專利名稱：一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化工分離方法，特別是涉及一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法。
背景技術(shù)：
隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，全球環(huán)境不斷惡化，環(huán)境保護(hù)已成為各國政府普遍重視的焦點問題。減少三廢排放、廢棄物治理及二次利用是目前解決化學(xué)工業(yè)環(huán)境問題的常用方法。鐵粉是常用的還原劑，氧化后作為廢棄物被大量排出，因其外觀似黑色泥漿，故俗稱鐵泥。產(chǎn)生鐵泥的廠家主要是染料廠、制藥廠和化工廠等。以鐵屑將硝基苯還原為鄰甲苯胺為例，按年產(chǎn)一千噸鄰甲苯胺計算，至少會產(chǎn)生一千五百噸鐵泥；用鐵粉還原紫脲酸， 以年產(chǎn)800t計，每年排放廢鐵泥在IOOOt左右。鐵泥處理大都采用堆存、土地掩埋法或送入鋼鐵廠回收。堆存是最簡單的方法，但是占用大量土地，而且長期堆存極易產(chǎn)生揚塵，污染空氣；土地填埋不僅占用大量土地，而且往往因無良好的防滲措施，使地下水源、河流、山川、湖泊受到污染，造成二次污染；送入鋼鐵廠回收可以減少填埋量、節(jié)省土地，但是由于其粒度很細(xì)，回收時易堵塞煉鐵爐膛，使得煉鐵操作條件惡化，產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)重下降。目前絕大多數(shù)回收方法都存在利用率低、有二次污染等問題。發(fā)達(dá)國家在上個世紀(jì)四、五十年代開展了含鐵廢料的治理。近十幾年來，國外染料工廠意識到該工藝產(chǎn)生的大量鐵泥所引起的問題，因此已經(jīng)從根本上改變了胺基染料的生產(chǎn)工藝，如采用催化加氫還原法、電催化氫化法、鋅粉還原等方法得到氨基，另一方面將大部分染化企業(yè)轉(zhuǎn)移至中國或其它第三世界國家。我國由于生產(chǎn)工藝與設(shè)備比較落后，目前仍有大部分的染化工廠采用鐵粉還原。因此，鐵泥在我國的存在是長期的，其綜合利用的程度及技術(shù)水平，將影響到染料等廠生存和效益以及我國的環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。目前對工業(yè)廢料鐵泥的綜合利用工藝主要有以下幾種
I.超臨界技術(shù)
采用超臨界技術(shù)(SCWO)預(yù)處理鐵泥，再煅燒后所得鐵紅的品質(zhì)明顯好于鐵泥直接煅燒。此法的優(yōu)點是工藝簡單，所制得的產(chǎn)品質(zhì)量好。缺點是需水在超臨界狀態(tài)下，操作條件要求高。2.由鐵泥生產(chǎn)聚合硫酸鐵
聚硫酸鐵是一種無機(jī)水質(zhì)凈化劑。它有極強的混聚能力，具有投藥少，處理后水質(zhì)優(yōu)良，無毒等特點。以鐵泥為原料經(jīng)粉碎、酸浸制取FeSO4溶液后，用NaOH中和使其轉(zhuǎn)化為Fe(OH)2，再經(jīng)氧化、調(diào)聚、催固、粉碎后即可得聚合硫酸鐵成品。優(yōu)點聚硫酸酸鐵是一種高附加值產(chǎn)品，以鐵泥為原料充分利用了廢料中的鐵資源。缺點工藝路線較長。3.干法
將染料工業(yè)黑色鐵泥廢碴曬干或烘干，使鐵泥廢碴中少量油性成分揮發(fā)，送入f I. 5 X 24來回轉(zhuǎn)窯，用重油或煤煅燒。煅燒溫度窯尾為250 °(T350 °C，窯頭為800 °(T850°C。煅燒后物料送入雷蒙粉碎機(jī)，進(jìn)行超細(xì)粉碎，即得氧化鐵紅顏料。
