2022年铁矿泥的处理 .pdf
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1、铁矿泥的处理1 铁矿泥的合理处理印度,印度理工学院Kharagpur-72130 2,化学工程系摘要:典型的印度钢铁厂的铁矿石泥中含有56的铁,6.78的 Al2O3 和 5.8 的 SiO2。对这种附加价值这种拒绝/使用化学处理和电解废料进行了研究。二替代化学处理路线已经探索:(i)酸提取的铁,然后用碱治疗和(ii)碱提取,从铁矿石煤泥的三氧化二铝和二氧化硅。碱提取改善铁的含量高达65w/w的。酸提取可以提高相同的最多 63w/w的。草酸解决方案,采用不锈钢阴极和铅阳极电解铁,周围环绕着合成布膜片,产生的阴极表面上的高纯度铁存款。经过化学处理的铁矿泥是适合钢铁生产高炉,而元素铁可直接使用的电
2、解提取用于炼钢。随着过程的详细信息,初步计算两个过程的经济性已提交。?2003-2007 B.V.保留所有权利。关键字:铁矿石矿泥酸萃取碱萃取电解冶金法阴极 阳极隔膜1.介绍铁矿的主要选矿流程会产生大量的超细粉末,相对细的等级丢弃去尾矿池。这种铁矿泥因铁含量低不能用作高炉原料。随着一天一天的积累,粗略估计印度每年产生 10t 含 48%-60%铁的这种材料。(Das等人 2008 年)这就凸显了我们合理利用这些超细物料的重要性。Das 等人在 1992 年发现含57%Fe的铁矿泥能通过使用水力旋流器获得含64%Fe和重获 49%铁。有报道称使用浮选柱能使铁矿泥铁的含量从57.5%提升到65.5
3、%,整体的回收率为59%。一个典型的印度铁矿泥铁矿泥含57.2%的 Fe,5.81%SiO2和 7.05%AL2O3通过湿法磁选和选择性磁性涂层的研究显示,在磁场强度为 7.8kG 的磁场中获得含62.32%Fe的铁精矿和 66.5%的复苏铁(Das 等人,2008)。本研究中,铁矿泥从Joda mine,Tata Steel Limited收集,按下面的选矿过程进行研究。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页,共 9 页 -铁矿泥的处理2 i.通过酸浸出从矿泥中提取浓缩铁溶液,然后用碱性物质处理使其成为浓缩固体。Ii.通过氢氧化钠溶液的处理减少铁矿泥中氧化铝和二氧化硅的含量
4、,从而富集铁的含量。iii.用有机酸浸出铁矿泥,使用电解法从获得的溶液中得到铁。从铁矿石中高效提取铁是可以实现的,和热浓盐酸而不是和浓硫酸或者浓硝酸酸液反应,已经研究出接触时间,酸浓度,温度,矿粒大小对铁矿在盐酸酸液中溶解的影响。氯化铁混合物的决定用盐酸萃取铁效果的好坏(Encycl.Sc&Tech.,1997)。当 Fecl3浓度高时就形成 Fe(OH)3。这种红褐色无定型物质Fe(OH)3也称为水合氧化铁。当Fe(OH)3失去水时形成 Fe2O3。在拜耳法中,铝土矿,最重要的铝矿石,被热氢氧化钠溶液清洗消化。使AL3O3转变为 AL(OH)3,最终溶解在氢氧化钠溶液中。但是三氧化二铝的溶解
5、度是由温度决定的(Encycl.of I ndustrial Chemistry,2003)。使用拜耳法的这种基本反应,和氢氧化钠溶液反应减少铁矿泥中氧化铝的含量。铁矿泥中的另一种成分二氧化硅在这个反应过程中一样会减少。这两种成分的同时减少提高了有价铁在铁矿泥中含量。在电解沉积或电解提取过程中,矿石中的金属接触酸而被溶解,电流从惰性阳极流流向另一极,金属被提取出沉积在阴极。在酸电解质中将铁从铁矿泥中电解 出,草 酸 因 比 其 他 有 机 酸 有 高 还 原 性 而 被 选 为 溶 剂。Ambikadevi 和Lalithambika(2000)研究一些有机酸发现,草酸从陶瓷材料中溶解氧化铁效
6、果最好。同时他们还得出结论,草酸浓度在 0.05M-0.15M 之间时,从高岭土材料中提取铁最有效,最终粒度达到90%2 m。Mostad et al.(2008)描述试验厂从硫酸溶液中电解沉积铁的操作,用铁皮和铅阳极,用隔膜包围。在可接受的功耗范围内能获得高纯度的铁。2.铁矿尾矿矿泥的组成Ghose(1997)研究那种铁矿石类型,主要的选矿过程和磨矿操作有关,废液中水含量决定铁矿泥的特性。Ghose 和 Sen(2001)总结出印度的铁矿泥主要成分是二氧化硅氧化铝和氧化形态的铁,本研究中,铁矿泥的化学成分的数量是通过ICP-AES 技术评估,在钢铁厂中其数据是有效的。本实验中使用的都是+10
