含鎵生鐵電解法回收鎵鐵試驗研究_侯靜

1、第32卷第4期(總第130期2013年8月濕法冶金H y d r o m e t a l l u r g y o f C h i n a V o l .32N o .4(S u m.130A u g.2013含鎵生鐵電解法回收鎵鐵試驗研究侯靜1,2,楊紹利1,2,吳恩輝1,2,李軍1,2(1.攀枝花學(xué)院,四川攀枝花617000;2.四川省釩鈦材料工程技術(shù)研究中心暨釩鈦資源綜合利用四川省重點實驗室,四川攀枝花617000摘要:研究了用氯鹽電解液體系從提釩尾渣經(jīng)電弧爐冶煉得到的含鎵生鐵中回收鎵鐵,考察了F e 2+質(zhì)量濃度、電流密度、N H 4C l 質(zhì)量濃度和p H 對鎵回收率的影響。試驗結(jié)果表

2、明:在電流密度200A /m 2、F e2+質(zhì)量濃度50g /L 、電解液p H=4、N H 4C l 質(zhì)量濃度100g /L 條件下,鎵回收率在85%以上,鐵回收率在70%以上。關(guān)鍵詞:含鎵生鐵;電解;鎵;鐵;回收中圖分類號:T F 803.27;T F 843.1文獻標志碼:A 文章編號:1009-2617(201304-0256- 03收稿日期:2013-01-03作者簡介:侯靜(1987-,男,碩士,助教,主要從事釩鈦磁鐵礦綜合利用及釩鈦磁鐵礦冶煉后廢渣的綜合利用研究。E -m a i l :h o u j i n g1108163.c o m 。鎵約占地殼質(zhì)量的十萬分之二,但很分散,

3、主要以類質(zhì)同象形式存在于煤礦、鋁土礦、鋅鍺礦、鐵礦、銅礦中,沒有獨立礦床。目前,90%的鎵是從鋁土礦中提取鋁或從鋅礦石中提取鋅時的副產(chǎn)物1-4。我國攀枝花西昌地區(qū)的釩鈦磁鐵礦中,鎵質(zhì)量分數(shù)約為0.0019%,經(jīng)選冶、吹釩、釩渣提釩后,在尾渣中富集至約0.008%。攀西地區(qū)鋼鐵企業(yè)每年產(chǎn)生提釩尾渣近20萬t ,其中含有大量鐵、鎵、鉻、釩、鈦等有價元素。目前,提釩尾渣的處理方式主要有制釩鈦黑瓷材料、制遠紅外涂料等5-6。這些方法雖然利用了提釩尾渣,但釩、鈦、鎵、鉻、鐵等有價金屬沒有得到有效回收。研究從提釩尾渣中綜合回收鐵、鎵、鉻、釩、鈦等有價金屬具有重要意義7。試驗主要研究用電解法從含鎵生鐵中分離

4、鎵、鐵,同時將鎵富集于陽極泥中,希望可以為提釩尾渣的綜合利用提供有益方法。1試驗原理含鎵生鐵電解分離鎵、鐵屬于粗金屬的電解精煉。以粗含鎵生鐵作陽極,不銹鋼板作陰極,含有游離F e2+的水溶液作電解液,當(dāng)通以直流電時,鐵從陽極溶解成離子狀態(tài)進入電解液,在陰極析出純電解鐵。含鎵生鐵陽極中的有價金屬雜質(zhì)與鐵電極電位相近的隨同鐵溶解進入溶液并在陰極析出,其他不溶解金屬進入陽極泥,從而實現(xiàn)與鐵的分離。圖1、2為F e -H 2O 系和G a -H 2O 系電位-pH 圖?？刂苝 H 在3.25.4范圍內(nèi),電位一定(圖1、2陰影處,可使鐵處于F e 2+穩(wěn)定區(qū)域,以F e2+形式溶入電解液中,而鎵以G a

