阅读说明：本技术 一种利用微泡发生装置强化溶液中氧气氧化除铁的方法 (Method for enhancing oxygen oxidation iron removal in solution by using microbubble generator ) 是由 岳彤 牛臻 孙伟 胡岳华 于 2020-06-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种利用微泡发生装置强化溶液中氧气氧化除铁的方法。该方法是利用微泡发生装置在湿法冶炼浸出液或湿法冶炼浸出悬浮液中形成含氧微纳米气泡强化氧化Fe<Sup>2+</Sup>,实现了湿法冶炼中浸出液的快速氧化除铁。相对现有曝气盘或曝气管式充氧,显著提高氧气利用率,具有缩短除铁氧化时间、增加铁离子净化深度、扩大产能、节约能耗等显著优势。(The invention discloses a method for strengthening iron removal by oxygen oxidation in a solution by using a microbubble generator. The method utilizes a microbubble generator to form oxygen-containing micro-nano bubbles in wet-process smelting leachate or wet-process smelting leaching suspension to strengthen the oxidation of Fe 2+ And the rapid oxidation iron removal of the leaching solution in wet smelting is realized. Compared with the existing aeration disc or aeration pipe type oxygenation, the utility model has the advantages of obviously improving the utilization rate of oxygen, shortening the iron removal oxidation time, increasing the iron ion purification depth, expanding the productivity, saving the energy consumption and the like.)

一种利用微泡发生装置强化溶液中氧气氧化除铁的方法

技术领域

本发明涉及一种湿法冶炼浸出液或浸出悬浮液氧化除铁的方法，特别涉及利用微纳米气泡发生器或文丘里微泡射流装置在湿法冶炼浸出滤液或浸出悬浮液中形成空气、氧气或富氧空气的微纳米气泡，强化溶液中Fe²⁺氧化为Fe³⁺的方法，属于湿法冶金净化除杂领域。

背景技术

在锌、镍、铜、钴、锰等有色金属湿法冶炼中，冶炼原料矿石中的铁或多或少地会进入到浸出液中，使得溶液中含铁浓度一般在1～15g/L。在电沉积和净化除杂工序之前，必须将溶液中绝大部分的铁离子去除，以保证后续的工艺经济有效运行。目前工业应用的除铁方法有黄钾(钠、氨)铁矾法，针铁矿法和赤铁矿法。这些除铁方法均是将溶液中的三价铁离子(Fe³⁺)在不同的溶液温度、pH、盐组分等条件下水解，形成相对应的铁盐沉淀，从而达到溶液中净化除铁的目的。

然而，用于湿法冶炼的矿石原料多为金属硫化矿或碳酸盐矿物，如闪锌矿、硫化镍矿、黄铜矿、菱锰矿等，这些原生矿床中赋存的铁均为二价铁(Fe(II))。另外，湿法冶炼之前有时需要对矿石原料进行还原焙烧预处理，如锌铁尖晶石(锌焙砂)的烟化焙烧、硫化镍矿造低镍锍(低冰镍)等。这些焙烧的还原气氛也会确保铁以二价铁(Fe(II))形式存在。因此，在除铁工序中，需先将亚铁离子(Fe²⁺)氧化为三价铁离子(Fe³⁺)，再加入中和剂使其水解生成铁盐沉淀。工业中常用的中和剂为氧气、空气或富氧空气，在特殊情况下也会使用价格较贵的二氧化锰(软锰矿)、双氧水等氧化剂。工业生产上，氧气/空气/富氧空气氧化除铁工序均是通过鼓风机将气体通过搅拌桶底部或桶壁安装布气盘或布气管加压鼓入溶液中。但由于鼓入气体的气泡大，气液接触面积小，并且气压较低，导致氧气在溶液中的溶解率低，氧气利用率不到10％。这使得氧气对溶液中亚铁离子的氧化速度较慢，工业中需使用多个大型搅拌桶延长亚铁离子的氧化时间。尤其处理含铁较高的溶液，则需要更多的搅拌桶、蒸汽、压缩气体和更大面积的厂房，其设备成本和操作成本则大大升高。因此，急需要改进氧化出铁中氧气/空气/富氧空气的进气方式，提高溶液中的溶氧量，缩短氧气氧化除铁的时间。

发明内容

针对目前湿法冶金工业氧化除铁工业中，存在使用布气盘或布气管装置向反应槽中通入压缩氧气/空气/富氧空气时，氧气利用率低，亚铁离子氧化速率慢，导致氧化除铁时间长，设备成本和运行成本高等问题，本发明的目的是在于提供一种利用微泡发生装置来强化湿法冶金浸出溶液或浸出悬浮溶液中氧气氧化除铁的方法，该方法能够大大提高亚铁离子氧化效率，提高氧气利用率，缩短氧化时间，降低成本。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种利用微泡发生装置强化溶液中氧气氧化除铁的方法，该方法利用微泡发生装置在湿法冶炼浸出液或湿法冶炼浸出悬浮液中形成含氧微纳米气泡强化氧化Fe²⁺。