此外，對干法進(jìn)行了改進(jìn)。將原料鐵泥加入硫酸作為氧化劑，直接放入馬弗爐中煅燒得氧化鐵紅成品，并考察了煅燒溫度的影響，鐵泥干法制備氧化鐵染料的煅燒溫度選擇800 °C為宜。此法過程簡單，但制得的鐵紅含鐵量偏低，質(zhì)量較差。此法的優(yōu)點是工藝過程簡單。缺點是制得鐵紅質(zhì)量較低，尾氣需要處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法。本發(fā)明提出了一種用工業(yè)廢硫酸和鹽酸混酸浸出廢料鐵泥、酸浸液還原后與碳酸鹽反應(yīng)制備鐵紅中間體，中間體焙燒制備氧化鐵紅新工藝。實現(xiàn)了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)益效果。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的· 一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法，該方法包括以下工藝即工業(yè)廢料鐵泥的硫酸和鹽酸混酸酸浸出和酸浸液Fe3+還原工藝；硫酸亞鐵溶液與碳酸鹽反應(yīng)、沉淀物中間體氧化焙燒制備氧化鐵紅工藝；沉淀液有機(jī)溶劑作用結(jié)晶制備硫酸銨工藝；蒸發(fā)回收有機(jī)溶劑并蒸發(fā)制備氯化銨工藝；用稀硫酸和鹽酸混酸溶解工業(yè)廢料鐵泥，固液分離后，酸浸液在還原劑作用下使Fe3+還原，還原液與碳酸氫銨反應(yīng)，形成中間體Fe (OH)2沉淀，將中間體氧化焙燒制備氧化鐵紅，沉淀液在有機(jī)溶劑作用下結(jié)晶析出硫酸銨，蒸發(fā)回收有機(jī)溶劑同時沉淀液蒸發(fā)回收氯化銨。所述的一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法，其所述的廢料鐵泥的酸浸出工藝，酸浸液中的部分鐵為+3價，在還原劑作用下使酸浸液中的+3鐵還原為+2價，還原劑為鐵粉和鐵屑；制備高附加值的氧化鐵紅為亞鐵離子的溶液與碳酸氫銨溶液反應(yīng)，生成鐵的沉淀物鐵紅中間體，鐵紅中間體經(jīng)氧化干燥后高溫焙燒分解；有機(jī)溶劑作用結(jié)晶提取分離硫酸銨工藝為向沉淀液中加入有機(jī)溶劑，并在有機(jī)溶劑作用下硫酸鹽結(jié)晶，實現(xiàn)鐵紅制備過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品的回收。所述的一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法，其所述的稀硫酸和稀鹽酸混酸浸出，在與碳酸鹽反應(yīng)制備中間體前，酸浸液需還原，沉淀之前液相中的鐵為+2價，沉淀物需氧化焙燒。所述的一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法，其所述所述有機(jī)溶劑是甲醇、乙醇等醇類，有機(jī)溶劑可循環(huán)利用。所述的一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法，其所述廢液蒸發(fā)回收固體氯化銨。本發(fā)明的優(yōu)點與效果是
I.本發(fā)明是從工業(yè)廢料鐵泥提取并分離鐵并制備鐵紅合二為一的工藝方法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有加工方法獨特，鐵提取率高，產(chǎn)品氧化鐵紅純度高，且生產(chǎn)工藝簡單，流程短，設(shè)備投資省，原料消耗少，不產(chǎn)生廢液的排放，易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點；
2.本發(fā)明由酸浸-有機(jī)溶劑作用結(jié)晶法制得產(chǎn)品鐵紅和硫酸銨，具有經(jīng)濟(jì)價值高，用途廣等特點，產(chǎn)品鐵紅純度超過95%。
3.本工藝不僅適用于工業(yè)廢料鐵泥，還可應(yīng)用于含鐵的其他礦物。4.本發(fā)明不但可以提取并分離工業(yè)廢料鐵泥中的鐵，同時得到副產(chǎn)品硫酸銨和氯化銨，做到了固體廢物資源的綜合利用。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例I
