２０１２年１期　有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ）　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—７５４５．２０１２．０１．００３　硫酸烧渣还原浸取铁　金程，李登新　（东华大学环境科学与工程学院，上海２０１６２０）　摘要：采用硫化物作助剂还原浸出硫酸烧渣中的三价铁。采用Ｌ　（４。）四因素三水平正交试验，考察助剂　用量、硫酸用量、温度、时间对浸出效果的影响，并确定最佳配比。结果表明：影响的显著顺序为助剂用　量＞时间＞硫酸用量＞温度。在下述最佳条件下铁浸取率可以达到８７．８　：起始液固比２：１、搅拌转　速１　３００　ｒ／ｍｉｎ、助剂用量１７．２　ｇ、硫酸２３　ｍＬ、８５℃反应３　ｈ。　关键词：硫酸烧渣；还原酸浸；硫化物；铁；正交试验　中图分类号：ＴＦ８０３．２　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００７—７５４５（２０１２）０１—０００９—０４　Ｒｅｄｕｃｔｉｖｅ　Ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｏｆ　Ｉｒｏｎ　ｆｒｏｍ　Ｓｕｌｆａｔｅ　Ｓｌａｇ　ＪＩＮ　Ｃｈｅｎｇ，ＬＩ　Ｄｅｎｇ—ｘｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｏｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｆｅｒｒｉｃ　ｉｒｏｎ　ｗａｓ　ｒｅｄｕｃｔｉｖｅ　ｌｅａｃｈｅｄ　ｆｒｏｍ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｓｌａｇ　ｗｉｔｈ　ｓｕｌｆｉｄｅ．Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｄｏｓａｇｅ，ｓｕｌｆｕｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｉｍｅ　ｏｎ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｉｒｏｎ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　Ｌ９（４。）ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｔｅｓｔ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｅｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｉｓ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ａｇｅｎｔ　ｄｏｓａｇｅ，ｒｅ－　ａｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ，ｓｕｌｆｕｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ　ｉｒｏｎ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｒｅａｃｈｅｓ　８７．８　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ：ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｌｉｑｕｉｄ　ｔｏ　ｓｏｌｉｄ　ｏｆ　２：１，ｓｔｉｒｒｉｎｇ　ｒａｔｅ　ｏｆ　１　３００　ｒ／ｍｉｎ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ａ—　ｇｅｎｔ　ｄｏｓａｇｅ　ｏｆ　１７．２　ｇ，ｓｕｌｆｕｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｏｆ　２３　ｍＬ，ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｏｆ　８５℃ａｎｄ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　３　ｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｌｆａｔｅ　ｓｌａｇ；ｒｅｄｕｃｔｉｖｅ　ｌｅａｃｈｉｎｇ；ｓｕｌｆｉｄｅ；ｉｒｏｎ；ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｔｅｓｔ　以硫铁矿为原料制取硫酸过程中会产生一种粉　状尾渣，通常称作硫酸烧渣。烧渣中铁的品位一般　可以达到３Ｏ％以上。目前，利用硫酸烧渣中的铁制　备净水絮凝剂　、铁系颜料＿４Ｉ６］、磁性铁氧体材　料　的研究很多。由于经过高温煅烧，烧渣中的铁　绝大部分以Ｆｅ　Ｏ　的形式存在，难以直接酸浸溶　出［ｇｑｏ］。本试验选用多种硫化物组成助剂，在　Ｈ。ＳＯ　溶液中对Ｆｅ。Ｏ。进行还原浸出。作者前期　已经进行了常压下还原酸浸单因素试验，考察了助　剂用量、硫酸用量、温度、时间、液固比等条件对浸出　效果的影响。本文在条件试验结果的基础上，进行　Ｌ。（４。）正交试验，以确定最佳浸出条件，分析各因素　对浸出效果的影响程度。　１　浸出原理　Ｆｅ　Ｏ　溶于硫酸可生成Ｆｅ抖，因为Ｆｅ抖的溶解　度小，易于水解而生成氧化铁晶格，所以硫酸烧渣直　接浸取难度很大。通过添加硫化物作助浸剂，在酸　性溶液中助剂能将Ｆｅ。　还原为Ｆｅ抖，从而减少了溶　液中Ｆｅ。　的浓度，抑制了Ｆｅ抖的水解，可以使得溶　液中的氧化铁晶格减少，从而加速烧渣中Ｆｅｚ０。的　溶浸［ａｌ－ｌＳ］。　基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３）项目（２００６ＡＡ０６ＺＩ３２）；上海市重点学科建设项目（Ｂ６０４）　作者简介：金程（１９８６一），女，山东淄博人，硕士研究生．