作为一个优选的方案，所述微泡发生装置为微纳米气泡发生器或文丘里微泡射流装置。

作为一个优选的方案，所述微纳米气泡发生器包括溶气泵、管道和喷头。

作为一个优选的方案，所述文丘里微泡射流装置包括砂浆泵和管道以及一个文丘里射流管或多个串联文丘里射流管。优选的文丘里微泡射流装置包括砂浆泵和管道以及2～5个串联文丘里射流管，通过多级文丘里结构可以使氧气多次从溶液中溶解和析出，显著提高氧气的利用率。

作为一个优选的方案，当实现湿法冶炼浸出悬浮液中Fe²⁺氧化时，选用文丘里微泡射流装置，将湿法冶炼浸出悬浮液通过砂浆泵泵入到文丘里射流管中与文丘里射流管吸入的含氧气体混合射流至反应槽内，形成1～100微米气泡，强化Fe²⁺氧化。

作为一个优选的方案，所述含氧气体为纯氧、富氧空气或空气(一般富氧空气中氧气的含量要高于40％，这是行业内所熟知的)；当含氧气体为空气时，砂浆泵的功率和文丘里射流管的内径尺寸控制空气进气量相对Fe²⁺摩尔数为1～15m³/mol，当含氧气体为富氧空气或纯氧时，砂浆泵的功率和文丘里射流管的内径尺寸控制富氧空气或空气进气量相对Fe²⁺摩尔数为0.1～5m³/mol。通过砂浆泵的功率和文丘里射流管的内径尺寸来调节进气量这是行业内熟知的。

作为一个优选的方案，所述湿法冶炼浸出悬浮液的pH范围为2.5～6.5，温度范围为50～95℃。在优选的pH和温度范围内，有利于提高氧化效率。

作为一个优选的方案，当实现湿法冶炼浸出液中Fe²⁺氧化时，选用文丘里微泡射流装置或微纳米气泡发生器，将湿法冶炼浸出液通过砂浆泵泵入到文丘里射流管中与文丘里射流管吸入的含氧气体混合射流至反应槽内，形成1～100微米气泡，强化Fe²⁺氧化；或者，将含氧气体通过溶气泵溶解到湿法冶炼浸出液中，再通过喷头喷出形成0.05～10微纳米气泡，强化Fe²⁺氧化。

作为一个优选的方案，所述含氧气体为纯氧、富氧空气或空气；当含氧气体为空气时，砂浆泵或溶气泵的功率和文丘里射流管或喷头的内径尺寸控制空气进气量相对Fe²⁺摩尔数为1～15m³/mol，当含氧气体为富氧空气或纯氧时，砂浆泵或溶气泵的功率和文丘里射流管或喷头的内径尺寸控制富氧空气或空气进气量相对Fe²⁺摩尔数为0.1～5m³/mol。溶气泵的功率和喷头的内径尺寸控制空气进气量来调节进气量这是行业内熟知的。

作为一个优选的方案，所述湿法冶炼浸出液的pH范围为2.5～6.5，温度范围为50～95℃。

本发明的技术方案中主要涉及的微泡发生装置包括两种：微纳米气泡发生器和文丘里微泡射流装置，这两种装置是现有技术中常见的，本发明技术方案首次将其应用与湿法冶金的氧化除铁技术中来。文丘里微泡射流装置由文丘里射流管、砂浆泵、管道构成；微纳米气泡发生装置，由溶气泵、管道、喷头构成。在含有固体颗粒的浸出悬浮液中氧气氧化除铁时，主要使用文丘里微泡射流装置。而在纯浸出溶液中氧气氧化除铁时，可以使用微纳米气泡发生装置或文丘里微泡射流装置。

本发明利用微泡发生装置来强化溶液中氧气氧化除铁，适应于湿法冶金中常见的湿法炼锌、镍、铜或锰等浸出液或浸出悬浮液的氧气氧化除铁工序。使用基于文丘里结构的微泡发生装置时，将一个或多个文丘里射流管安装于氧化除铁搅拌桶的底部或中部，通过管道与砂浆泵相连，砂浆泵通过管道抽取搅拌桶内的溶液/悬浮液或其他溶液，泵送入文丘里射流管中，由于文丘里射流管的特殊结构，可以形成局部负压，自吸入空气/氧气/富氧空气，与溶液充分混合后压缩射流到除铁搅拌桶中，形成大量的微米级气泡，这将大大增加气液接触面积，提高溶液的溶氧量，显著加快溶液中亚铁离子的氧化速率。使用基于溶气泵作用的微纳米气泡发生装置时，将一个或多个喷头安装于氧化除铁搅拌桶内壁或置于搅拌桶加药口处，通过管道与溶气泵相连，溶气泵通过管道抽取搅拌桶内的溶液或其他溶液，以及吸入空气/氧气/富氧空气，形成的高溶气溶液，经喷头流入到除铁搅拌桶中，形成大量纳米级和微米级的微小气泡，显著加快溶液中亚铁离子的氧化速率。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：

