用磷酸盐从硫化镍矿石浸出液中除铁试验研究

湛 金，李 鹏

(青海黄河矿业有限责任公司，青海 格尔木 816000)

自然界中的镍资源主要为红土镍矿和硫化镍矿[1]。硫化镍矿中通常伴有铁、铜、钴等金属，其中铁被认为是杂质元素[2]。铁与镍、钴、铜均为过渡金属，具有相近的化学性质，在镍浸出过程中会不同程度进入溶液，对镍的生产过程及镍产品质量都有较大影响，因此，在从矿石浸出液中回收镍之前需除铁。

磷酸铁具有溶解度低(Ksp=1.3×10-27)、沉淀速率快、结晶性能好且很少吸附阳离子等特点，用磷酸铁从溶液中除铁被认为是拥有应用前景且技术新颖的除铁方法之一[15-20]，其对铁的脱除率可达99%，而有价金属损失率低于10%；但有关采用此法从高镍、高铁溶液中除铁的研究尚未见有报道。试验研究了采用H2O2氧化—磷酸盐沉淀法从硫化镍矿浸出液中除铁，以期为硫化镍矿浸出液中铁与铜、镍的高效分离提供参考。

1 试验部分

1.1 试验原料与试剂

镍精矿：取自青海黄河矿业有限公司夏日哈木镍钴矿，主要成分见表1，pH=0.8。

表1 硫化镍矿浸出液的主要化学成分 g/L

试剂：盐酸、硝酸、硫酸(98%)、磷酸(85%)及双氧水(30%)，北京化工厂；碳酸钠，国药集团化学试剂有限公司。所有试剂均为分析纯。

1.2 试验设备与仪器

试验设备：Mettler ML-104型分析天平(瑞士Mettler Toledo公司)，DHG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱(上海一恒科学仪器有限公司)，FE28型梅特勒台式pH计(瑞士Mettler Toledo公司)，DF-101SZ型集热式恒温加热磁力搅拌器(河南省予华仪器有限公司)，COOLPEX型微波消解仪(上海屹尧仪器科技发展有限公司)。

分析仪器：Agilent 5800VDV型电感耦合等离子体发射光谱仪(安捷伦科技有限公司)，Rigaku SmartLab型X射线衍射仪(日本理学株式会社)，AXIOS型X荧光光谱仪XRF(荷兰帕纳科公司)以及UV9100型紫外分光光度计(北京莱伯泰科仪器股份有限公司)。

1.3 试验原理与方法

(1)

溶液中的铁部分以Fe2+形式存在，需先将其氧化成Fe3+：

(2)

向100 mL烧杯中倒入50 mL硫化镍矿浸出液，将烧杯置于水浴锅中加热。待温度升至设定温度后，向烧杯中加入一定量H2O2，将溶液中的Fe2+氧化成Fe3+、然后再加入一定质量浓度的H3PO4，之后用20%Na2CO3溶液调溶液pH，在搅拌速度500 r/min条件下搅拌反应一定时间。反应结束后，过滤，分离滤液和滤渣。滤渣用纯水洗涤后于105 ℃下烘干。采用ICP-OES分别测定滤液、洗液及滤渣中金属组分含量，计算铁去除率和铜、镍损失率。

2 试验结果与讨论

2.1 H2O2用量对铁去除率的影响

在溶液终点pH=1.5、n(P)/n(Fe)=1.0、反应温度60 ℃、反应时间120 min条件下，H2O2用量对金属沉淀率的影响试验结果如图1所示。

图1 H2O2用量对金属沉淀率的影响

2.2 体系终点pH对铁去除率的影响

在H2O2用量为理论量1.5倍、n(P)/n(Fe)=1.0、反应温度60 ℃、反应时间120 min条件下，体系终点pH对金属沉淀率的影响试验结果如图2所示。

图2 体系终点pH对金属沉淀率的影响

由图2看出：随体系终点pH升高，铁去除率快速升高，pH升至2.0时，铁去除率趋于稳定；而铜、镍损失率则随pH升高而持续升高，pH升至2.5后，铜、镍损失率快速升高。随pH增大，体系中Cu2(PO4)3和Ni2(PO4)3沉淀形成的可能性增大，从而导致铜、镍损失增加。综合考虑，确定体系终点pH以2.0为宜，此时铁去除率为98.17%，铜、镍损失率分别为1.56%和0.64%。

2.3 n(P)/n(Fe)对铁去除率的影响

在H2O2用量为理论量1.5倍、体系终点pH=2.0、反应温度60 ℃、反应时间120 min条件下，n(P)/n(Fe)对金属沉淀率的影响试验结果如图3所示。

图3 n(P)/n(Fe)对金属沉淀率的影响

2.4 反应温度对铁去除率的影响

在H2O2用量为理论量1.5倍、体系终点pH=2.0、n(P)/n(Fe)=1.0、反应时间120 min条件下，反应温度对金属沉淀率的影响试验结果如图4所示。

图4 反应温度对金属沉淀率的影响

由图4看出：随温度升高，铁脱除效率基本保持不变，均在97%以上；但铜、镍损失率略有下降，至温度为50 ℃时，铜、镍损失率降至最低且趋于稳定。综合考虑，确定适宜反应温度为50 ℃。

2.5 反应时间对铁去除率的影响

在H2O2用量为理论量1.5倍、体系终点pH=2.0、n(P)/n(Fe)=1.0、反应温度50 ℃条件下，反应时间对金属沉淀率的影响试验结果如图5所示。

图5 反应时间对金属沉淀率的影响

由图5看出，除铁反应速度很快：反应15 min，铁去除率即达95.17%；反应30 min后，铁去除率基本稳定；反应时间对铜、镍损失率基本没有影响。综合考虑，确定反应时间以30 min为宜。

2.6 除铁后液及除铁渣组成分析

根据以上试验结果，在适宜条件(H2O2用量为理论量1.5倍，终点pH=2.0，n(P)/n(Fe)=1.0，反应温度50 ℃，反应时间30 min)下进行除铁试验，所得溶液成分见表2。可以看出：铁去除率为98.17%，铜、镍损失率为1.50%和0.58%，溶液中总铁质量浓度为0.337 g/L。

表2 除铁前、后溶液中金属质量浓度 g/L

不同温度下除铁渣的XRD分析结果如图6所示。可以看出：图谱中没有相应的峰，表明沉淀渣为无定形物。

图6 除铁渣的XRD图谱

XRF半定量分析与ICP-OES定量分析结果见表3。可以看出：主要元素为O、Fe、P，含少量S、Na、Al、Cu及Ni等元素；其中，Fe、P质量分数接近FePO4·2H2O中Fe和P质量分数(Fe 29.89%，P 16.58%)，接近Fe、P比例。由此推断，除铁渣为无定形水合磷酸铁(FePO4·xH2O)。

表3 除铁渣中金属质量分数 %

3 结论

以H2O2氧化—磷酸盐沉淀法从硫化镍矿石浸出液中除铁是可行的，除铁效果较好，适宜条件下，铁去除率达98.17%，铜、镍损失率仅1.50%和0.58%，除铁后液中铁质量浓度可降至0.337 g/L；体系中引入双氧水可将Fe2+氧化为Fe3+，使与磷酸反应形成磷酸铁而去除。除铁渣中，铁主要以无定形水合磷酸铁(FePO4·xH2O)形式存在，铜、镍含量非常低。