第２８卷第１期２０１２年２月
湖南有色金屬
２１冶金
鋁土礦選礦尾礦酸法提鋁除鐵實驗研究
童秋桃，朱高遠，肖奇
（中南大學資源加工與生物工程學院，湖南長沙
摘４１００８３）
要：採用黃鉀鐵礬法，對鋁土礦選礦尾礦酸法提鋁後的高鐵硫酸鋁溶液進行了除鐵實驗，考察
了亞鐵離子的氧化條件、除鐵反應的ｐｈ、時間、溫度、晶種等因素對除鐵效果的影響，確定了黃鉀鐵礬法除鐵的最佳工藝條件為：先將高鐵硫酸鋁溶液在溫度為３０℃，雙氧水用量為１００ ｍｌ／ｌ，時問為５ ｒａｉｎ的條件下氧化處理，然後在溫度為９５℃，ｐｈ＝２，晶種用量為１０ ｇ／ｌ，反應時間為１８０ ｒａｉｎ的
條件下反應除鐵。此條件下溶液的除鐵率為９５％，鋁損失１５％，溶液微黃。關鍵詞：鋁土礦；硫酸鋁；黃鉀鐵礬法；除鐵中圖分類號：ｔｆ８
文獻標識碼：ａ
文章編號
鋁土礦是生產氧化鋁的主要原料，是鋁工業快速發展的基礎。鋁土礦的大量開採必然導致尾礦的
法、有機絡合物法和有機溶劑萃取法［８ｊ等。黃鉀鐵
礬法自從上世紀６ｏ年代被成功試驗以來，已廣泛地應用於銅、鋅等有色金屬的冶煉中，並取得了巨大的成功，但在含鋁溶液中的研究應用較少。本試驗即
大量囤積，例如，乙個產量為６０萬ｔ氧化鋁企業，每年需消耗鋁土礦１５０萬ｔ，同時產生３３萬ｔ尾礦…。
尾礦的粘性低，遇雨水便成稀泥，不僅堆放困難，還
占用大片土地，汙染環境。於是，人們開始研究尾礦資源的再利用，如利用鋁土礦尾礦製備陶瓷泡沫材
使用黃鉀鐵礬法，對含鐵硫酸鋁溶液進行除鐵，探索此方法在鋁鐵溶液體系中應用的可行性。
料【引、聚合硫酸鋁鐵【引、微晶玻璃ｌ４ｊ、復合吸水材料［、鹼激發膠凝材料ｌ＿６等，這不僅是環境保護的要求，也是企業持續發展的關鍵和難點。
在我國優質鋁土礦面臨枯竭、國內氧化鋁需求量不斷快速增長的今天，從鋁土礦尾礦中提取氧化
１原理黃鉀鐵礬法是一種常壓除鐵的方法，即在較高
的溫度和有鹼金屬或氨離子存在的條件下，從弱酸
性硫酸鹽溶液中緩慢地形成鹼式硫酸鉀、鈉、銨等復鹽沉澱物。該沉澱物非常穩定，溶解度很低，易於沉降過濾和洗滌，反應方程如下：
一一（ｏｈ）６ｊ＋６ｈ
鋁，不僅可以擴充套件尾礦的綜合利用途徑，也為鋁業生
產開拓了一條取之不盡的礦物資源。結合這類鋁土礦尾礦的物理化學特點，通過焙燒活化、浸泡溶出，
將鋁轉變為硫酸鋁溶液，再從溶液中提取氧化鋁的
工藝路線來**其中的鋁。與鹼法提鋁相比，酸法提鋁最明顯的優點就是產品中幾乎不含矽，缺點就是鐵含量偏高，導致產品顏色發黃，效能降低。因
此，為了製取高純度的氧化鋁，預先將硫酸鋁溶液中的鐵除去就顯得極為重要。
其中ｘ 表示ｋ 、ｎａ、ｎｈ４等離子。鐵礬沉
澱的生成，受酸度、溫度、時間、晶種以及溶液中各組
分濃度的影響【。
２實驗目前，硫酸鋁溶液除鐵方法研究比較多的主要
２．１儀器與試劑
有高錳酸鉀法 、重結晶法、亞鐵***／鐵***
**專案：廣東省教育部產學研結合專案作者簡介：童秋桃（１９８８一），男，碩士研究生，主要從事礦物材料的
研究。主要實驗儀器裝置與試劑：
分光光度計：ｕｖ２６００，尤尼科（上海）儀器有限
公司生產。
ｄｈ計：雷磁ｐｈｓ一２５，上海精密儀器****
生產。２２湖南有色金屬第２８卷
３０％過氧化氫：長沙市湘科精細化工廠生產，
ａｒ。移取一定量的硫酸鋁溶液於燒杯中，加入雙氧
水，攪拌，使溶液中的亞鐵全部氧化，然後加入無水
碳酸鉀，調節溶液的ｐｈ。待溶液ｐｈ穩定後，將溶液
無水碳酸鉀：長沙市湘科精細化工廠生產，ａｒ。鹽酸鄰菲羅啉：天津市化學試劑研究所生產，