5、 (O H 3固相形式沉積于陽極泥中,實現(xiàn)F e 、G a 的有效分離。圖1F e -H 2O 系電位-pH 圖(25,a =1圖2G a -H 2O 系電位-pH 圖(25,a =10-3第32卷第4期侯靜等:含鎵生鐵電解法回收鎵鐵試驗研究將含鎵生鐵在感應(yīng)爐中重熔制成尺寸為100m m×150m m×10m m 的陽極板,其中鎵質(zhì)量分數(shù)約為0.061%,其他主要成分為(%:F e 89.92,C r 3.48,M n 2.98,V 2.06,T i 0.24,S i 0.55,N a 0.35,P <0.06,S <0.05。2試驗設(shè)備試驗主要設(shè)備為:電解槽,

6、自制,20L ;蓄液槽,自制;微機控制直流電源整流器,直流輸出電壓012V ,直流輸出電流0500A 。3試驗結(jié)果與討論3.1電解液p H 對含鎵生鐵電解過程的影響電解液pH 對含鎵生鐵電解的影響如圖3所示。電解鐵中鐵質(zhì)量分數(shù)和陽極泥中鎵質(zhì)量分數(shù)都隨p H 增大先升高后降低。低p H 條件下電解時,氫的平衡電位變得更正,陰極主要析出氫氣,使陽極泥攪動懸浮,電解鐵雜質(zhì)含量增加;p H 在3.54.5時,鐵、鎵電解分離效果明顯;pH 在57時,產(chǎn)生F e (O H 3沉淀,影響陰極電解鐵的純度和陽極泥中鎵的沉淀 。圖3p H 對電解鐵中鐵質(zhì)量分數(shù)和陽極泥中鎵質(zhì)量分數(shù)的影響3.2F e 2+質(zhì)量濃度

7、對含鎵生鐵電解過程的影響電解液中Fe 2+質(zhì)量濃度對含鎵生鐵電解的影響如圖4所示?？梢钥闯?電解鐵中鐵質(zhì)量分數(shù)和陽極泥中鎵質(zhì)量分數(shù)都隨F e 2+質(zhì)量濃度增大先升高后降低。F e 2+質(zhì)量濃度為50g /L 時,電解鐵的純度和鎵在陽極泥中的富集效果都最好。低F e 2+質(zhì)量濃度條件下電解,雖然有利于陽極的溶解,但電解反應(yīng)慢,電流效率低;高F e2+質(zhì)量濃度下電解,有利于生成致密的陰極沉積物,電流密度提高,可防止氫離子放電;但F e2+質(zhì)量濃度過高,電解過程波動較大,較難控制,而且電解液黏度增大,導(dǎo)電性降低,還抑制陽極的溶解。電解液中F e 2+質(zhì)量濃度以50g /L 較為適宜 。圖4F e2+

8、質(zhì)量濃度對電解鐵中鐵質(zhì)量分數(shù)和陽極泥中鎵質(zhì)量分數(shù)的影響3.3電流密度對含鎵生鐵電解過程的影響電流密度對含鎵生鐵電解的影響如圖5所示。低電流密度下,槽電壓較低,低電位析出的雜質(zhì)影響電解鐵的純度;隨電流密度增大,電解鐵純度先升高后降低;高電流密度下,槽電壓升高,析氫現(xiàn)象出現(xiàn),陰極板上析出的氫氣使電解液渾濁,導(dǎo)致電解液中陽極泥漂浮并附著于陰極板上,使電解鐵純度下降 。圖5電流密度對電解鐵中鐵質(zhì)量分數(shù)和陽極泥中鎵質(zhì)量分數(shù)的影響電流密度較低時,電解液成分趨于穩(wěn)定,電解過程緩慢,陽極泥沉降穩(wěn)定,鎵以G a (O H 3固相沉降于陽極泥中;隨電流密度增大,陽極泥中鎵富集程度下降并趨于平穩(wěn);但當(dāng)電流密度升高至

9、250A /m 2時,陽極板溶解速度加快,鐵以F e2+形式在陰極析出,G a 3+一部分以G a (O H 3固相形式沉降于陽極泥中,一部分隨F e2+在陰極析出,導(dǎo)致電解鐵中含有少量鎵,陽極泥中鎵含量降低。3.4N H 4C l 質(zhì)量濃度對含鎵生鐵電解過程的影響NH 4Cl 在電解過程中對兩極起到去極化作用,且NH 4C l 的溶解度較大,有助于提高電解液的導(dǎo)電性。從圖6看出,NH 4C l 質(zhì)量濃度超過100g /L 后,鎵在陽極泥中的富集減少。NH 4C l質(zhì)量濃度以100g /L 為宜。·752·濕法冶金2013年8 月圖6電流密度對電解鐵中鐵質(zhì)量分數(shù)和陽極泥中鎵

