湿法冶金过程除铁净化技术的应用研究进展

白 健，杨 磊，徐 靓，赵宇航，孙华宁

（1.神华准能资源综合开发有限公司研发中心，内蒙古鄂尔多斯 010300；2.中国石油规划总院炼化信息技术部，北京 100089）

1 湿法冶金物料杂质的危害

湿法冶金工艺在获取目标金属的同时会将其他金属元素协同浸取，协同浸取出的铁离子会导致粗液中的铁离子超出规定的含量，制约了湿法冶金各工序工艺的正常运行，致使冶炼的物质不合格不达标，影响冶金产品的质量，同时还延长生产的时间，减少了产量，增加了生产成本。例如氧化铝冶金生产过程中，如果粗液中铁含量偏高，在蒸发结晶过程中母液多次循环，引起铁离子富集，当母液中杂质离子达到一定程度时，将影响最终产品品质，无法继续循环利用，需将其外排，会造成一定量的氧化铝损失。

2 湿法冶金物料除杂技术进展

2.1 微生物除铁技术

微生物很难用肉眼观察到，包括细菌、真菌等，具有体积小表面积大的特点。微生物主要以碳源氮源以及水和无机盐为主要营养物质。工业微生物可应用于冶金、轻工业等领域，比如微生物可以氧化吸附铁元素，根据这一特性可用于工业生产。

赵雪孙等[1]采用黑曲霉对煤系高岭土制备料浆进行除铁实验研究。将黑曲霉菌液加入到7.5g 煤系高岭土矿浆中，进行不同数量黑曲霉、不同矿浆浓度、不同温度、时间去除矿浆Fe3+单因素优化实验研究。最终确定最优去除Fe3+条件为：黑曲霉接种量为10mL，煤系高岭土矿浆质量分数为5%，28℃恒温，培养时间7d，Fe3+的去除效率可以达到65.72%。

刘泽群等进行了低温复合产絮菌去粗铁离子实验研究。开展了H8H13DN1DG2不同排列组合复合絮凝菌去除实验。对比研究了Fe2+、Mn2+、Cu2+、Zn2+四种离子去除效果。其中Fe2+去除效果最佳，Mn2+去除效果最差。将复合絮凝细菌固定化小球（絮凝细菌含量5%）投加到除铁实验装置中，铁离子的去除率可达到80%以上。研究结果表明复合生物絮凝剂具有吸附量高、吸附速度快铁离子去除效率高的特性。

2.2 磁选除铁技术

磁选法是利用矿石中铁矿物磁性的不同来达到分选的目的，从而制定相应的选矿流程。我国铝土矿资源短缺，其中有部分高铁铝土矿，其氧化铁及其他氧化物含量超过15%，在应用上有很大的局限性，因此，需要开展磁选法预除铁。

谢武明等采用磁选法开展了高铁铝土矿铁的去除实验研究。将铝土矿与助剂按一定配比混匀，在刚玉坩埚中封盖800℃焙烧，恒温一段时间在缺氧状态下冷却磨细。磨后样品用磁选管磁选，实验研究了磁场强度、研磨粒径、反应时间、温度及还原剂投加量对磁选除铁效果的影响。从50kA/m 升高到200kA/m，铝土矿铁去除率从53.0%上升到 86.8%，但是铝土矿铝回收率从90.5%下降到80.4%，优化实验条件后，磁选磁场强度150kA/m 获得铁精矿铁品位为 63.2%，铁去除率为89.8%，此时铁铝分离效果很好。

郑慧慧进行了类似的实验研究。主要研究了磨矿细度、磁选强度等实验条件。当磨矿细度为0.074mm 占91.30%时，经过粗选磁场强度0.7T、精选磁场强度1.5T 时，原矿中全铁含量从1.72%下降为1.08%，铁去除率为37.29%。

