行預處理； (2)調整溶液pH值； (3)加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應，使磷酸鉻與氫氧化鉻形成複合共沉澱物； (4)進行過濾分離，得到磷酸鉻氫氧化鉻複合沉澱物和含硫酸亞鐵濾液，實現鉻鐵選擇性分離。
2.根據權利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，鉻離子含量為0. l-30g/L,鐵離子含量為0. l-20g/L。
3.根據權利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的加入還原劑進行預處理過程，是加入硫代硫酸鈉或亞硫酸鈉進行還原預處理，使溶液中的鉻、鐵離子分別保持在Cr3+、Fe2+狀態。
4.根據權利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的調整溶液PH值過程是加入鹼液調整溶液pH值，使溶液pH值為0. 5 2. 5。
5.根據權利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應過程，添加的可溶性磷酸鹽的量以磷酸根計，磷酸根與鉻離子摩爾比為0. 2 0. 8。
6.根據權利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應過程的溫度為60 90°C，時間為60 120mino
7.根據權利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應過程，進行攪拌，攪拌的線速度為100 400 m/min。
8.根據權利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於加入可溶性磷酸鹽為磷酸鈉。
9.根據權利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特徵在於所述的含鉻和鐵的硫酸體系溶液為電鍍汙泥硫酸浸出液。
全文摘要
一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，涉及溼法冶金過程硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離，特別是含鉻電鍍汙泥硫酸浸出液中鉻、鐵分離方法，其特徵在於其工藝過程的步驟依次包括(1)在含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，加入還原劑進行預處理；(2)調整溶液pH值；(3)加入可溶性磷酸鹽，進行選擇性磷酸沉鉻反應，使磷酸鉻與氫氧化鉻形成複合共沉澱物；(4)進行過濾分離，得到磷酸鉻氫氧化鉻複合沉澱物和含硫酸亞鐵濾液，實現鉻鐵選擇性分離。本發明的方法工藝簡單、流程短、環境友好的鉻和鐵提取分離的溼法冶金技術，尤其適合應用於含鉻鐵電鍍汙泥資源化利用領域。
文檔編號C22B3/44GK103014340SQ201310008199
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月10日 優先權日2013年1月10日
發明者王成彥, 徐志峰, 袁文輝, 月日輝, 揭曉武, 楊卜 申請人:北京礦冶研究總院, 江西理工大學