葫蘆島化工廠鐵泥主要成分(％):Fe2 O3 :73. 88 ；Fe0:5. 98 ；Fe:l. 07 ;其它19. 07將鐵泥70°C下烘干并粉碎后取40g置于反應(yīng)器中，加入300mL混酸(c(H+)=5. 45mol/L)，80°C水浴反應(yīng)30min。鐵泥中的氧化鐵、氧化亞鐵、鐵單質(zhì)和少量酸溶雜質(zhì)與酸反應(yīng)后進(jìn) 入液相中，其他不容的雜質(zhì)仍以固相的形式存在。過濾使得固液分離，鐵的溶解率(以鐵原子計)可達(dá)95%以上。向濾液中加入IOg鐵屑，70°C下反應(yīng)lh，將濾液中的三價鐵離子還原為二價鐵離子，過濾，除去剩余鐵屑并回收利用。將70g碳酸氫銨溶于300mL水中，將亞鐵溶液逐滴加入碳酸氫銨溶液中，F(xiàn)e2+先與HC03_反應(yīng)生成FeCO3,接著馬上水解生成Fe (OH) 2沉淀，經(jīng)過濾后于70°C下鼓風(fēng)干燥固相，F(xiàn)e (OH)2又被氧化成Fe (OH)3，然后在60(TC下焙燒40min得到含量達(dá)96%以上的氧化鐵紅。再向濾液中加入600mL工業(yè)乙醇，硫酸銨在乙醇-水相中析出，干燥得硫酸銨產(chǎn)品，乙醇-水濾液經(jīng)常壓蒸餾，回收乙醇，回收率可達(dá)97%，剩余水溶液蒸發(fā)結(jié)晶得氯化銨產(chǎn)品。實施例2
青島化工廠鐵泥成分(%) Fe20364. 32 ；FeO: 4. 65 ；Fe: I. 30 ;其他:29. 73，這是鐵含量相對較低的鐵泥，所以在酸溶解反應(yīng)時酸的用量較少。將鐵泥70 °C下烘干并粉碎后取40g置于反應(yīng)器中，加入200mL混酸(c(H+) =5. 45mol/L)，8(TC水浴反應(yīng)30min。鐵泥中的氧化鐵、氧化亞鐵、鐵單質(zhì)和少量酸溶雜質(zhì)與酸反應(yīng)后進(jìn)入液相中，其他不容的雜質(zhì)仍以固相的形式存在。然后過濾使得固液分離，鐵的溶解率(以鐵原子計)可達(dá)96%以上。向濾液中加入Sg鐵屑，70°C下反應(yīng)lh，將濾液中的三價鐵離子還原為二價鐵離子，過濾，除去剩余鐵屑并回收利用。將60g碳酸氫銨溶于250mL水中，將亞鐵溶液逐滴加入碳酸氫銨溶液中，F(xiàn)e2+先與HC03_反應(yīng)生成FeCO3,接著馬上水解生成Fe(OH)2沉淀，經(jīng)過濾后于70°C下鼓風(fēng)干燥固相，F(xiàn)e(OH)2又被氧化成Fe(OH)3,然后在650°C下焙燒40min得到含量達(dá)95%以上的氧化鐵紅。再向濾液中加入450mL工業(yè)乙醇，硫酸銨在乙醇-水相中析出，干燥得硫酸銨產(chǎn)品，乙醇，水混液經(jīng)常壓蒸餾，回收乙醇，回收率可達(dá)97%，剩余水溶液蒸發(fā)結(jié)晶得氯化銨產(chǎn)品。實施例3
青島化工廠鐵泥成分(%) =Fe2O3: 86. 58 ；FeO: 5. 25 ；Fe: I. 98 ;其他6. 19，這是鐵含量較高的鐵泥，并且其中的鐵單質(zhì)含量相對較多，所以酸溶解反應(yīng)時混酸的用量較大，反應(yīng)時間更長。
將鐵泥70°C下烘干并粉碎后取40g置于反應(yīng)器中，加入450mL混酸(c(H+) =5. 45mol/L)，80°C水浴反應(yīng)50min。鐵泥中的氧化鐵、氧化亞鐵、鐵單質(zhì)和少量酸溶雜質(zhì)與酸反應(yīng)后進(jìn)入液相中，其他不容的雜質(zhì)仍以固相的形式存在。然后過濾使得固液分離，鐵的溶解率(以鐵原子計)可達(dá)93%以上。向濾液中加入14g鐵屑，70°C下反應(yīng)lh，將濾液中的三價鐵離子還原為二價鐵離子，過濾，除去剩余鐵屑并回收利用。將80g碳酸氫銨溶于340mL水中，將亞鐵溶液逐滴加入碳酸氫銨溶液中，F(xiàn)e2+先與HC03_反應(yīng)生成FeCO3，接著馬上水解生成Fe (OH) 2沉淀，經(jīng)過濾后于70°C下鼓風(fēng)干燥固相，F(xiàn)e (OH) 2又被氧化成Fe (OH) 3，然后在700°C下焙燒40min得到含量達(dá)95%以上的氧化鐵紅。