2.3 沉淀除铁技术

沉淀法是利用沉淀反应原理，将被去除元素转化为难溶物，以沉淀形式从溶液中分离出来的方法，沉淀除铁主要有无机沉淀和有机络合沉淀法。张贺杰等报道了原位中和沉淀法脱出锰冶金浸出液中铁和铝的相关研究。将目前常用方法中首先将MnSO4浸出液中二价铁离再氧化为三价铁离子，然后调节pH 至6～7，将Fe3+生成 Fe（OH）3，这种工艺除铁效率高，但在调节酸度过程中容易生成胶体溶液，过滤困难。原位中和沉淀法采用氨水作为调节剂，可将Fe（OH）3直接转变为α-FeOOH，构建了一套可控制MnSO4浸出液中铁和铝成核和长大过程的原位中和沉淀体系，并在锰冶金行业成功应用。同时解决了过滤性差，滤饼夹带锰离子的问题。该法脱除铁后溶液铁离子浓度可达到 0.1mg/L 以下，完全可以满足净化工艺的要求。

朱肖锋采用有机沉淀剂除去溶液硫酸铝中的铁离子，达到提纯液体硫酸铝的目的。研究了沉淀剂加入量、操作温度、反应时间等实验条件。实验结果说明，当在沉淀剂与和硫酸铝溶液质量比为 8×10-2，反应温度 25 ℃，反应时间为60 -75min 时，铁离子含量可降到30×10-6（质量分数），可以满足生产的需要。

2.4 树脂除铁技术

粉煤灰主要成分组成为：SiO2、Al2O3、FeO、Fe2O3。随着电力工业的发展，2019年我国粉煤灰排放量约8亿t。粉煤灰中含有大量有价元素，可以作为一种矿物进行利用。粉煤灰用盐酸浸出氧化铝的同时大部分Fe3+被浸出，研究者采用离子交换树脂可有效吸附铁离子，实现了铁铝有效分离，有利于粉煤灰的综合利用。

张强采用阴离子交换树脂进行了除铁实验研究。开展了不同种类树脂、不同还原剂络合剂及加入量、洗脱再生实验、树脂饱和吸附量研究。研究结果表明，增加还原剂、络合剂可有效提高树脂吸附Fe3+的能力。采用1mol/L盐酸作为溶液洗脱，用去离子水浸泡洗涤，最终pH 控制到3.0，可以实现树脂有效再生。除此之外，贵州理工学院与中科院地球化学所进行了高铁盐酸溶液除铁技术大量的研究工作。采用LSD396螯合树脂作为除铁树脂，分析了树脂用量、吸附温度、吸附时间对吸附性能的影响。实验结果表明，当树脂用量为0.6g/ml、温度45℃、吸附时间选择2h，振荡频率 120r/min，铁离子的去除率大于99%。

2.5 萃取除铁技术

萃取法除铁是利用 Fe3+在不同溶剂中溶解度的不同而实现分离除铁方法。萃取除铁具有选择性高、能耗低、萃取剂可回收利用和污染少等优点，已被广泛应用于冶金行业。

冯振华等报道萃取法从碲铋矿溶液中分离铁离子与碲离子的实验研究工作。研究了异丙醚、磷酸三丁脂为主要有机萃取相，优化了溶液酸度、相比、萃取时间、反萃相、反萃相比等实验参数。铁离子萃取的最佳条件为：溶液控制酸度为7.2mol/L；萃取相比为3 ∶4；萃取时间1.5min；反萃液选用蒸馏水，反萃时间1min；反萃相比1 ∶1；此时Fe3+的萃取率为99.92%。对于萃取级数的确定，需要根据萃取相比、萃取率来确定。

沈玮等采用萃取法开展了硫酸铝中铁离子去除实验。采用烷基结构的磷酸单烷基酯作为萃取剂，讨论了酸度、平衡时间、操作方式等影响因素。实验结果表明，用P538煤油溶液进行三级逆流萃取，将硫酸酸度控制在0.5mol/L，反萃液4mol/L 硫酸，铁离子萃取率在99.5%，再经过浓缩结晶，最终得到的硫酸铝满足行业优级品标准。

3 结束语

综上所述，目前冶金过程除铁工艺技术各有利弊，但是树脂法和萃取法具有很大的应用前景，应继续加大研究力度，不断创新改革现有工艺技术，开发优化新的方法，最终获得工艺简单、效率高、生产成本低廉、自动化程度高的除铁工艺，为我国湿法冶金工业做出更大的贡献。