　・　１０　・　有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ）　２０１２年１期　２　试验方法　２．１试验原料　试验所用原料为某冶炼厂含硫金精矿硫酸化焙　烧后的酸浸尾渣（以下称硫酸烧渣），粒度组成为：＜　４８　ｍ　０．６　、４８～７５　ｋｔｍ　２７．８　、７５～１５０　ｍ　４４．９　、１５０～４２５肚ｍ　１９．４　、＞４２５　ｍ　７．３　，可　以看出７０　以上的烧渣粒度在４８～１５０　ｍ。硫酸　烧渣含Ａｕ　２１．１６　ｇ／ｔ、Ａｇ　２６．６６　ｇ／ｔ，其余成分　（　）：ＴＦｅ　４０．２５、Ｆｅ”３９．６９、Ａｌ　１．４３、Ｃａ　１．３７、Ａｓ　０．８９、Ｐｂ　０．５６、Ｎａ　０．７５、ＳｉＯ２　２４．５５、Ｓ　１．１２，可以看　出，烧渣中９８　以上的铁为三价铁，系典型的难浸　出物料。试验所用助剂为自制药剂，成分（　）：ＺｎＳ　５Ｏ、Ｎａ２Ｓ　２５、ＭｎＳ　２０、ＣａＳ　４、Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ　２Ｏ　０．５、　Ｃ３Ｈ３Ｎ３Ｓ３　０．５。　２．２试验方法　试验在５００　ｍＬ三口烧瓶中进行，试验装置如　图１所示。试验中，先将２５．０　ｇ硫酸烧渣和一定量　的助剂加入到三口烧瓶中，再按起始液固比２：１　（每克烧渣加水２　ｍＬ）加入一定量水。试验开始前，　先将定量的硫酸加入恒压漏斗中，转动活塞将硫酸　加人到三口烧瓶中时，开始计时。保持在恒定温度　下搅拌反应一定时间，控制转速为１　３００　ｒ／ｍｉｎ。反　应停止后，将料液抽滤，滤液定容后按ＧＢ／Ｔ　７７３９．７—２００７分析浸出液中铁的含量，计算铁的浸　出率。　

恒温加热磁力搅拌器　气体缓冲器　图１试验装置　Ｆｉｇ．１　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｅｔｕｐ　２．３试验结果与讨论　２．３．１正交试验　在单因素条件试验基础上，设计Ｌ。（４。）四因素　三水平正交试验，以确定各因素对试验效果影响的　显著性，并确定最佳工艺条件。正交试验因素及水　平分别为：Ａ一助剂用量（１０．３　ｇ、１３．８　ｇ、１７．２　ｇ）；Ｂ　硫酸用量（１７　ｍＬ、２Ｏ　ｍＬ、２３　ｍＬ）；Ｃ一温度（７５　℃、８５℃、９５℃）；Ｄ一时间（１　ｈ、２　ｈ、３　ｈ），试验结果　见表１。　表１　Ｌ，（４　）正交试验结果　Ｔａｂｌｅ　１　Ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　Ｌ９（４　）ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ｔｅｓｔ　编号　Ａ　Ｂ　Ｃ　Ｄ　浸出率／　１　１　１　１　１　５６．１　２　１　２　２　２　６１．３　３　１　３　３　３　６５．６　４　２　１　２　３　８２．５　５　２　２　３　１　８０．２　６　２　３　１　２　７９．１　７　３　１　３　２　７９．０　８　３　２　１　３　８２．７　９　３　３　２　１　８３．１　

