專利名稱：一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，涉及濕法冶金過程硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離，特別是含鉻鐵電鍍污泥硫酸浸出液中鉻、鐵分離方法。
背景技術(shù)：
在濕法冶金過程中，會(huì)產(chǎn)生含鉻和鐵的硫酸體系溶液，形成含有硫酸鉻和硫酸亞鐵的混合溶液。由于鉻、鐵元素化學(xué)性質(zhì)相近，以及吸附-共沉淀效應(yīng)，存在分離提取鉻、鐵金屬的難題。目前已開發(fā)的硫酸體系溶液中鉻、鐵分離方法主要有
(1)溶劑萃取法，其具有設(shè)備簡單、過程易于控制以及試劑可循環(huán)使用等特點(diǎn)，經(jīng)酸性膦類萃取劑(如P204、P507)萃取，雖然鐵的萃取率可達(dá)99%以上，但是鉻的共萃取率也高達(dá)25%，分離效果不佳，鉻損失明顯；
(2)莫爾鹽結(jié)晶法，是基于硫酸亞鐵、硫酸鉻與硫酸銨反應(yīng)，生成的鉻銨礬(NH4Cr(SO4)2 · 12H20)和亞鐵銨礬(Fe (NH4)2 (SO4)2 · 6H20,即莫爾鹽)存在明顯的溶解度差異，亞鐵銨礬結(jié)晶析出，而鉻則保留在溶液中，以達(dá)到有效分離鉻、鐵的目的。雖然莫爾鹽結(jié)晶法的鉻損失率較低，但該方法工序復(fù)雜，對(duì)操作要求嚴(yán)格，不易大規(guī)模工業(yè)化；
(3)草酸亞鐵沉淀法，是基于草酸亞鐵溶度積低(2.1X 10_7)的原理，通過草酸亞鐵沉淀以達(dá)到分離鉻、鐵的目的。雖然草酸亞鐵沉淀法在室溫條件下即可實(shí)現(xiàn)98%左右的除鐵率，但除鐵率對(duì)草酸加入量及溫度因素敏感，對(duì)操作要求嚴(yán)格，而且較佳的反應(yīng)pH約4.0，初始溶液中和負(fù)荷大。(4)針鐵礦法，從硫酸含鉻溶液中除鐵并回收鉻，雖然針鐵礦法除鐵率高達(dá)99%，但鉻的損失率也較高(約15%)。針對(duì)鉻鐵分離技術(shù)的研究基本處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，還缺乏支撐產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)適用技術(shù)，目前沒有大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的報(bào)道。這也是一直困擾含鉻和鐵電鍍污泥等二次資源循環(huán)利用的技術(shù)難題之一，不利于鉻的無害化處置和有價(jià)成分金屬鉻的高效回收與資源化利用。在公開的溶液中分離鉻和鐵離子方法的專利中，專利號(hào)為201010510631X的中國專利公開的是一種由多組分溶液中分離鉻離子和鐵離子的方法，以硫酸浸出鉻鐵礦后的硫酸鉻和硫酸鐵混合溶液為原料，加入萃取劑進(jìn)行萃取，萃取劑選用十八烷基二甲基叔胺、十八烷基叔胺或雙十八烷基叔胺，萃取劑加入量為硫酸鉻和硫酸鐵混合溶液體積的10% 50%,萃取后得到非有機(jī)相為硫酸鉻溶液,得到有機(jī)相為萃取劑和硫酸鐵,而后用氫氧化鈉溶液對(duì)有機(jī)相進(jìn)行反萃取，調(diào)節(jié)PH值為9 10，得到氫氧化鐵、硫酸鈉溶液和萃取劑，萃取劑循環(huán)使用，利用萃取得到的硫酸鉻溶液，采用直接結(jié)晶的方法制備硫酸鉻，利用氫氧化鐵為原料以高溫結(jié)晶的方法制備氧化鐵紅顏料。工業(yè)中采用萃取分離方法的成本較高，而且在電鍍污泥萃取分離鉻、鐵過程中可能會(huì)有第三相產(chǎn)生，會(huì)嚴(yán)重影響萃取分離過程。申請(qǐng)?zhí)枮镃N200710041574. 3的中國專利是一種電鍍污泥的磷酸鹽穩(wěn)定化處理方法，其主要步驟如下(1)將電鍍污泥經(jīng)102°c烘干，然后研磨成粉，備用；(2)在30-70°C溫度范圍下，將分析純的可溶性磷酸鹽與上述電鍍污泥按1: 70-1 90的重量比例混合，并在攪拌機(jī)中強(qiáng)力攪拌4小時(shí)，使其充分反應(yīng)；反應(yīng)過程中控制其pH值在8-11范圍內(nèi)；(3)反應(yīng)結(jié)束后，自然冷卻，得到含有重金屬復(fù)合磷酸鹽的污泥固體樣品，試驗(yàn)表明該污泥能達(dá)到國家規(guī)定的危險(xiǎn)廢物填埋標(biāo)準(zhǔn)。這種方法只是電鍍污泥穩(wěn)定化處理，沒有實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬資源化利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述已有技術(shù)中存在的不足，提供一種工藝簡單、流程短、環(huán)境友好的，能有效提取分離鉻和鐵的硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于其工藝過程的步驟依次包括
(1)在含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，加入還原劑進(jìn)行預(yù)處理；
(2)調(diào)整溶液pH值；