10、質(zhì)量分數(shù)的影響3.5同心極距對含鎵生鐵電解過程的影響同心極距與電解鐵的產(chǎn)量密切相關(guān)。試驗結(jié)果表明,在不影響電解鐵質(zhì)量、不增大電耗、不影響F e 、G a 分離效果、保證不發(fā)生短路情況下,同極距減小、電流密度提高都有利于降低電耗和提高產(chǎn)能。3.6穩(wěn)定性試驗根據(jù)正交試驗確定的最佳工藝參數(shù)進行穩(wěn)定性試驗,所得電解鐵的主要化學(xué)成分見表1,陽極泥的主要化學(xué)成分見表2。表1電解鐵的主要化學(xué)組成%F e G a C S i P S C r 99.399.50.0040.050.0930.0150.050.06表2陽極泥的主要化學(xué)組成%F e G a C r T i O 2V 2O 5M n O40550.3

11、00.342.984.041.42.31.83.10.570.94從表1、2看出:最佳條件下,電解鐵粉中鐵質(zhì)量分數(shù)在99.3%以上,陽極泥中鎵質(zhì)量分數(shù)在0.33%以上;陽極泥中鎵富集了35倍,從提釩尾渣到含鎵陽極泥,鎵回收率在85%以上。4結(jié)論對含鎵生鐵進行電解可有效分離鎵、鐵,適宜的電解參數(shù)為:電流密度200A /m 2,F e 2+質(zhì)量濃度50g /L ,電解液p H=4,N H 4Cl 質(zhì)量濃度100g /L ,極距610c m 。適宜條件下,可獲得99.3%以上純度的電解鐵,鎵質(zhì)量分數(shù)0.30%以上的陽極泥。從提釩尾渣中以電解法回收電解鐵粉并富集鎵于陽極泥中在技術(shù)上是可行的。參考文獻:

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14、x p e r i m e n t a l S t u d y o n R e c o v e r i n g G a l l i u m a n d I r o n F r o m G a l l i u m -c o n t a i n i n g P i g I r o n b y E l e c t r o l y s i s H O U J i n g 1,2,Y A N G S h a o -l i 1,2,WU E n -h u i 1,2,L I J u n 1,2(1.P a n z h i h u a U n i v e r s i t y ,P a n z h i h u

15、 a 617000,C h i n a ;2.S i c h u a n T e c h n o l o g y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r fo r V a n a d i u m &T i t a n i u m M a t e r i a l s ,S i c h u a n P r o v i n c e K e y L a b o r a t o r y o f V a n a d i u m &T i t a n i u m R e s o u r c e C o m pr e h e n s

16、i v e U t i l i z a t i o n ,P a n z h i h u a 617000,C h i n a A b s t r a c t :R e c o v e r y o f g a l l i u m a n d i r o n f r o m g a l l i u m -c o n t a i n i n g p i g i r o n o b t a i n e d b y e l e c t r i c a r c f u r n a c e s m e l t i n g o f v a n a d i u m -e x t r a c t i o n t

17、 a i l i n g s h a s b e e n s t u d i e d i n c h l o r i n e s a l t e l e c t r o l y t e s y s t e m.T h e e f f e c t o f F e 2+c o n c e n t r a t i o n ,c u r r e n tde n s i t y ,NH 4C l c o n c e n t r a t i o n a n d e l e c t r o l y t e p H o n g a l l i u m r e c o v e r y w e r e e x a m i n e d .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t u n d e r t h ef o l l o w i nge x p e r i m e n t a l c o n d i t i o n s of c u r r e n t d e n s i t y o f 200A /m 2,F e 2+c o n c e n t r a t i o n o f 50g /L ,e l e c t r o l y t e p H o f 4a n d N H 4C l c o n c e n t r a t i o n o f 100g