根据表１结果，各因素对硫酸烧渣中铁的浸出　率影响的显著顺序为：Ａ＞Ｄ＞Ｂ＞Ｃ。因素Ａ的影　响远远大于其他三个因素，这也充分证明了在试验　选取的范围内，助剂的加入能显著提高铁的浸出率。　由表ｌ可以看出，这四个因素的最佳水平组合为　Ａ３Ｂ３Ｃ２Ｄ３。　２．３．２验证性试验　根据正交试验结果，按最优组合Ａ。　Ｃ　Ｄ。　（１７．２　ｇ助剂，２３　ｍＬ硫酸，８５℃，３　ｈ）条件进行还　原酸浸的验证性试验，得到硫酸烧渣中铁的平均浸　出率为８７．８　。　２．３．３表面形态表征及物相分析　图２分别为硫酸烧渣和还原浸出后残渣的　ＳＥＭ图谱。可以看出，原烧渣颗粒呈疏松多孔状，　这有利于酸浸反应的进行。经还原浸出后，烧渣形　貌发生显著变化，粒径明显减小，颜色深浅也发生改　变，这与反应前后烧渣的物相组成及含量改变有关。　硫酸烧渣酸浸前后的ＸＲＤ图谱见图３。经检　索，烧渣在反应前，在２０＝３３．３　ｏ）和３５．７６　ｏ）处有　很强的赤铁矿的特征衍射峰，在２０—４９．５８（。）、　５４．２２　ｏ）和６２．５６（。）处也有一定强度的赤铁矿衍射　峰；在２０＝２６．７（。）附近仍出现较强的石英特征衍射　峰；此外，不能检索出其他物相的存在。　经还原酸浸后，赤铁矿的衍射峰变得非常微弱，　石英的衍射峰强度基本不变，而在２０＝２３．２（。）处明　显出现硫磺的主峰，在２０—２５．９８　ｏ）、２７．８６（。）、　１　ｌ　９　８　他　６　６　９　Ｏ　陀　５　７　９　４　弛　０　６　６　６　∞踞肋　１　２　３　值值值Ｒ　均

均均　２０１２年Ｉ期　有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ）　２８．８０（。）和２９．０６　ｏ）处也有一定强度的单质硫的衍　射峰，这证明了浸出过程中有固态产物硫磺生成。　

３　结论　图２硫酸烧渣（ａ）和酸浸后残渣（ｂ）的ＳＥＭ图谱　Ｆｉｇ．２　ＳＥＭ　ｍｉｃｒｏｇｒａｐｈｓ　ｏｆ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｓｌａｇ（ａ）ａｎｄ　ｉｔｓ　ｌｅａｃｈｅｄ　ｒｅｓｉｄｕｅｓ（ｂ）　反应前　

反应后　ｆｌ：ＳｉＯ　ｂ：Ｆｅ２０３　ｃ：Ｓ　Ｓ　１Ｉ】　Ｆｉｇ．３　】５　２（）　２５　３０　３５　４０　４５　５ｆ）　５５　６Ｏ　６５　７（）　２０／（。）　图３硫酸烧渣酸浸前后ＸＲＤ谱图　ＸＲＤ　ｐａｔｔｅｒｎｓ　ｏｆ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｓｌａｇ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｌｅａｃｈｅｄ　ｒｅｓｉｄｕｅｓ　１）用助剂还原浸出硫酸烧渣中的铁是可行的，　在试验选取的范围内各因素对硫酸烧渣中铁的浸出　率影响的显著顺序为：助剂用量＞时间＞硫酸用量　＞温度。　２）在最优条件组合１７．２　ｇ助剂，２３　ｍＬ硫酸，　８５℃，３　ｈ下，硫酸烧渣中铁的平均浸出率为　８７．８％。　３）烧渣酸浸后形貌明显改变，粒径变小，有固态　产物硫磺生成。　参考文献　［１］姜华，罗罹，吕亮．烧渣制备聚合硫酸铁及其对造纸废　水的处理效果ＥＪ］．中国给水排水，２００８，２４（１９）：８０—８３．　［２］李德明．硫酸烧渣制备聚合磷硫酸铁及其对城市生活　污水的处理效果ＥＪ］．安徽职业技术学院学报，２０１０，９　（２）：２４　２６．　Ｅ３］姜凌，董亚妮，田萍．用硫铁矿烧渣制取聚合硫酸铁的　实验研究ＥＪ］．环境科学与技术，２０１０，３３（８）：１４８—１５１．　Ｅ４］陈吉春，汤义兰．硫铁矿烧渣制备铁蓝工艺的研究［Ｊ］．　矿业工程，２００７，５（５）：６５　６８．　［５］李登新，寇文胜，钟非文，等．一种含硫金精矿酸化焙烧　●　Ｌ　５