7、0 目的铁矿泥。原料铁矿石泥的组成如表一。3.提取方案 3.1从铁矿泥中酸萃取出的铁,在碱处理铁提取的步骤和从铁矿泥提取氧化铁的一样在图1.名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页,共 9 页 -铁矿泥的处理3 3.2.从铁矿泥中碱萃取氧化铝和二氧化硅重要反应包含铁矿泥在热碱液中的溶解,和拜耳反应一样。铝 矿 石 在 热 氢 氧 化 钠 溶 液 中 反 应 形 成 可 溶 性 铝 酸 钠(Encycl.of Industrial Chemistry,2003)。Al(OH)3+Na+OH-Na+Al(OH)4-在溶解过程中第二个重要的反应是脱硅,二氧化硅和氢氧化钠溶液反应生成可
8、溶性硅酸盐(工业化学Encycl.2003 年)。AL2O3.2SIO2.2H2O+6NaOH2NaALO2+2Na2SiO3+5H2O 3.3 电解沉积铁涉及两个步骤a)铁矿矿泥在草酸中溶解b)电解过程中,阴极反应生成铁,沉积在阴极。参与反应的草酸被氧化为二氧化碳(Lee et al.,2007)。HC2O4-=H+2CO2+2e-赤铁矿变为低价的草酸亚铁2H+Fe2O3+4HC2O4-+2e-=2Fe(C2O4)2-+3H2O 因此解散反应是2H+Fe2O3+5HC2O4-=2 Fe(C2O42)2-+3 H2O+2CO2温度,草酸浓度,氧化铁形态和粒度影响反应。第二步的反应,电解槽沉淀铁
9、来自草酸铁溶液,反应如下:在阴极:Fe+2e-=Fe H+e-=1/2H2 在阳极:(C2O4)2 2-2e-+2H2O=2H2CO3+O2阳极反应涉及草酸离子和?nderet al,2009.一致。4.实验步骤4.1 先从矿石泥中用酸提取铁,然后用碱处理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页,共 9 页 -铁矿泥的处理4 用不同体积的 32%(w/v)的商用级盐酸和铁矿泥混合在一起,在 100 C 下反应一段时间(30 和 60分钟)称 1.0gm的矿泥样本,然后转移到盛有盐酸的锥形烧杯中。酸的体积依次为60,90,120,150ml,用来研究溶剂体积对固体溶解速率的影响。
10、加热到100 C 使混合物反应,并且使用电磁搅拌器不断搅拌。浸出 30 分钟和 60 分钟以观察是否有更进一步的溶解发生。每个试验结束后冷却并过滤。在添加氢氧化钠处理滤液时立刻会发现棕色的氢氧化铁沉淀。添加过量的碱液使 ph 在 13。将沉淀物从滤液中过滤掉,并用水清洗除去表面氢氧化钠。再在 105 C.中干燥 3 小时。称量固体沉淀物的重量,用氧化还原滴定法测量铁含量(BIS 1493-1959)。实验使用更少的酸量以得到高浓度的矿浆。2,4,6gm的铁矿泥和 10ml 的盐酸混合,形成矿浆密度分别为200 gm/L,400 gm/L and 600 gm/L,使其分别在最佳条件下反应60
11、分钟,即 100 度下。4.2.碱提取氧化铝和二氧化硅从铁矿石粘液准备不同浓度的氢氧化钠溶液(5 gm/100 ml to 20 gm/100 ml)。1gm铁矿泥样本分别加入 100ml的各个浓度的氢氧化钠溶液中。混合物在 100 度中加热30 分钟,用电磁搅拌器搅匀。滤液被回收,固体残渣被收集。用清水清洗掉吸名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页,共 9 页 -铁矿泥的处理5 附在固体表面的氢氧化钠。再在105 度下干燥 3 小时。干燥后,称量,由氧化还原滴定法测定铁含量(BIS 1493-1959)。在高浓度矿浆(2 00 gm/L,400 gm/L,60 0 gm/L
