技术领域
[0001] 本
发明涉及湿法
冶金技术领域，具体涉及一种在硫酸介质中电解分离铁和锌的方法。
背景技术
[0002] 目前，我国
钢铁产量已达到5～7亿吨/年，每年产出钢铁冶金粉尘可达100万吨以上，经
磁选铁精矿，浮选
碳精矿后所得含锌
尾矿一般还含铁10％以上，含锌在15～30％，主要以铁酸
钾形式存在，实验证明该尾矿易于被H2SO4直接
浸出，一次浸出率铁和锌都可达到70％以上。浸出液含Fe可达到70％以上，浸出液含Fe可达10g/L以上，含Zn最高可达80g/L左右。目前我国金属锌产量已达500万吨/年以上，而90％是通过
湿法冶金获得。锌的湿法冶金传统工艺都有中和
氧化除铁工序，含铁10％以上的中和氧化除铁渣，该渣一般含锌10％以上，将该渣返
回转窑处置，获得挥发氧化锌
烟尘和主要含铁、碳、
硅的窑渣，窑渣再球磨
强磁选，仅能回收50％左右的铁精矿。并且氧化锌烟尘经H2SO4浸出后必须进行中和氧化除铁，才能进行电解生产，铁的回收流程长、回收率低。
[0003] 目前，硫化锌精矿直接采用硫酸进行高压氧化浸出已成为湿法炼锌的新趋势。其中的铁浸出率也较高，浸出液中的铁含量可达5g/L以上，一般采用黄钾铁矾法除铁，但铁矾渣中铁含量不高，同时含有大量的SO42-，不能用作炼铁原料和生产铁化工产品原料，只能再次返回回转窑中还原
焙烧回收锌。为了使高压氧浸出液中的铁变为有用物质，一般采用赤铁矿法以Fe2O3结晶脱除，但赤铁矿法需要在200℃以上，10Mpa以上的压
力下进行结晶脱除，该条件实现难度大。
[0004] 在硫酸介质中除铁的方法还包括中和氧化针铁矿法和Fe(OH)3沉淀法。针铁矿法需要将Fe2+缓慢氧化，采用空气除铁，耗时4小时以上，并逐渐中和pH＝4左右，以FeOOH形式结晶析出沉淀，针铁矿法易于过滤，铁渣量含铁高于黄钾铁矾法，但其中不可夹杂Fe(OH)3生成，并
吸附沉淀10％左右的锌，但该渣必须返至回转窑处理，否则其铁和锌都不易回收。Fe(OH)3沉淀法吸附锌更多，但Fe(OH)3胶体过滤困难。
[0005] 上述湿法炼锌除铁多采用补加CuSO4作催化剂进行针铁矿法除铁，耗时15小时以上。若采用加CuSO4和H2O2进行快速中和氧化除铁则生成Fe(OH)3的机率很大，沉淀铁渣量大，锌损失可达10％以上，并且过滤困难，针铁矿法只适用于含铁1g/L以下的ZnSO4溶液。
[0006]
专利号CN201010300159.7公开了锌精矿无铁渣湿法炼锌提铟及制取氧化铁的方法，包括以下步骤：1、锌精矿进行流态化焙烧、中性浸出、低酸浸出及
净化电积制取电锌；2、对低酸浸渣与电积制取电锌后的废电解液进行高酸浸出、还原及预中和并置换除
铜；3、对除铜后液进行中和沉铟；4、对沉铟后液进行硫化除重金属后，加入石灰乳中和，得深度净化液；5、对深度净化液进行
水热法沉铁得到赤铁矿粉；6、对赤铁矿粉脱杂处理，得到软磁用氧化铁；采用中和沉铟，水热法沉铁，实现铟-铁和铟-锌分离并形成赤铁矿粉，经脱杂处理，达到软磁用氧化铁要求。但该方法在铁、锌分离率方面的效果并不显著。
[0007] 专利号CN200510032417.7公开了
硫酸盐中铁－锌和锰－锌的分离以及电解制取高纯锌或高纯锌粉的方法，本发明包括硫酸盐溶液还原、沉复盐、复盐转化与
氨浸液净化、电解等过程，较好地解决了硫酸盐中铁－锌和锰－锌的分离问题，在制备锰锌软磁用共沉粉的同时，开路和回收多余的锌，并将这部分锌制成高纯锌或高纯锌粉，它的纯度≥99.995％，有毒元素镉、铅、砷、汞的含量≤0.0005％，但用
碱浸的浸出率不理想。
[0008] 为了克服高含铁锌物料中铁的危害，相关从业者研究了碱浸方法，将锌浸出为锌酸钠或锌胺络离子进入溶液进入溶液，而铁留于渣中与锌分离，但是不管是采用NaOH、NH4Cl或
氨水为
溶剂，其浸出率都远低于硫酸浸出，且浸出成本远高于硫酸浸出，从碱浸液中回收锌的
质量、成本均低于硫酸体系，浸出渣中的铁也需要通过回转窑处理磁选后才能回收，因此，限制了碱浸方法的推广。
发明内容
[0009] 本发明为解决上述技术问题，本发明提供了一种在硫酸介质中电解分离铁和锌的方法，通过硫酸介质浸出以及
磁性电解分离铁和锌效果，克服高含铁量锌物料采用硫酸
冶炼时铁、锌分离效果欠佳，铁资源浪费，冶炼成本较高等缺点。