　有色金属（冶炼部分）（ｈｔｔｐ：／／ｙｓｙ１．ｂｇｒｉｍｍ．ｃｎ）　２０１２年１期　渣制备铁红的方法：中国，ＺＬ２００５１００３００１６．８［Ｐ］．　２００６一Ｏ５—１７．　Ｅ６］李志金．酸浸渣制取高品质铁红的研究［Ｄ］．上海：东　华大学，２００５．　［７］徐杰，李书营，王瑞．硫铁矿烧渣的综合利用研究ＥＪ］．　环境科学与管理，２０１０，３５（２）：１５３—１５７．　［８］Ｚｏｕ　Ｚ，Ｘｕａｎ　Ａ　Ｇ，Ｙａｎ　Ｚ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｆｅ３Ｏ４　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｆｒｏｍ　ｃｏｐｐｅｒ／ｉｒｏｎ　ｏｒｅ　ｃｉｎｄｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｍｉｃｒｏ—　ｗａｖｅ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，６５：１６０—１６４．　［９］郑晓虹，陈玉峰，黄升光，等．硫酸浸取法从硫铁矿烧渣　中提取铁的研究［Ｊ］．化工进展，２００３（２）：１６５—１６８．　［１Ｏ］占寿祥，郑雅杰．硫铁矿烧渣酸浸反应动力学研究　［Ｊ］．化学工程，２００６，３４（１１）：３６—３９．　ｒ　ｌ１］Ａｔａ　Ａｋｃｉｌ，Ｈａｓａｎ　Ｃｉｆｔｃｉ．Ｍｅｔａｌｓ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｆｒｏｍ　ｍｕｌｔｉｍ—　ｅｔａｌ　ｓｕｌｐｈｉｄｅ　Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓ（ＣｕＦｅＳ２一ＰｂＳ－ＺｎＳ）：ｃｏｍｂｉ—　ｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｌｅａｃｈｉｎｇ［Ｊ］．　Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍｉｎｅｒ．Ｐｒｏｃｅｓｓ，２００３，７１：２３３—２４６．　［１２］Ｓｏｕｚａ　Ａ　Ｄ，Ｐｉｎａ　Ｐ　Ｓ，Ｌｅａ０　Ｖ　Ａ，ｅｔ　ａ１．Ｔｈｅ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｏｆ　ａ　ｚｉｎｃ　ｓｕｌｐｈｉｄｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ　ｉｎ　ａｃｉｄ　ｆｅｒｒｉｃ　ｓｕｌ—　ｐｈａｔｅ［Ｊ］．Ｈｙｄｒｏｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，．２００７，８９：７２—８１．　［１３］Ｔａｐｉｏ　Ｓａｌｍｉ，Ｈｅｎｒｉｋ　Ｇｒｆｎｍａｎ，Ｈｅｉｄｉ　Ｂｅｒｎａｓ，ｅｔ　ａ１．　Ｍｅｃｈａｎｉｓｔｉｃ　ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｍａｓｓ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｆｏｒ　ａ　ｓｏｌｉｄ－ｌｉｑｕｉｄ　ｓｙｓｔｅｍ：Ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｚｉｎｃ　ｗｉｔｈ　ｆｅｒｒｉｃ　ｉｒｏｎ　［Ｊ］．Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１０，６５：４４６０　４４７１．　［１４］Ｓｉｌｖｉａ　Ｍ　Ｃ　Ｓａｎｔｏｓ，Ｒｅｍｉｇｉｏ　Ｍ　Ｍａｃｈａ－ｄｏ，Ｃｏｒｒｅｉａ　Ｍ　Ｊｏａｎａ　Ｎ，ｅｔ　ａ１．Ｆｅｒｒｉｃ　ｓｕｌｐｈａｔｅ／ｃｈ１ｏｒｉｄｅ　ｌｅａｃｈｉｎｇ　ｏｆ　ｚｉｎｃ　ａｎｄ　ｍｉｎｏｒ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｆｒｏｍ　ａ　ｓｐｈａｌｅｒｉｔｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ　［Ｊ］．Ｍｉｎｅｒａｌｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，２３：６０６—６１５．　［１５］金程，王恩强，李登新．硫酸烧渣加压浸取铁ＥＪ］．有色　金属（冶炼部分），２０１１（１１）：６－８．