本发明专利技术提供了一种电化学方法，其用于从富铁金属硫酸盐废料中回收金属铁或富铁合金、氧和硫酸。广义来说，该电化学方法包括提供富铁金属硫酸盐溶液；在电解池中电解富铁金属硫酸盐溶液，该电解池包括阴极室、阳极室和允许阴离子通过的隔板，该阴极室装有阴极并包括ｐＨ低于约６．０的阴极电解质，该阴极的氢超电势大于等于铁的氢超电势，该阳极室装有阳极并包括阳极电解质；回收电沉积的铁或富铁合金、硫酸和氧气。电解该富铁金属硫酸盐溶液引起了铁或富铁合金电沉积在阴极上，初生氧气在阳极生成，硫酸积聚在所述阳极室中，并且产生了贫铁溶液。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于从富铁金属硫酸盐废料中回收金属铁、富铁合金、氧和硫酸有用 材料的电化学方法。更具体地，但是不是唯一的，本专利技术涉及用于从富铁金属硫酸盐废料如 绿矾、富铁硫酸盐液体、废硫酸浙滤液、酸洗液或任何其他富铁金属硫酸盐液体或溶液中回 收金属铁或富铁合金、氧和硫酸的电化学方法，其他富铁金属硫酸液体或溶液如在采矿、冶 金、化学品或二氧化钛颜料工业中的附带产生的那些。
技术介绍
在通过硫酸盐方法制造白色二氧化钛颜料的过程中，富钛原料(如，钛铁矿、钛 渣)首先干燥至水含量小于0.1重量％。干燥的原材料然后在球磨中研磨成平均粒径为约 40 μ m。如果使用钛渣，那么借助磁力分离除去微量的游离金属铁，从而防止在后续消化作 用中产生危害性氢气。接着进行批式消化(batch digestion)步骤，其中磨料(ground material)(如钛 铁矿、钛渣或掺合物)与浓硫酸(93-98重量混合。选择酸值(硫酸与原料的质量 比)从而使后续水解步骤中的H2SO4对TW2的最终比例为约1. 8。该反应通常通过注射入 过热蒸汽而引发。初始温度上升至约70°C，这主要是由于硫酸的水合焓。由于硫酸化反应 (sulfatation reaction)本身释放出的焓温度进一步增加至约220°C。混合物仍然保持在 约220°C持续数小时。然后将反应饼溶解在冷水中以避免过早的水解。如果使用的是钛渣，那么根据氧 化还原反应Ti3++Fe3++H20- > Ti02++Fe2++2H+，三价钛阳离子(Ti3+)(由于氧化还原对的负 极标准电势)还原所有的三价铁(Fe3+) 。根据氧化还原反应Fe%)+Fe3+- > 2! 2+,使用钛铁矿时，必须加入 废铁金属(Fe)以还原所有的三价铁阳离子。然后使用旋转真空过滤器通过沉降和过滤来澄清溶液，以除去任何不溶性残余 物。当仅使用钛渣时，澄清的液体含有约200-300g/L的硫酸氧钛(TiOSO4)和约30_50g/L的 总铁。然而，当使用铁钛矿时最多至120-150g/L的总铁存在于该溶液中(接着通过添加废 金属铁还原三价铁阳离子)。将该富铁溶液冷却至使硫酸亚铁(II)七水合物(FeSO4. 7H20) 结晶，其作为矿物天然存在时称为绿矾或水绿矾(melanterite)。剩余的贫溶液含有约170-230g/L Ti02、20_30g/L铁和20- 重量％ H2SO40该水合 钛氧化物(titanium oxyhydrate)通过在95_11(TC水解沉淀，过滤，洗涤，干燥，并掺杂颜 料添加剂，最后在800-1100°C煅烧以制备所需的白色颜料。水解后，废液含有约20重量％ H2SO4 和约 20-30g/L 的铁。当使用钛铁矿作为原料时，作为副产物产生大量的绿矾和富铁硫酸盐液体。这些 副产物经常会包括硫酸亚铁和废硫酸或其组合。如果绿矾晶体的洗涤不完全，则真正的副 产物实际上比这些由废料组成的产物更复杂，该废料基本上是由上述被其他金属硫酸盐污染的盐组成。就绿矾作为处理废水中的絮凝剂或作为水泥中防止与六价氯相关的危害的添加 剂的商业化而言，与受到其铁含量和低市场价值的阻碍相比，其更受到产品体积的阻碍。因 此，从硫酸盐废料中收集铁作为金属并回收硫酸极大地减少了废料处理和其相关的成本。到目前为止，除了使用透析和溶剂提取方法来从酸洗液中回收废硫酸，还没有使 用电化学方法来从在二氧化钛颜料工业中伴随产生的废料中回收金属铁和硫酸两者。在现有技术来看，从十八世纪下半叶开始针对从含铁溶液中电沉积铁金属就已经 完成了大量的工作。事实上，已知了多种用于电镀或电解精炼铁金属的方法。通常，这些方 法的目的是制备高纯度的电解质的铁金属(electrolytic iron metal)和更少程度的纯铁 金属粉末。