[发明专利]一种含重金属离子水溶液中铁离子的高纯分离方法

说明书

本发明公开了一种含重金属离子水溶液中铁离子的高纯分离方法，将含重金属离子的水溶液前处理后，收集含有铁离子的沉淀，加硝酸或硫酸溶解，向溶解后的溶液中加入还原剂，经加热密闭反应后，底部生成红色沉淀，沉淀纯度高，溶液中铁残留量小于0.4mg/L，此方法可以将溶液中的铁离子转化为高纯度的赤铁矿晶体，且溶液中呈现优异的重金属离子保留率，反应时间短，分离效率高，操作简单，费用低。

技术领域

本发明涉及环境和冶金领域，主要涉及含重金属离子水溶液中铁离子的高纯分离方法。

背景技术

铁是一种活泼金属离子，是地壳中丰度排第四的元素，在工农业中其用量约占所有金属用量的95％。铁与其他重金属离子(特指比重大于4.5g/cm³的金属)普遍存在共存的现象，多源于铁参与的成矿化学反应，少部分属于铁离子水解对重金属离子的吸附与共沉淀反应。将铁与重金属离子分离，具有明显的优势。如将银制品中微量铁含量降低，可以提高银的品质。又如将重金属废泥中铁去除，可以显著提高重金属的纯度，使危险废物变为宝贵的资源。

铁与重金属离子的共存分为两种形式：含铁的固体和含铁的溶液。对于含铁的固体，其分离纯化的方法，包括以下几类：(1)将铁氧化物转化为磁性物种，再采用磁场分离，或直接使用强磁分离弱磁性的铁氧化物；(2)使用酸溶解含铁的固体，分离其中的离子或铁离子，这与溶液中铁分离的方法相似，在后面叙述。方法(1)的缺陷是铁氧化物表面含有大量配位点，供重金属离子配位并吸附到表面。铁氧化物多带正电荷，易吸附带负电荷的含重金属离子的颗粒。所以，使用方法(1)进行高纯分离铁时，很难去除铁氧化物表面的附着物，分离难度大，条件苛刻。

对于含铁的溶液，其分离纯化方法，包括以下几类：

(1)调节pH值为4，产生铁的氢氧化物沉淀；(2)调节pH值，加入硫化钠，产生硫化物沉淀；(3)加入磷酸盐，生成饱和磷酸铁沉淀；(4)调节pH值，加入草酸，产生草酸铁沉淀；(5)合成特殊结构的萃取剂，将铁从溶液中萃取脱除；(6)通过离子交换树脂，利用树脂表面特殊的官能团螯合作用去除溶液中的铁。

上述方法，从分离原理角度出发，存在如下缺陷：

(1)pH升高后，铁离子水解产生氢氧化铁胶体，其对水中的重金属离子、荷电有机物和胶体具有强的亲和力，能够将其吸附到表面通过生成沉淀或胶体包覆的形式从水中去除，由此会造成重金属离子的保留率下降。(2)添加硫化物、磷酸和草酸，都会与重金属离子结合，产生沉淀，从而形成重金属与铁的共沉淀物质，纯化效率显著下降。(3)使用萃取剂除铁后，会造成低浓度铁(1-10mg/L)的残留，不利于后续其他重金属离子的回收。(4)当溶液中铁离子浓度较低(小于10mg/L)时，受溶液中离子扩散速率影响，离子交换速率缓慢，存在时间长和效率低的问题。

对当前溶液中铁离子去除技术的总结，存在如下特点：

(1)溶液中铁离子浓度较高时，在铁离子沉淀过程中，将会大量捕获溶液中的重金属离子，形成共沉淀，显著降低溶液中待保留的重金属离子含量；(2)溶液中铁离子浓度低时，生成沉淀时候，需要投加大量的促进沉淀生成的试剂，如硫化物，或者是较高的pH值；另外，产生的含铁沉淀中，重金属离子的含量高，导致这部分沉淀中的铁进一步难分离。

与前述方法不同，我们提出了一种含重金属离子的水溶液中铁离子的高纯分离方法。使用本方法，可以将溶液中的铁离子转化为高纯度的赤铁矿晶体，且溶液中呈现了优异的重金属离子保留率。

发明内容

鉴于上述分离技术的不足，本发明的目的，在于提供一种含重金属离子的水溶液中铁离子的高纯分离方法。经本方法处置后，溶液中呈现了超低铁残留量和高金属离子保留率。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种含重金属离子的水溶液中铁离子的高纯分离方法，其包括以下步骤：