本发明技术方案利用微泡发生装置产生纳米/微米级的气泡，提高溶液中的溶氧量，亚铁离子的氧化速率相当于普通布气装置的5倍以上。

本发明技术方案利用微泡发生装置强化溶液中氧气氧化除铁的方法显著缩短氧气氧化除铁工艺的运行时间，减少除铁工序所需的厂房面积、搅拌桶数量、蒸汽以及电耗，降低经济成本。

本发明技术方案涉及的微泡发生装置为常见的微纳米气泡发生器或文丘里微泡射流装置，结构简单、性能稳定、能耗较低，仅为砂浆泵/溶气泵的运行功率。

本发明技术方案采用成本低的空气/氧气/富氧空气氧化除铁，直接泵取体系内的溶液形成微纳米气泡，不添加任何其他试剂，对整个湿法冶炼工序无任何不良影响。

本发明技术方案在采用微纳米气泡发生器或文丘里微泡射流装置强化氧气氧化除铁过程中通过控制含氧气体进气量、pH及温度等条件，达到最佳的亚铁离子氧化效果，大大缩短了亚铁离子氧化的时间。

附图说明

图1为吉利百矿锰业菱锰矿化合滤液溶气泵微泡发生装置氧化除铁结果。

图2为吉利百矿锰业菱锰矿化合悬浮液文丘里微泡发生装置氧化除铁结果。

图3为驰宏锌锗会泽锌溶液文丘里微泡发生装置氧化除铁结果。

图4为模拟含铁溶液多级文丘里微泡发生装置氧化除铁结果。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的内容进一步说明，而不是限制本发明权利要求保护的范围。

实施例1

本发明的应用微泡发生装置强化氧气氧化除铁的方法应用于吉利百矿锰业菱锰矿化合后的过滤液，使用基于溶气泵作用的微纳米气泡发生装置氧化除铁，处理溶液体积20L，溶液中含铁3.6g/L，溶液温度50℃，机械搅拌100rpm，气泡发生量为0.7-1m³/h，使用氨水(NH₃质量分数15％)为中和剂调节溶液终点pH为6-6.5。分别使用了空气和纯氧气作为氧化剂氧化除铁，并使用直径为30cm的布气盘做对比实验，溶液中亚铁离子浓度实时采用化学滴定法分析得到，亚铁离子浓度随时间的变化结果如图1所示。

实施例2

本发明的应用微泡发生装置强化氧气氧化除铁的方法应用于吉利百矿锰业菱锰矿化合悬浮液，其固体含量约30％，颗粒平均粒径为0.12mm，使用基于文丘里结构的微泡发生装置氧化除铁，处理悬浮液体积20L，溶液中含铁3.6g/L，溶液温度50℃，机械搅拌100rpm，气泡发生量约3-4m³/h，使用氨水(NH₃ 15wt.％)为中和剂调节溶液终点pH为6-6.5。分别使用了空气和纯氧气作为氧化剂氧化除铁，并使用直径为30cm的布气盘做对比实验，溶液中亚铁离子浓度实时采用化学滴定法分析得到，亚铁离子浓度随时间的变化结果如图2所示。

实施例3

本发明的应用微泡发生装置强化氧气氧化除铁的方法应用于驰宏锌锗会泽冶炼分公司湿法炼锌氧化除铁工序，使用基于文丘里结构的微泡发生装置氧化除铁，除铁前液中亚铁离子浓度为2.54g/L，采用与工业中一致的针铁矿法除铁。试验溶液体积为20L，溶液温度为80-85℃，浆化氢氧化钙为中和剂调整溶液pH为4.5-5.2，分别采用空气和富氧空气(O₂ 50vol％)进行氧化除铁，气泡发生量约1m³/h，另外增加与现场使用的布气管曝气作为对比，溶液中亚铁离子浓度实时采用化学滴定法分析得到，亚铁离子浓度随时间的变化结果如图3所示。

实施例4

本发明的应用微泡发生装置强化氧气氧化除铁的方法应用于实验室模拟氧化除铁工序，分别使用1级和3级文丘里结构的微泡发生装置氧化除铁，除铁前液中亚铁离子浓度为5g/L，采用与工业中一致的针铁矿法除铁。试验溶液体积为20L，溶液温度为80-85℃，1mol/L的氢氧化钠溶液为中和剂调整溶液pH为4.5-5.0，采用纯氧进行氧化除铁，气泡发生量约1m³/h，另外增加布气管曝气作为对比，溶液中亚铁离子浓度实时采用化学滴定法分析得到，亚铁离子浓度随时间的变化结果如图4所示。