[0010] 具体按照以下技术方案实现：
[0011] 一种在硫酸介质中电解分离铁和锌的方法，将物料经硫酸浸出、还原三价铁、除杂、磁性电解后，取
电解槽阴极泥上物质为金属锌片，
阳极泥上或阳极区内物质为结晶氧化铁或无定形氧化铁；所述的磁性电解是在附加
磁场的条件下采取隔膜电解。
[0012] 上述方法中，所述磁性电解的条件：磁场强度为10-100A/M，电解
电流密度为500-700A/㎡，电解槽压为3-3.5V，电解
温度为25-40℃，电解时间为24-48h。
[0013] 一种在硫酸介质中电解分离铁和锌的方法，具体包括如下步骤：
[0014] S1硫酸浸出：将含铁、锌物料用硫酸浸出，获得高含铁的硫酸锌溶液；
[0015] S2还原三价铁：将高含铁的硫酸锌溶液中的三价铁还原为二价铁，获得硫酸锌还原液；
[0016] S3除杂：利用锌粉或硫化物处理硫酸锌还原液，除去溶液中金属杂质，获得含Fe2+大于10g/L，Zn2+大于80g/L的硫酸锌净化液；
[0017] S4磁性电解：将硫酸锌净化液置于电解槽中进行磁性电解，所述磁性电解的条件为：磁场强度为10-100A/M，电解电流密度为500-700A/㎡，电解槽压为3-3.5V，电解温度为25-40℃，电解时间为24-48h，电解残液含Fe2-5g/L，Zn30-40g/L，H2SO450-100g/L；经磁性电解后，从阴极泥上取得金属锌片，阳极泥上或阳极区内取得结晶氧化铁或无定形氧化铁阳极泥。
[0018] 上述方法中，所述高含铁的硫酸锌溶液中含铁量10-40g/L，含锌量80-100g/L。
[0019] 上述方法中，所述还原三价铁是通过加入亚硫酸盐或铁屑实现三价铁离子还原成亚铁离子。
[0020] 上述方法中，所述亚硫酸盐为亚硫酸锌或亚硫酸铁。
[0021] 上述方法中，在除杂步骤中，所述的金属杂质包括：Cu、Cd、As、Sb。
[0022] 上述方法中，所述硫化物为硫化锌或硫化钠或
硫化氢。
[0023] 上述方法中，所述电解槽为附加磁场的隔膜电解槽，具体是在电解槽长边方向的两侧安装
电磁感应线圈或永
磁铁。
[0024] 上述方法中，所述电解槽阳极由磁感应材料制成，阴极由纯
铝材料制成。
[0025] 上述方法中，所述的磁感应材料为含稀土的铁质
合金材料或
镀有二氧化锰易磁化的金属材料。
[0026] 本发明提供的在硫酸介质中电解分离铁和锌的方法，用于处理含铁10～50％、含锌25～50％的钢铁冶金烟尘灰、湿法炼锌的中和氧化除铁渣、铁酸铁氧化矿中任一物料时，用H2SO4直接浸出，得到高含铁的硫酸锌溶液。
[0027] 本发明提供的在硫酸介质中电解分离铁和锌的方法，用于处理硫化锌锗精矿时，进行高压硫酸氧化浸出，得到高含铁的硫酸锌溶液。
[0028] 上述方法中，电解残液含Fe2-5g/L，Zn30-40g/L，H2SO450-100g/L。
[0029] 本发明的有益效果在于：
[0030] 本发明的分离方法不采用回转窑焙烧处理以及不采用黄钾铁矾法或者中和氧化法或Fe(OH)3法除铁，减少了能耗及环境污染；通过硫酸浸出和磁性电解，改善了分离效果，使得分离产物纯度高，进而有利于铁、锌的
回收利用。
[0031] 本发明在磁场环境中进行电解，使得可磁离子或磁敏感性离子将受到磁场影响，发生磁偏转，结合阳极板由磁感应强的材料制成，当电解槽两侧附加产生磁场时，阳极被磁2+
化进而产生磁场，从而将Fe 等磁化并束缚于阳极区和电解槽两侧，进而使得亚铁离子在阳极区或阳极上富集；同时，在阳极上电解放出的氧气将Fe2+氧化为Fe3+而生成Fe2O3或Fe3O4，该氧化物多数为Fe2O3结晶，附着在阳极上或掉落于阳极之中，而Zn2+具有
抗磁性，阴极铝板不具磁性，因此不会被磁场磁化，Zn2+仍按常规
电场方向在阴极上电解析出锌，而且由于铁及其它顺磁场杂质受强磁场的影响，很少会在阴极上放电，从而提高了锌的电流效率。
[0032] 本发明先将浸出液中Fe3+还原为Fe2+，再用锌粉或硫化锌净化除杂，防止了Fe3+
水解，进而防止了铁损失和锌的产生。
[0033] 本发明通过磁性电解获得的氧化铁结晶，提高了含铁量，该产物可用于炼铁原料和含铁化工产品原料，不产生其它含铁的废渣。同时由于不添加生成黄钾铁矾所需要的K+或Na+或NH4+，也不加入生成针铁矿或Fe(OH)3而必须使用的中和剂，不仅节约了成分，降低了污染，还减少了电解影响因子，改善了电解效果，有利于锌和铁的分离及回收。