(3)加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)，使磷酸鉻與氫氧化鉻形成復(fù)合共沉淀物；
(4)進(jìn)行過濾分離，得到磷酸鉻氫氧化鉻復(fù)合沉淀物和含硫酸亞鐵濾液，實(shí)現(xiàn)鉻鐵選擇性分離。本發(fā)明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，鉻離子含量為O. l-30g/L,鐵離子含量為O. l-20g/L。本發(fā)明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的加入還原劑進(jìn)行預(yù)處理過程，是加入硫代硫酸鈉或亞硫酸鈉進(jìn)行還原預(yù)處理，使溶液中的鉻、鐵離子分別保持在Cr3+、Fe2+狀態(tài)。本發(fā)明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的調(diào)整溶液PH值過程是加入堿液調(diào)整溶液pH值，使溶液pH值為O. 5 2. 5。本發(fā)明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)過程，添加的可溶性磷酸鹽的量以磷酸根計(jì)，磷酸根與鉻離子摩爾比為O. 2 O. 8。本發(fā)明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)過程的溫度為60 90°C，時(shí)間為60 120min。本發(fā)明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)過程，進(jìn)行攪拌，攪拌的線速度為100 400 m/min0本發(fā)明的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的過濾分離后，鉻以沉淀物留著濾餅中，鐵保持在溶液中。本發(fā)明的方法，利用Cr3+、Fe2+的磷酸鹽溶解度差異，實(shí)現(xiàn)的鉻和鐵的選擇性沉淀分離。由于CrPO4 · 2H20的溶度積Ksp為2. 4X 10_23，Cr(OH)3的溶度積Ksp為6. 3X 10_31，而Fe3(PO4)2微溶于水，易溶于酸，磷酸鉻能與氫氧化鉻結(jié)合生成膠體狀復(fù)合沉淀物，通過還原控制、調(diào)整溶液PH值、化學(xué)沉淀反應(yīng)、過濾分離等工藝步驟，最終得到磷酸鉻氫氧化鉻復(fù)合沉淀物和含F(xiàn)eSO4濾液，實(shí)現(xiàn)鉻鐵選擇性分離提取，鉻和鐵的回收率在98. 5%以上。所得到的復(fù)合沉淀物可在后續(xù)進(jìn)一步延伸加工成各種化工鉻鹽或氫氧化鉻產(chǎn)品，同時(shí)磷酸根可得到回收循環(huán)利用。本發(fā)明的方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)工藝操作簡單、流程短、成本低；(2)磷酸沉鉻方法在較寬的離子濃度范圍內(nèi)具有強(qiáng)選擇性，而且鉻、鐵分離效果理想；(3)可高效回收金屬鉻、鐵，回收率均大于98. 5%，經(jīng)濟(jì)效益顯著；(4)過程中使用的磷酸鹽沉淀劑可循環(huán)利用，生產(chǎn)過程無環(huán)境二次污染。
具體實(shí)施例方式一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其工藝過程的步驟依次包括 (I)在含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，溶液中的鉻離子含量為O. l-30g/L,亞鐵離子含量為O. l-20g/L，加入還原劑亞硫酸鈉或硫代硫酸鈉進(jìn)行預(yù)處理，使溶液中的鉻、鐵離子分別保持在Cr3+、Fe2+狀態(tài)；(2)加入堿液調(diào)整pH值為O. 5 2. 5 ; (3)加入可溶性磷酸鹽，如磷酸鈉，添加的磷酸根與鉻離子摩爾比在O. 2 O. 8，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)，反應(yīng)過程是在60 90°C區(qū)間保溫60 120min，過程中攪拌線速度控制為100 400 m/min,使磷酸鉻與氫氧化鉻形成復(fù)合共沉淀物；(4)進(jìn)行過濾分離，得到磷酸鉻氫氧化鉻復(fù)合沉淀物和含硫酸亞鐵濾液，實(shí)現(xiàn)鉻鐵選擇性分離。實(shí)施例1
硫酸體系鉻、鐵混合溶液中Cr含量為6. O g/L，F(xiàn)e含量為3. O g/L，還原劑選擇亞硫酸鈉，濃度20%亞硫酸鈉溶液與鉻、鐵混合溶液按1:10比例均速滴加，加適量NaOH溶液調(diào)整溶液pH至2. 0，按磷酸根與鉻離子摩爾比O. 4的量加入磷酸鈉，在90 °C條件下保溫60min,過程中攪拌線速度控制在200 m/min,過濾得到磷酸鉻氫氧化鉻復(fù)合沉淀物,濾液中鉻、鐵濃度分別為O. 086 g/L和2. 91 g/L，鉻回收率為98. 53%，鐵回收率為98. 58%，鉻鐵分離系數(shù)67. 7。實(shí)施例2
