湿法炼锌过程中,采用赤铁矿法沉铁的方式实现锌、铁分离产出的沉铁渣具有渣量小,渣含铁量高,热力学性质稳定等特点,因而备受湿法炼锌企业的关注。赤铁矿法沉铁渣中主要含铁物相为氧化铁,并且含铁量达55%~65%,可用做水泥原料、颜料以及炼钢的原料进行沉铁渣的综合回收利用。但沉铁渣中吸附性盐类以及铁矾、碱式硫酸铁等杂质限制了沉铁渣的应用。针对赤铁矿法沉铁渣中存在杂质,影响其回收利用的问题,本论文以湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣为研究对象,提出了一种常压酸洗与高温水热联合的方法,实现沉铁渣表面吸附性盐类的脱除,以及杂质铁物相的分解与转化的同时,将沉铁渣制备成为高附加值的氧化铁红颜料,为氧化铁系颜料的制备提供一种新方法。开展的主要研究工作及成果如下:(1)从热力学角度研究了高温水热反应条件下杂质含铁物相,如铁矾、碱式硫酸铁发生分解和转化反应的可行性。热力学计算结果表明:在温度为180~260℃条件下,铁矾分解反应、氧化铁与硫酸溶解反应(35)rG_T^θ值为负,反应可自发进行;反应体系中三价铁离子通过水解反应转变为氧化铁的反应(35)rG_T^θ值为正,反应不能自发进行,该反应为吸热反应,温度升高,对水解反应正向进行有利,但在外界高温、高压等条件推动下,三价铁离子水解反应可以进行,且经实验证明,随着反应时间的延长,有利于增加水解反应的沉铁率。氧化铁与硫酸分解反应的(35)rG_T^θ值较小,高温下不易与硫酸发生反应分解,即氧化铁存在一定的高温热稳定性。(2)研究了常压酸洗条件下沉铁渣表面吸附性的盐类ZnSO₄、Fe₂(SO₄)₃在反应温度50~70℃,酸浓度0~15g/L,反应时间4.5h条件下,对赤铁矿沉铁渣表面Zn²⁺、Fe³⁺离子脱附的影响。实验中间过程取样,进行液相中Zn²⁺、Fe³⁺浓度的化学分析检测。实验结果表明:常压段锌离子发生脱附的最佳温度为65℃,硫酸溶液的存在有利于赤铁矿法沉铁渣中锌的脱附,且锌的脱附不随反应时间变化,在对赤铁矿法沉铁渣的酸洗探究过程中渣中锌含量由1.03%降低至0.26%,且在酸洗实验酸浓度变化范围0~15g/L内,溶液中锌离子浓度的波动范围在1.0~1.5g/L之间。酸洗实验结果表明,锌的主要存在形式为吸附性的硫酸盐,并且赤铁矿法沉铁渣表面吸附有三价铁离子,中性水洗条件下生成针铁矿(Fe O(OH))沉淀,为了避免引入新的杂质含铁物相,沉铁渣要在酸浓度为15g/L的酸性条件下进行酸洗可以实现最大程度的吸附性盐类的脱除。(3)针对高压水热反应过程中杂质含铁物相的分解、转化行为,研究了不同水热反应过程的酸度、温度、时间、液固比条件对湿法炼锌赤铁矿法沉铁渣制备氧化铁红品位的影响。研究结果表明:p H值为1,温度220℃,保温时间3h,液固比6:1,搅拌转速400r/min条件下,氧化铁红产品中铁质量分数由58.66%上升为66.83%;主要含铁物相Fe₂O₃中铁含量由55.17%上升至65.35%;硫质量分数由2.96%下降至0.82%;锌质量分数由1.03%下降至0.18%。氧化铁红产品经相关的化学检测,满足国家标准氧化铁红含铁量C级,水溶物和水溶性氯化物及硫酸盐含量Ⅲ型,筛余物2型,105℃挥发物V₂型,来源a型标准,即GB/T1863-C-Ⅲ-2-V₂-a标准。