ａｒ。轉入錐形瓶中，加入適量晶種，水浴，磁力攪拌，反應。在反應過程中定時取樣測量ｆｅ３濃度，根據
ｗ３濃度變化量加入適量的無水碳酸鉀調節溶液的
磺基水楊酸：天津市恆興化學試劑製造****生產，ａｒ。
。ｈ。反應結束後，根據離子濃度計算除鐵率和鋁損失率，計算公式為：
除鐵率鋁損失率
鉻天青ｓ：天津市登科化學試劑****生產，
ａｒ。高鐵硫酸鋁溶液：鋁土礦尾礦經焙燒、酸浸後製取，其中含
．其中ｃ 為反應前離子濃度，ｃ２為反應後離子濃度，
反應前後溶液體積不變。實驗工藝流程如圖１所
示。２．２實驗方法
高鐵硫酸鋁精製硫酸鋁
圖１實驗工藝流程
２．３分析與測試
則造成浪費，導致成本過高。在實驗溫度為９０℃，反應時間為２ ｈ的條件下，在每公升溶液中加入不同量
採用鹽酸鄰菲羅啉分光光度法測定ｆｅ２含量；
採用磺基水楊酸法測定ｆｅ３含量；採用鉻天青ｓ分光光度法測定ａｌ３含量。
的雙氧水，考察雙氧水用量對亞鐵離子的氧化效果，
結果如圖２所示。從圖２曲線可以看出，亞鐵離子
３結果與討論
３．１ｆｅ２的氧化
的氧化率隨著雙氧水用量的增加先增大，然後緩慢
減小，在雙氧水用量為１００ ｍｌ／ｌ溶液時，氧化效果最好。
濾液中含有一定比例的亞鐵，從黃鉀鐵礬法除鐵原理可知，溶液中的鐵必須是三價的，因此在除鐵前要對溶液中的亞鐵離子進行氧化。２５
時，ｆｅ３／ｆｅ２電對的標準還原電位為＋ｏ．７７ ｖ，相對於其他金屬的電極電位來說正值很大，因此三價鐵離子易於被還原，而二價鐵離子較難被氧化。理論上凡標準還原電位高於０．７７ ｖ的物質都可以作為二價鐵離子的氧化劑，但從電位與濃度關係的公式可知，隨著氧化過程的進行，溶液中三價鐵離子逐漸增
圖２氧化劑用量對氧化效果的影響
３．１．２氧化時間的影響
多，二價鐵離子逐漸減少，相應的電位值也增高，因
此選用的氧化劑標準電位應遠高於０．７７ｖ。常用的電位高於１ｖ的氧化劑有雙氧水（１．７７ ｖ），過硫酸
當溫度為９０ ｑｃ時，往一定量的硫酸鋁溶液中加入１００ ｍｌ／ｌ的雙氧水，在不同的時間取樣檢測溶液
鹽（高於１．８ｖ）等。本實驗選用過氧化氫作為氧化
劑，考察了氧化劑的用量、氧化時間及溫度對亞鐵氧
化的影響。
３．１．１氧化劑用量的影響
中亞鐵離子含量，計算其氧化率，考察時間對氧化效果的影響看，結果如圖３所示。從圖３可以看出，在
反應的起始階段，氧化速率很快。經過５ ｒａｉｎ後，氧化率就已達到９４％，其後反應便趨於平緩。延長時間至１０ａｒｉｎ，氧化率幾乎沒有變化，因此氧化時間選
氧化劑用量對除鐵效果的影響比較關鍵。用量
太小，除鐵率低，達不到理想的氧化效果，用量太大，
第１期童秋桃，等：鋁土礦選礦尾礦酸法提鋁除鐵實驗研究２３
擇５ ｒａｉｎ比較合適。
圖３時間對氧化效果的影響
３．１．３氧化溫度的影響
當雙氧水用量為１００ ｍｌ／ｌ，反應時間為５ ｒａｉｎ時，控制反應在不同的溫度條件下進行，考察溫度對亞鐵離子氧化效果的影響，結果如圖４所示。從圖４
曲線可以看出，溫度越高，亞鐵離子的氧化率越低，
因此較低的溫度有利於反應的進行。這是因為在較高的溫度下，雙氧水容易分解，導致了氧化率的降低。
圖４溫度對氧化效果的影響
３．２黃鉀鐵礬法除鐵
３．２．１ｄｈ值對除鐵效果的影響
在溫度為９５℃，攪拌速率為晶種加入量為ｌ０ ｌ，反應時間為１８０ａｒｉｎ的條件下，僅改
變溶液的ｐｈ值，考察ｐｈ對溶液除鐵率和鋁損失率
的影響，結果如圖５所示。
圖５ ｐｈ對除鐵效果的影響
從圖５曲線可以看出，ｄｈ值對溶液除鐵有很大
的影響，ｐｈ值公升高，除鐵率增大。從文獻【加］可知，