通常，最常见的电解质是基于氯化亚铁(II) 和硫酸亚铁(II) 或这两者 的混合物。这些已知电化学方法中的大多数最初设计用来在阴极电沉积铁金属，同时阳极反 应通常存在于可溶性阳极的阳极溶解液中，所述可溶性阳极由不纯铁，生铁，软钢制成，是 在由玻璃布或合成织物(如Orion 和Dynel )制成的袋中的呈块体、片状或碎屑形式， 从而保持不溶性的泥浆状。在这个方法中，消耗型阳极的使用确保将二价铁阳离子连续供 应至池中，并避免不期望的阳极反应，如通常发生在硫酸盐电解质中的腐蚀性新生氧的产 生。这些方法均没有提供从富铁金属硫酸盐溶液有效地同时回收铁和硫酸。以电解方 式从含铁的硫酸盐溶液中回收铁金属的唯一尝试是Pyror工艺，进来已经对其进行了总结 。在该方法中，富铁硫酸盐液体在两室电解池中电解，该两室电解池包括钢阴极、铅阳极 和由各种织物材料制成的隔膜。由于二价铁05g/L Fe)在阴极电解质中的浓度低，因此加 入十水合硫酸钠作为支持性电解质以实现最终浓度为约90-100g/L Na2S04。该阳极电解质 由55-60g/L硫酸、55-65g/L硫酸钠和25g/L三价铁组成。该电解在70C至80°C的温度在 250A/m2的低电流密度条件下进行，总槽电压(overall cell voltage)为3. 75V，阴极电流 效率为85%。该方法的主要限制为⑴低的空间时间产率，为o^eokg.nTl·1，因为电流密度 低；(2)不能从阳极电解质回收纯硫酸，因为存在必须被除去的硫酸钠以及由三价铁、铅、 锑和锡造成的污染；和(3)对于铁金属而言高的比能耗，为4. 25kWh/kg，由于上述的升高的 槽电压。根据关于硫酸纯度含量的严格规定，上述缺点妨碍了使用了这种方法用于从伴随 制备二氧化钛颜料的过程产生的富铁硫酸盐废料中回收铁和硫酸有用材料。电解的唯一备 选方案为通过溶剂提取回收硫酸和铁W]。然而，到目前为止，这种方法从来没有达到工业 应用规模，这是因为涉及的有机溶剂的极其昂贵的成本。仍然需要有效和经济的方法用于从富铁金属硫酸盐废料、特别是在肽颜料工业中 伴随产生的那些废料中回收铁金属和硫酸这两种有用材料。本说明书引用了许多文献，它们的内容在此完整地引入本文作为参考。专利技术概述本专利技术在广义上涉及用于从富铁金属硫酸盐(iron-rich metal sulfate)废料中 回收金属铁或富铁合金、氧和硫酸的电化学方法。如所要求保护的广义范围，本专利技术涉及于从富铁金属硫酸盐溶液中回收金属铁或 富铁合金、氧和硫酸的电化学方法，该方法包括提供富铁金属硫酸盐溶液；在电解池中电解所述富铁金属硫酸盐溶液，所述电解池包括阴极室、阳极室和允 许阴离子通过的隔板，所述阴极室装有阴极并包括PH低于约6.0的阴极电解质，所述阴极 的氢超电势大于等于铁的氢超电势，所述阳极室装有阳极并包括阳极电解质；以及回收电沉积的铁或富铁合金、硫酸和氧气；其中，电解所述富铁金属硫酸盐溶液引起了铁或富铁合金电沉积在阴极上，初生 氧气在阳极生成，硫酸积聚在所述阳极室中，并且产生了贫铁溶液。在本专利技术的一个实施方式中，提供富铁金属硫酸盐溶液的步骤包括浙滤(leach) 富铁原料。在本专利技术的另一个实施方式中，提供富铁金属硫酸盐溶液的步骤将绿矾溶解进 入酸化的水中。在本专利技术的又一个实施方式中，富铁原料选自在制造二氧化钛颜料期间伴 随产生的绿矾和硫酸铁、本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电化学方法，其用于从富铁金属硫酸盐溶液中回收金属铁或富铁合金、氧和硫酸，所述方法包括： ａ）提供富铁金属硫酸盐溶液； ｂ）在电解池中电解所述富铁金属硫酸盐溶液，所述电解池包括阴极室、阳极室和允许阴离子通过的隔板，所述阴极室装有阴极并包括ｐＨ低于约６．０的阴极电解质，所述阴极的氢超电势大于等于铁的氢超电势，所述阳极室装有阳极并包括阳极电解质；以及 ｃ）回收电沉积的铁或富铁合金、硫酸和氧气； 其中： 电解所述富铁金属硫酸盐溶液引起铁或富铁合金电沉积在阴极上，初生氧气在阳极生成，硫酸积聚在所述阳极室中，并且产生了贫铁溶液。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：弗朗索瓦·卡达雷利，
申请(专利权)人：弗朗索瓦·卡达雷利，
类型：发明
国别省市：CA
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。