硫酸锰溶液除亚铁的研究_邹兴

研究论文硫酸锰溶液除亚铁的研究邹兴,李艳,邓彩勇(北京科技大学冶金学院,北京100083)摘要:研究了菱锰矿硫酸浸出液现有除亚铁工艺热力学,探讨了影响现有除亚铁工艺氧化剂消耗过多以及除亚铁效率低的根本原因,通过改进氧化除亚铁工艺过程,结果表明:较大地提高了软锰矿的利用效率,使软锰矿的消耗量降低约50%。关键词:菱锰矿;软锰矿;除亚铁中图分类号:TF113.3文献标识码:A文章编号:1002-4336(2004)02-0022-03湿法冶金浸出液中含亚铁离子(Fe2+)和铁离子(Fe3+)是普遍存在的现象,所以除亚铁也是不可缺少的工艺。如何除亚铁必须满足以下要求:①工艺简单;②成本低廉;③效率高;④不引入其他有害杂质。尤其是第④条是考虑设计除亚铁工艺的出发点和重点,因而除亚铁工艺随浸出矿物种类的不同而明显不同。如锌焙砂硫酸浸出液用黄钾铁矾法或针铁矿法[1]等方法除亚铁比较合适,而硫酸锰浸出液除亚铁用软锰矿最为合适,软锰矿廉价易得,氧化能力适中,更重要的是氧化还原生成的产物几乎不含杂质。菱锰矿浸出和除亚铁工艺为电解返回液加菱锰矿矿粉,加适量水和浓硫酸,浸出时间5～6h,控制浸出终点溶液的pH约为2,加软锰矿氧化除亚铁。浸出液中Fe2+的浓度一般约0.5gL,软锰矿(含MnO2约51%)用量为菱锰矿加入量的6%～7%,氧化后Fe2+的浓度降为0.1mgL左右,基本满足金属锰电解的要求。众所周知软锰矿的加入量远大于亚铁氧化完全需要的理论量,为了降低氧化剂的消耗量,降低金属锰的生产成本,国内做过一些研究工作[2～3],其中文献[3]研究了用软锰矿吸附法除亚铁和重金属离子的工艺,另外还有用高品位软锰矿、化学二氧化锰、高锰酸钾等试剂除亚铁的研究。本文从研究软锰矿除亚铁的热力学和动力学出发,试图改进现有除亚铁的工艺,提高除亚铁效率,大幅降低除亚铁的成本。1实验部分1.1试剂(1)菱锰矿,约0.165mm,湖南花垣提供,含锰21.5%。(2)软锰矿,约0.150mm,广西产,含MnO2约51%(Mn32%)。(3)试剂R,为自制。(4)其他试剂如氨水,硫酸均为分析纯。1.2实验方法100g菱锰矿矿石加35mL水,815mL电解返回液,14.6mL98%H2SO4,温度恒定50℃,浸出5～6h后,按比例加入软锰矿和试剂R,不断搅拌,约30min后,氨水中和,过滤,分析滤液中锰和铁离子的浓度。1.3分析锰离子浓度用EDTA滴定;铁和重金属离子浓度用ICP测定。第22卷第2期2004年5月中国锰业CHINA′SMANGANESEINDUSTRYVo1.22№2May2004北京科技大学科研基金资助课题收稿日期:2003-12-09作者简介:邹兴(1963-),男,湖南平江人,副教授,博士,北京科技大学有色金属冶金系副主任。DOI:10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2004.02.0062结果与讨论2.1软锰矿理论消耗量用软锰矿作除亚铁氧化剂时,氧化还原反应为:2Fe2++MnO2+4H+=2Fe3++Mn2++2H2O(1)111874.4XX=87×4.4111=3.45g实验结果表明:菱锰矿浸出液中亚铁离子的浓度一般为0.5gL,1000g菱锰矿浸出液中含Fe2+约为4.4g。根据反应(1)计算,1000g菱锰矿浸出液所需纯MnO2的理论量为3.45g,所需软锰矿(MnO2约51%)的理论量为:3.450.51=6.8g2.2热力学分析先计算将Fe2+的浓度从0.5gL降低至0.1mgL的平衡电位,计算过程将Fe2+和Fe3+的浓度近似等于活度。亚铁的氧化反应为:Fe2+-e=Fe3+(2)εFe3+Fe2+=0.77+0.059lg[Fe3+][Fe2+]已知[Fe3+]=0.555.5≈0.01M,[Fe2+]=0.1×10-355.5=1.8×10-6M,得:εFe3+Fe2+=0.77+0.22=0.99V计算结果表明:要将Fe2+浓度从0.5gL氧化降低至0.1mgL,加入氧化剂的电位至少为0.99V。用MnO2作氧化剂时,MnO2的还原反应:MnO2+2e+4H+=Mn2++2H2O(3)从反应可以看出,MnO2的氧化能力与溶液的酸度密切相关。当平衡电位为0.99V时,根据反应(3)可以计算出对应的氢离子活度或溶液pH值。εMnO2Mn2+=1.23+0.0295lg(αH+)4αMn2+εMnO2Mn2+=1.23-0.12pH-0.0295lgαMn2+pH=2.00-0.246lgαMn2+假设αMn2+=1则pH=2.00即用MnO2除亚铁时,应该控制溶液的pH≤2.00,只有满足这个条件,才有可能将Fe2+浓度降至0.1mgL以下,这也是目前工业上要求控制菱锰矿硫酸浸出液终点pH为2左右的原因。仅