赤铁矿炉渣中含有许多有价值的重金属和有毒金属，如果不进行后续处理，不仅浪费资源，还会污染环境。因此，回收赤铁矿渣，通过酸浸、还原、提纯、结晶制备高附加值的绿矾具有重要意义。
明矾是一种重要的化工原料，广泛应用于工农业，目前还有许多新用途。例如作为催化剂、吸附剂等。利用赤铁矿炉渣制备绿矾，不仅解决了赤铁矿炉渣的堆放和污染问题，而且成功利用废渣制备了用途广泛的绿矾，既节约了成本，又达到了废物再利用的目的。
1.研究背景
在处理高铁锌精矿的湿法炼锌过程中，浸出工艺采用热酸浸出工艺时，浸出液中铁含量可达30g/L以上，因此需要进行沉铁。目前沉铁的方法主要有黄钾铁矾法、针铁矿法和赤铁矿法，其中以黄钾铁矾法居多，有20多种，其他仅在少数工厂使用。黄钾铁矾法虽然与其他两种方法相比有很多优点，但稀有贵金属回收率低，生产成本高，渣中铁含量在30%左右，使用不方便，渣量大，渣的贮存性能不好，不利于环境保护。与黄钾铁矾法相比，后两种方法能比黄钾铁矾法更好地回收稀有贵金属，产生的炉渣更有潜力综合回收利用，减少环境污染。目前对沉铁渣的综合利用研究很少，主要是萃取回收镓、铟等有价金属，而对渣中含量最大的铁的综合回收很少考虑。这主要是由于回收成本高，产品附加值低。如果开发一种利用湿法炼锌产生的赤铁矿渣生产高附加值产品的工艺，将对炼锌废渣的回收利用具有十分诱人的前景和重要的意义。利用湿法炼锌赤铁矿渣为原料生产具有重要工业用途的绿矾将是一个很好的选择。如果研究成功，将会带来巨大的社会效益和经济效益。
二。赤铁矿法简介
赤铁矿炉渣是用赤铁矿法处理炼锌炉渣的产物，由日本同和矿业公司于1968-1970年发明，1972年投产。该方法基于在高温(200℃)和高压(18-20kg/cm2)下Fe3+在硫酸锌溶液中沉淀为赤铁矿(γ-Fe2O3)。本质上，锌浸出渣在高压下用电解质浸出，加入SO2作为高价铁还原剂以促进铁的溶解。然后将浸出液用高压水除铁，生成Fe2O3进行分离。特点:原料综合利用，可回收铅、铜、镉等多种有色金属，Fe2O3经焙烧脱硫后可作为炼铁原料；还原渣去除后，SO2转化为H2SO4，不产生硫渣。缺点:需要昂贵钛材料的高温高压设备，投资成本高。
原理:在Fe2O3-SO2的H∶O体系中，当硫酸铁浓度较高，溶液酸度较高时，温度控制在458-473K时，溶液中的Fe3+会水解成黄色的碱式硫酸铁沉淀:Fe2(SO4)3(AQ)+2H2O(AQ)= 2Fe(OH)SO4(S)当溶液酸度较低时，溶液中的Fe3+会水解成红棕色的Fe2O3沉淀:Fe(OH)SO4)3(AQ)+3因此，在高温下(458-473K)溶液酸度不高时，Fe3+主要被Fe2O3水解并混合。
图1-1赤铁矿法沉铁流程图
三、实验过程和技术
该方法主要以赤铁矿渣为原料，通过酸浸、还原、提纯等工艺制备工业上广泛应用的绿矾。实验主要是通过对比总结确定最佳反应条件，从而达到低耗高产的目的。
(1)浸出阶段
不同的金属具有不同的沉淀pH值，因此可以调节溶液的pH值以从溶液中浸出Fe3+。当溶液的pH值低于约5.5时，锌将以Zn2+的形式存在于溶液中。因此，在浸出过程中，由于pH值低，锌和铁会以离子的形式进入溶液；二价铅离子会与硫酸根结合形成硫酸铅沉淀，硫酸铅在酸中的溶解度很低。所以在酸浸阶段，铅基本出去了，锌离子进入溶液，在后续操作中会出去。