溶液中ｆｅ３的濃度與ｈ２ｓ０ 的濃度關係，理論上應滿足
＝０．００４，因此要使溶液中的ｆｅ３
達到比較低的水平，就得同時降低ｈ２ｓｏ４的濃度。另外，黃鉀鐵礬在形成過程中產生大量酸，酸度增高
將降低鐵的沉澱量和速率。因此在反應過程中必須緩慢加入中和劑，調節ｐｈ值，使溶液除鐵率達到比較高的水平。但是，提高溶液的ｄｈ也導致鋁損失率
的提高，因此選擇ｄｈ為２．０時較合適，此時除鐵率達到９５％，鋁的損失率為ｉ５％左右。
３．２．２時間對除鐵效果的影響
在溫度為９５℃，攪拌速率為晶種加入量為１０ ｇ／ｌ，溶液ｐｈ＝２．０的條件下，僅改變反
應的時間，考察時間對溶液除鐵率和鋁損失率的影
響，結果如圖６所示。從圖６曲線可以看出，隨著時
間的延長，除鐵率不斷上公升，同時鋁的損失率也增加。綜合考慮鐵的去除率和鋁的**率，確定反應的最佳時間為１８０ ｍｉｎ。
圖６時間對除鐵效果的影響
３．２．３溫度對除鐵效果的影響
黃鉀鐵礬在較低的溫度也能形成，只是形成速度比較慢，例如在２５℃的條件下，通常需要幾個月的時間。在酸性溶液中，黃鉀鐵礬的溶解度隨著溫度的上公升而急劇減小，因此溫度公升高，不僅加快了黃鉀鐵法的生成，而且有利於沉澱的過濾。在溶液ｐｈ
＝２．０，晶種加入量為ｌ０ ｇ／ｌ，攪拌速率為
的條件下，僅改變反應的溫度，考察溫度對溶液的除鐵率和鋁損失率的影響，結果如圖７所示。從圖７
曲線可知，溫度在９５℃比較合適。
３．２．４晶種對除鐵效果的影響
在溫度為９５，攪拌速率為溶液
ｐｈ＝２．０，反應時間為１８０ ｒａｉｎ的條件下，僅改變晶
種的用量，考察其對反應的影響，結果如圖８所示。
２４湖南有色金屬第２８卷
圖７溫度對除鐵效果的影響
從圖８曲線可知，新增晶種，加快了鐵礬的形成速率，提高了除鐵率。當晶種用量達到１０ ｇ／ｌ是，繼續增加晶種用量，對鐵礬形成速率的影響減小，對溶液最終的ｆｅ 濃度影響也不大，因此晶種的加入量
為１０ ｌ比較合適。
圖８ 晶種對除鐵效果的影響
事實上，鐵礬的沉澱是乙個新相生成過程，晶
種、所用試劑的純度及容器壁狀態等對鐵礬沉澱都會有影響。在低溫、高酸、低三價鐵離子和鹼離子濃度的溶液中沉礬除鐵，鐵礬生成的化學反應很慢。
等人通過實驗確認了晶種對黃銨鐵
礬和黃鈉鐵礬沉澱速率的有益影響，表明初始沉澱速率隨晶種存在數量的增加呈線性增加。為了使晶種懸浮，只需進行最低速度的攪拌即可，更高的攪拌
速度沒有更積極的作用。另外，有晶種存在與無晶
種存在的情況相比，黃鈉鐵礬沉澱時的ｐｈ和溫度範圍更低【ｊ。晶種的存在加速了黃鉀鐵礬在整個ｐｈ值和溫度範圍內的初始沉澱速率。
４結論１．雙氧水能對含鐵硫酸鋁溶液中的亞鐵離子進
行有效氧化，氧化的最佳實驗條件為：溫度３０℃，雙氧水用量為氧化反應時間為５ ｍｉｎ。此條
件下亞鐵氧化率能達到９７．２％。
２．黃鉀鐵礬法能有效去除含鐵硫酸鋁溶液中的
鐵，但也存在著除鐵率越高，則鋁損失率也越高的缺點。實驗結果表明，在９５℃時，調節溶液的ｐｈ為２左右，通過加入１０ｇ／ｌ的晶種，攪拌速率為３００ｒ／ｍｉｎ的條件下反應１８０ ｒａｉｎ，能使溶液中的鐵減少
９５％，同時鋁損失ｌ５％左右。反應後的溶液呈微黃色。
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［ｊ］．濕法冶金
收稿日期
（下轉第６３頁）
第１期劉仁傑：火試金法測定銀陽極泥中的金和銀６３
（上捧第２ｑ頁）
（上接第２４頁）
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