具体实施方式
[0034] 下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，但本发明并不局限于这些实施方式，任何在本
实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本发明
权利要求所要求保护的范围。
[0035] 实施例1
[0036] 某钢铁企业以产钢铁冶金混合粉尘经三级磁选铁精矿和浮选碳选碳精矿后所得尾矿含Zn 33.4％，含铁12.8％，Pb 1.2％，As0.23％，In0.021％，按以下步骤进行铁锌分离回收：
[0037] S1硫酸浸出：将尾矿用硫酸浸出，液固比为4，H2SO4浓度80g/L，浸出温度85-90℃，浸出时间2.5h，浸出pH＝1.5，获得高含铁的硫酸锌溶液，其含总Fe24.5g/L，Zn79.3g/L，As400mg/L，In42mg/L；
[0038] S2还原三价铁：在40-45℃条件下用亚硫酸锌水还原剂，进行Fe3+还原，ZnSO3加入量为ZnSO3/Fe3+＝1.2，还原时间0.5h，还原液含铁Fe3+180mg/L；
[0039] S3除杂：利用锌粉处理还原液，获得净化液含Cd 0.01g/L，As0.01g/L，Pb0.001g/L，Sb0.001g/L，Cu、Co、Ni微量；
[0040] S4磁性电解：将硫酸锌净化液置于电解槽中进行磁性电解，所述磁性电解的条件为：磁场强度为20A/m，电解电流密度为500A/㎡，电解槽压为3.2V，电解温度为30℃，电解时间为24-48h，电解液循环速度0.2m3/h，电解残液含Fe 3.5g/L，Zn35g/L，H2SO453g/L；24小时剥离金属锌片一次，36小时清理阳极一次；锌的电流效率85.3％，金属锌片含锌99.992％，阳极泥水洗后含Fe 61.8％，铁的电解效率65.3％。
[0041] 实施例2
[0042] 某湿法炼锌企业所产中和氧化除铁针铁矿渣，经水洗烘干后化验，其中含Fe 18.3％，含Zn10.5％，含其他金属杂质As 0.5％、Sb 1.2％、Ni 0.15％、Co 0.12％。按以下步骤进行铁、锌分离回收：
[0043] S1硫酸浸出：将尾矿用硫酸浸出，液固比为5，H2SO4浓度100g/L，浸出温度90℃，浸出时间2h，获得高含铁的硫酸锌溶液，其含总Fe29.3g/L，Zn20.7g/L，铁浸出率80％，锌浸出率98.5％；
[0044] S2还原三价铁：在45℃条件下用亚硫酸锌为还原剂，进行Fe3+还原，ZnSO3加入量为ZnSO3/Fe3+＝1.2，还原时间0.5h，还原液含铁Fe3+120mg/L，含Zn 65g/L；
[0045] S3除杂：利用锌粉处理还原液，除Cu、Ca、As、Sb、Ni、Co、Ge、In，净化液含Zn 81.5g/L，Fe 20.2g/L，其他杂质含量符合电解要求，净化液pH＝5；
[0046] S4磁性电解：将硫酸锌净化液置于电解槽中进行磁性电解，所述磁性电解的条件为：磁场强度为50A/m，电解电流密度为650A/㎡，电解槽压为3.5V，电解温度为40℃，电解时间为40h，电解液循环速度0.35m3/h，以镀MnO2钢板为阳极，纯铝板为阴极的电解槽中进行磁性隔膜电解；锌的电流效率为82.5％，电锌质量为含Zn 99.99％的国标1号锌，
阳极氧化铁电解效率78.2％，阳极泥含Fe 62.5％。
[0047] 实施例3
[0048] 某硫化锌精矿经硫酸氧化酸浸获得含Zn118g/L、Fe 5.5g/L、H2SO450g/L的酸浸液；用铁屑还原Fe3+为Fe2+后，还原液含铁达到7.8g/L；经提取铟和锗后用锌粉和硫化钠净化除去Cu、Cd、As、As、Bi、Co，净化液分别按实施例1和实施例2中的磁性电解条件进行磁性电解，其锌的电流效率、阳极氧化铁电解效率以及阳极泥含铁率如表1所示：
[0049] 表1
[0050] 锌电流效率/％ 阳极氧化铁电解效率/％ 阳极泥含铁率/％
实施例1 86.2 68.7 61.8
实施例2 88.5 75.3 62.3