1.测试原材料
Fe2O3固含量为99.4%，还原铁粉(Fe含量不低于98.0%)，配制浓度分别为1mol/L、1.5mol/L、2mol/L和2.5mol/L的硫酸溶液。
2.实验过程
称取Fe2O3
根据实验设计，称量质量为16.0克、24.0克、32.0克和40.0克的Fe2O3粉末。具体方法是将天平平稳放置，在载物台托盘上放一个干燥干净的100mL烧杯，注意烧杯边缘不要超过载物台圆盘边缘。添加砝码以平衡天平，并读取烧杯质量为59g。用勺子将Fe2O3粉末慢慢加入烧杯中，直到达到设计方案的质量，然后编号1、2、3、4备用。
测量硫酸溶液
取一个干净干燥的500mL量筒，将玻璃棒靠在墙上，沿着玻璃棒慢慢倒入所需浓度的硫酸溶液。本实验所需浓度为1摩尔/升、1.5摩尔/升、2摩尔/升和2.5摩尔/升硫酸溶液。当液体高度距刻度线2-3毫米时，停止加入，用带橡皮头的滴管滴下，直到液体的凹面水平与刻度线齐平300毫升。
c水浴加热
将水浴加热设备的温度调节到实验方案中设定的温度，将硫酸溶液和称量好的Fe2O3粉末依次加入500mL烧杯中。然后将烧杯放入水浴加热装置中加热并保持恒温80℃。将搅拌桨固定在电极上，然后放入烧杯中，距离杯底约1cm。控制器控制搅拌速度为300转/分钟，反应时间为1小时、1.5小时和2小时。记录每组数据。
3.测试步骤
溶解的目的是使渣中的Fe2O3与硫酸溶液反应生成Fe2(SO4)3，使Fe3+进入溶液。溶解的主要步骤:
①称取一定量的Fe2O3。
②用500mL量筒量取一定浓度的硫酸溶液。
③将硫酸溶液倒入烧杯中，上部放入搅拌桨，旋转搅拌桨使Fe2O3粉末与硫酸溶液充分接触，然后在恒温水浴中不断搅拌溶解。溶解时间根据实验方案确定。
(2)Fe2(SO4)3溶液的纯化阶段
根据赤铁矿渣的成分分析，Fe2(SO4)3溶液净化的主要任务是实现铁、锌、锰、镁、铜热酸浸出过程中与铁一起进入浸出液的杂质金属离子的分离。
净化操作主要分为三步:①添加络合剂:首先向浸出液中添加络合剂，使Zn2+形成络合离子并留在溶液中；(2)铁沉淀:调节pH值进行铁沉淀；③溶解:然后沉淀Fe(OH)3，用硫酸溶解。
Fe2(SO4)3溶液的净化主要是基于Fe3+和其他杂质金属离子的不同沉淀pH值。Fe3+的沉淀pH值小于其他金属离子，因此可以通过调节溶液的pH值来实现Fe3+与大部分杂质金属离子的分离。从而达到净化除杂的目的。该过程的反应是:
Fe3++OH-=Fe(OH)3↓ (2-1)
Al3++OH-=Al(OH)3↓ (2-2)
(3)铁粉的还原和结晶
1.测试原材料
还原铁粉(铁含量不低于98.0%)，配制的Fe2(SO4)3溶液。
2.实验过程
称重还原铁粉
根据实验设计，称量质量为6.4g、9.6g、12.8g和16.0g的还原铁粉。具体方法是将天平平稳放置，在载物台托盘上放一个干燥干净的100mL烧杯，注意烧杯边缘不要超过载物台圆盘边缘。添加砝码以平衡天平，并读取烧杯质量为59g。用勺子将还原铁粉慢慢加入烧杯中，直到达到设计方案的质量，然后编号1、2、3、4备用。
b .加入还原铁粉进行还原反应