12、)和氢氧化钠浓度为20gm/100ml 的最佳条件下进行实验。10ml 碱混合液,在100 度下和 2gm,4gm和 6gm 的铁矿泥样本分别反应30 分钟。用氧化还原滴定法测量铁含量(BIS 1493-1959)。4.3 电解沉积铁将草酸溶解在蒸馏水中配置成0.11 M,0.22 M,and 0.3 3 M的溶剂。分批进行浸出实验,向 200ml 的草酸溶液中添加铁矿泥。在添加铁矿泥样本前先将草酸溶液转移到一个500ml 的圆底烧杯中,烧杯事先加热到90 度。然后加 3gm的铁矿泥样本到烧杯中,使用电磁搅拌器在90 度不同的时间间隔下使其溶解,分别为 30,60,90 分钟。然后将其冷却并转
13、移到标准烧杯中。记录滤液的导电性和 ph 值。然后将得到的滤液在125ml 的容器中电解,铁作为阴极,在阳极形成0.75 安的稳定电流,电流密度为1500 安每立方米(阴极也一样)。干燥后称量阴极电极得出新获得铁的重量并记录。其纯度由阴极边缘样品的报废和盐酸中的溶解决定。使用原子吸收分光光度计分析溶液M/S Perkin Elmer,model:Analyst 700。溶解反应在高矿浆密度的最佳条件下进行。2 gm,4 gm and 6 gm的铁矿泥样本在 10ml 0.33M 的草酸溶液中混合并在90 度下加热 90 分钟。阴极低碳钢阴极外形尺寸为2 cm 4 cm,在水下表面积为5 立方厘
14、米。阳极选择一个矩形铅阳极板(2 cm 4 cm 1 cm)水下面积为 5.6 立方厘米。隔膜电解必须在阳极室和阴极室之间使用一个隔膜减小氧气在阳极析出的对阴极的影响。本实验中用一种高聚物作为隔膜材料,隔绝阳极。5.结果与讨论5.1.从矿泥中用酸提取铁,然后用碱处理5.1.1 酸体积的影响图 2 表明氧化铁沉淀的量因盐酸使用量的不同而不同。酸量大从矿泥中提取的铁多,这导致加入碱后更多的固体析出。理论上4.28ml(32%w/v)的盐酸 能够将 1gm的矿泥中的铁全部提出出来。在实验室中多余的铁被利用。萃取量随着时间和酸度的增强而变多。这指出反应过程受速率控制,矿石形状,微观结构决定了质量传递速
15、率和反应速率。当矿泥在 150ml 的盐酸中溶解 60 分钟,最多有课获得621mg的沉淀物。这个过程的产率可以用沉淀物中实际含铁量比原矿泥样本中铁含量。当铁矿泥和150ml 的盐酸加热 60 分钟时,产率最大可达到70%。沉淀物中铁含量在62-63%之间。实验在相对较高的矿浆密度和最佳环境下进行,在100 度下溶解 60 分钟。用不同矿浆密度 600g 矿泥每升酸,400g 矿泥每升酸,和 200g 矿泥每升酸处理,处理后沉淀物中铁含量是38%-45%之间。5.2 从铁矿泥中碱提取氧化铝和二氧化硅名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页,共 9 页 -铁矿泥的处理6 5.2.
16、1 产率因碱浓度不同而不同图 3 表明氢氧化钠溶液浓度不同引起的产率的变化。产率是处理过的铁矿泥中铁含量和原铁矿泥中铁含量之比。可以发现产率高达98%。这是因为用 100ml合适浓度的氢氧化钠处理1gm的矿泥。随着氢氧化钠浓度的增加,铁中残渣更多,因为和稀溶液相比浓氢氧化钠溶液反应生成更多的铝酸钠和硅酸钠。氢氧化钠溶液浓度高于 20gm/100ml对反应速率几乎无影响。随着氢氧化钠溶液浓度的增加碱处理铁含量增加,最终最大能达到65%。最佳条件下的处理方法是将铁矿泥和200gm/l 氢氧化钠溶液混合,在100度下加热 30 分钟。在最佳条件下的实验,用高密度的矿浆,每200g 矿泥 1L 碱液,
17、每 400g 矿泥 1L 碱液和美 600g1L碱液。处理后铁含量为50%,44%和 40%。5.3.电解铁5.3.1 在草酸中溶解矿泥中的铁草酸浓度对铁矿泥中铁溶解的影响如图4。实验使用 3 克矿泥,200ml 的草酸溶液,强度为 0.11M,0.22M,0.33M。随着酸强度和溶解时间的增加,铁矿泥溶解量增加。溶解时间在 30-60 分钟间,从图 4 可得出结论,在电解沉积研究之前,矿泥在草酸中溶解90 分钟可以看着是最佳时间,因为更高的溶解效益其接触时间下降。铁矿泥在在草酸中最佳溶解环境是0.33M 的酸度 90 度下溶解 90 分钟。这种情况下,用来处理如200g,400g,600g
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