氧气传质对湿法炼锌过程中针铁矿法除铁的影响

苏开萌 谢克强 毛志丹 袁晓磊

(1.昆明理工大学 冶金与能源工程学院，昆明 650093；2.昆明理工大学 真空冶金国家工程实验室，昆明 650093)

1 试验原理

Fe2+的氧化是通过溶解在溶液中的氧实现的，由于氧气在水中的溶解度很小(如表1)[17]，传质效果差，并且随着温度的升高，氧气在水中的溶解度降低，这就加大了Fe2+的氧化难度。

表1 常压低温下氧气在纯水中的溶解度

Fe2+氧化反应：

4Fe2++O2+4H+=4Fe3++2H2O

(1)

HABER 和WEISS等认为Fe2+的氧化按反应式2～5顺序进行[18-19]：

(2)

(3)

Fe2++H2O2→Fe3++H2O+HO-

(4)

Fe2++HO-→Fe3++H2O

(5)

根据WEISS的研究，Fe2+的氧化过程可以分为5个步骤：1)氧气通过气、液界面进入溶液；2)通过Fe2+周围的水合氢离子层与Fe2+接触；3)氧分子裂解成氧原子；4)氧原子与Fe2+反应；5)得到电子的氧原子通过水合氢离子层返回到溶液中。当溶液中存在Cu2+时，对Fe2+的氧化起到催化作用[17]：

Fe2++Cu2+↔Fe3++Cu+

(6)

(7)

2 试验

2.1 原料

试验原料为多金属复杂铅锌混合精矿采用氧压工艺浸出后获得的氧压浸出液，其主要化学成分见表2。

表2 锌精矿氧压浸出液成分

2.2 工艺流程及试验方法

除铁工艺流程如图1所示。试验装置见图2。取500 mL的浸出液倒入1 L的烧杯，将烧杯放入到已预先加热到90 ℃的水浴锅中，继续加热到90 ℃后，加入足量ZnS对Fe3+进行还原，反应时间为1 h。还原试验结束后，进行液固分离。滤液采用饱和Na2CO3溶液调节pH值为4.0后于水浴锅中90 ℃下进行通氧除铁试验。除铁过程中保持反应温度为90 ℃，通过滴加饱和Na2CO3溶液将溶液pH值维持在3.0～3.5，反应时间为4 h。试验完成后，进行液固分离，滤液送去分析。

图1 除铁工艺流程Fig.1 Iron removal process

图2 试验装置Fig.2 Experimental setup

3 结果与讨论

3.1 通气方式的影响

溶液的溶氧量除了受温度、氧分压、溶液成分的影响外[20]，还与氧气在溶液中的分散度有关。……