硫酸體系鉻、鐵混合溶液的中Cr含量為20. O g/L,Fe含量為15. O g/L，還原劑選擇亞硫酸鈉，濃度20%亞硫酸鈉溶液與鉻、鐵混合溶液按1:5比例均速滴加，加適量NaOH溶液調(diào)整溶液pH至2. 0，按磷酸根與鉻離子摩爾比O. 3的量加入磷酸鈉，在70 °C條件下保溫90min,過程中攪拌線速度控制在300 m/min,過濾得到磷酸鉻氫氧化鉻復(fù)合沉淀物,濾液中鉻、鐵濃度分別為O. 089 g/L和14. 89 g/L，鉻回收率為99. 56%，鐵回收率為99. 08%，鉻鐵分離系數(shù)223.1。實(shí)施例3
硫酸體系含鉻、鐵混合溶液的中Cr含量為6. O g/L,Fe含量為3. O g/L，還原劑選擇硫代硫酸鈉，濃度10%硫代硫酸鈉溶液與鉻、鐵混合溶液按1:5比例均速滴加，加適量NaOH溶液調(diào)整溶液PH至1. 5，按磷酸根與鉻離子摩爾比O. 5的量加入磷酸鈉，在80 °C條件下保溫60 min,過程中攪拌線速度控制在150 m/min,過濾得到磷酸鉻氫氧化鉻復(fù)合沉淀物,濾液中鉻、鐵濃度分別為O. 053 g/L,2. 90 g/L，鉻回收率為99. 10%，鐵回收率為99. 03%，鉻鐵分離系數(shù)109. 4。
以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施案例，但可以有許多改進(jìn)和改變，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭示的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于其工藝過程的步驟依次包括 (1)在含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，加入還原劑進(jìn)行預(yù)處理； (2)調(diào)整溶液pH值； (3)加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)，使磷酸鉻與氫氧化鉻形成復(fù)合共沉淀物； (4)進(jìn)行過濾分離，得到磷酸鉻氫氧化鉻復(fù)合沉淀物和含硫酸亞鐵濾液，實(shí)現(xiàn)鉻鐵選擇性分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，鉻離子含量為0. l-30g/L,鐵離子含量為0. l-20g/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的加入還原劑進(jìn)行預(yù)處理過程，是加入硫代硫酸鈉或亞硫酸鈉進(jìn)行還原預(yù)處理，使溶液中的鉻、鐵離子分別保持在Cr3+、Fe2+狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的調(diào)整溶液PH值過程是加入堿液調(diào)整溶液pH值，使溶液pH值為0. 5 2. 5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)過程，添加的可溶性磷酸鹽的量以磷酸根計(jì)，磷酸根與鉻離子摩爾比為0. 2 0. 8。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)過程的溫度為60 90°C，時(shí)間為60 120mino
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)過程，進(jìn)行攪拌，攪拌的線速度為100 400 m/min。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于加入可溶性磷酸鹽為磷酸鈉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，其特征在于所述的含鉻和鐵的硫酸體系溶液為電鍍污泥硫酸浸出液。
全文摘要
一種硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離方法，涉及濕法冶金過程硫酸體系溶液中鉻和鐵的選擇性分離，特別是含鉻電鍍污泥硫酸浸出液中鉻、鐵分離方法，其特征在于其工藝過程的步驟依次包括(1)在含鉻和鐵的硫酸體系溶液中，加入還原劑進(jìn)行預(yù)處理；(2)調(diào)整溶液pH值；(3)加入可溶性磷酸鹽，進(jìn)行選擇性磷酸沉鉻反應(yīng)，使磷酸鉻與氫氧化鉻形成復(fù)合共沉淀物；(4)進(jìn)行過濾分離，得到磷酸鉻氫氧化鉻復(fù)合沉淀物和含硫酸亞鐵濾液，實(shí)現(xiàn)鉻鐵選擇性分離。本發(fā)明的方法工藝簡單、流程短、環(huán)境友好的鉻和鐵提取分離的濕法冶金技術(shù)，尤其適合應(yīng)用于含鉻鐵電鍍污泥資源化利用領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22B3/44GK103014340SQ201310008199
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2013年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月10日
發(fā)明者王成彥, 徐志峰, 袁文輝, 月日輝, 揭曉武, 楊卜 申請(qǐng)人:北京礦冶研究總院, 江西理工大學(xué)