将编号为1、2、3和4的铁粉添加到硫酸和Fe2O3的相应反应溶液中。将水浴加热设备的温度调节至实验方案中设定的80℃。将搅拌桨固定在电极上，然后放入烧杯中，距离杯底约1cm。搅拌速度由控制器控制在300转/分钟，反应时间为0.5小时、1小时、1.5小时、2小时、2.5小时和3小时。记录数据。
3.测试步骤
还原的目的是使溶液中的Fe3+与还原铁粉反应生成FeSO4。
溶解的主要步骤:
①称量还原铁粉。
②将还原铁粉缓慢加入溶解部分的反应溶液中，注意正确的对应编号。
③将搅拌桨固定在电极上，然后放入烧杯中，距离杯底约1cm。搅拌速度控制在300r/min，反应时间为上述六组，记录数据。
还原方程式:Fe+Fe2 (SO4) 3 → FeSO4 (2-3)
最后，结晶的目的是进一步去除杂质金属离子，这是利用不同物质的过饱和度和溶液中的不同浓度来实现的。
(4)铁的测定方法
根据化学工业标准Hg/T 2250-91，待制备的试剂为:
1、浓盐酸(37%)；
2.氯化亚锡:称取210克氯化亚锡，溶于40毫升1: 1盐酸中，并稀释至100毫升；用水；
3.氯化汞饱和溶液:将16.97克氯化汞溶解在250毫升水中；
4.0.5%二苯胺磺酸钠:0.25克溶于50毫升水中，加入2-3滴浓硫酸，摇匀；
5.硫磷混酸:在搅拌下将150 ml浓硫酸缓慢加入70Oml蒸馏水中，冷却后加入150ml浓H3 PO4，混匀；
6.K2Cr2O7标准溶液0.2000N:称取9.808gK2Cr2O7:溶于1LH2O中，滴定度:11.16mg(Fe)/ml标准溶液；总铁的测定:取5ml反应浆液于400ml烧杯中，加入5ml浓盐酸，加热，趁热滴加SnCl2溶液，直至黄色刚好消失，然后加入过量的L-2滴，冷却，加入10ml HGC L2溶液，静置一段时间，直至出现白色沉淀(Hg2Cl2)。加入200ml水、20ml硫磷混酸和4-5滴二苯胺磺酸钠，然后用K2Cr2O7标准溶液滴定，直至溶液由绿色变为紫色，记录消耗的体积x ml，使反应浆液中的总铁浓度为2.232 x g/L
Fe2+的测定:取5ml试液，加水至200ml，加入20ml硫磷混酸，加入4-5滴二苯胺磺酸钠。用K2Cr2O7标准溶液滴定，直至溶液由绿色变为紫色。记下消耗的体积x ml，Fe2+的浓度为2.232g/L..
四个总结
本文以湿法炼锌沉铁过程中产生的赤铁矿渣为原料，通过热酸浸出制备Fe2(SO4)3溶液，然后用还原铁粉将Fe3+还原为Fe2+，最后提纯结晶成七水硫酸亚铁，具有较高的利用价值。最佳反应条件为:反应温度80℃，浸出时间2h，硫酸过量系数1.20，还原时间2.5h
通过以上研究，用赤铁矿渣制备绿矾的关键在于:
(1)以赤铁矿渣为原料，热酸浸出过程主要是基于几种金属的电位-pH差异。在酸浸过程中很难将锌与铁分离，因为必须将pH值控制在相对较低的水平，以确保三价铁离子进入溶液。此时锌离子也进入溶液，所以锌无法分离。但铅形成硫酸铅，硫酸铅在酸中的溶解度很小。因此，在酸浸过程中，热力学上应控制pH值在较低水平。
(2)在净化阶段，主要是根据Fe和Zn、Mn、Mg、Cu等的pH值的不同来去除金属化合物。
(3)还原是将Fe3+还原为Fe2+，从而最终制备Fe2+离子。通过饱和度的差异实现结晶，进一步去除杂质金属离子。
