黄铵铁矾结晶过程与成核机理研究

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黄铁矾法是湿法冶炼过程中应用最广的方法之一,黄铁矾法产生的黄铁矾渣具有渣量大、含铁低、难以回收利用和污染环境等缺点。本文以此为研究背景,首先系统的研究了硫酸和盐酸对黄铁矾渣的浸出影响,验证了工业黄铁矾渣难利用。然后对黄铵铁矾的成核过程和结晶过程进行了系统的研究。  系统的考察了反应时间、搅拌速率、酸浓度、温度和液固质量比对黄铁矾渣浸出效果的影响。实验结果表明:在硫酸的最佳浸出工艺条件下,Fe、Zn元素的回收率为80%;在盐酸的最佳浸出工艺条件下,Fe、Zn、Pb三种元素的回收率分别为83%,89%和99%。Fe、Zn元素低的浸出率说明了铁矾渣的难处理。  测定了黄铵铁矾(H3O,NH4)Fe3(SO4)2(OH)6在75、85、95℃下的固液相平衡数据,在热力学平衡数据的基础上,在不同温度和酸浓度(9g/L,10.8g/L和12.6g/L)条件下,对(H3O,NH4)Fe3(SO4)2(OH)6的初级成核进行了系统的研究。依据经典成核理论模型进行计算,得到(H3O,NH4)Fe3(SO4)2(OH)6在75、85、95℃下的界面张力分别为2.21、1.85和1.17 mJ/m2,表面熵因子分别为1.51、1.27和1.17。实验结果和固相的物相分析证实了(H3O,NH4)Fe3(SO4)2(OH)6的生长机理属于连续生长机理。  利用间歇实验,对(H3O,NH4)Fe3(SO4)2(OH)6的结晶过程进行研究,考察了搅拌速率、反应时间、pH值和过饱和度对(H3O,NH4)Fe3(SO4)2(OH)6结晶过程的影响。随着搅拌速率的增加,晶体的平均粒径减小,晶体由球形向多面体转变,晶体表面的粗糙度下降。反应时间的增加,有利于晶体的生长;随着反应时间增加,晶体平均粒径增大,粒度分布变窄。晶体平均粒径随着pH值的增大而增大。过饱和度的增加会导致晶体平均粒径的减小,粒度分布变窄,晶体越来越趋于球形,表面粗糙度增加。
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