再向濾液中加入800mL工業(yè)乙醇，硫酸銨 在乙醇-水相中析出，干燥得硫酸銨產(chǎn)品，乙醇-水濾液經(jīng)常壓蒸餾，回收乙醇，回收率可達(dá)97%，剩余水溶液蒸發(fā)結(jié)晶得氯化銨產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1.一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法，其特征在于，該方法包括以下工藝即工業(yè)廢料鐵泥的硫酸和鹽酸混酸酸浸出和酸浸液Fe3+還原工藝；硫酸亞鐵溶液與碳酸鹽反應(yīng)、沉淀物中間體氧化焙燒制備氧化鐵紅工藝；沉淀液有機(jī)溶劑作用結(jié)晶制備硫酸銨工藝；蒸發(fā)回收有機(jī)溶劑并蒸發(fā)制備氯化銨工藝；用稀硫酸和鹽酸混酸溶解工業(yè)廢料鐵泥，固液分離后，酸浸液在還原劑作用下使Fe3+還原，還原液與碳酸氫銨反應(yīng)，形成中間體Fe (OH) 2沉淀，將中間體氧化焙燒制備氧化鐵紅，沉淀液在有機(jī)溶劑作用下結(jié)晶析出硫酸銨，蒸發(fā)回收有機(jī)溶劑同時沉淀液蒸發(fā)回收氯化銨。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法， 其特征在于，所述的廢料鐵泥的酸浸出工藝，酸浸液中的部分鐵為+3價，在還原劑作用下使酸浸液中的+3鐵還原為+2價，還原劑為鐵粉和鐵屑；制備高附加值的氧化鐵紅為亞鐵離子的溶液與碳酸氫銨溶液反應(yīng)，生成鐵的沉淀物鐵紅中間體，鐵紅中間體經(jīng)氧化干燥后高溫焙燒分解；有機(jī)溶劑作用結(jié)晶提取分離硫酸銨工藝為向沉淀液中加入有機(jī)溶劑，并在有機(jī)溶劑作用下硫酸鹽結(jié)晶，實現(xiàn)鐵紅制備過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品的回收。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法， 其特征在于，所述的稀硫酸和稀鹽酸混酸浸出，在與碳酸鹽反應(yīng)制備中間體前，酸浸液需還原，沉淀之前液相中的鐵為+2價，沉淀物需氧化焙燒。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法， 其特征在于，所述所述有機(jī)溶劑是甲醇、乙醇等醇類，有機(jī)溶劑可循環(huán)利用。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法， 其特征在于，所述廢液蒸發(fā)回收固體氯化銨。
全文摘要
一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備鐵紅的工藝方法，涉及一種化工分離方法，本發(fā)明是一種從工業(yè)廢料鐵泥中提取分離鐵并制備氧化鐵紅的新工藝；由四個技術(shù)作業(yè)組成，實現(xiàn)了既提取分離鐵又制備高附加值產(chǎn)品氧化鐵紅的化工目的；這四個技術(shù)作業(yè)分別是1.工業(yè)廢料鐵泥的稀硫酸和稀鹽酸混酸浸出工藝、酸浸液還原工藝；2.硫酸亞鐵溶液與碳酸鹽反應(yīng)、沉淀物中間體氧化焙燒制備氧化鐵紅工藝；3.沉淀液有機(jī)溶劑作用結(jié)晶制備硫酸銨工藝；4.蒸發(fā)回收有機(jī)溶劑并蒸發(fā)制備氯化銨工藝。該發(fā)明適用于從各種含鐵的礦物以及工業(yè)廢渣中提取并分離鐵元素，綜合利用其中有價成分減輕環(huán)境污染和資源浪費。
文檔編號C22B3/44GK102703689SQ20121019466
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者劉志國, 張麗清, 袁本福 申請人:沈陽化工大學(xué)