我國鋁土礦的品位較低，鋁土礦中以含鐵鋁土礦居多，造成工業上制備的硫酸鋁產品中鐵含量偏高[1-2]。由于硫酸鋁產品中的亞鐵離子呈現黃色，使得制備所得的工業硫酸鋁溶液為黃綠色液體，這種帶有顏色的工業硫酸鋁產品遠遠不能滿足如優質造紙、高級織物或對水質要求較高的水處理行業的要求[3-4]，因此人們開始關注研究從工業硫酸鋁溶液中去除鐵離子的方法。然而，由于鋁與鐵的化學性質相似，若使用普通的化學分離方法，分離的難度較大，分離的成本較高，同時造成鋁出現不同程度的損失[5-6]。
因此，尋找一種操作簡便、分離效率高、經濟可行的分離方法成為目前亟需解決的問題。
目前國內外硫酸鋁分離鐵的研究主要集中于以下三種方法：重結晶法、沉淀法、有機萃取法[7]。其中，利用沉淀法去除硫酸鋁中的鐵由于操作簡單、去除效率較高而應用較為廣泛。
沉淀法主要有高錳酸鉀/二氧化錳法、鐵氰化鉀與亞鐵氰化鉀法、黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法及有機絡合法，以下結合目前國內專利申請和論文進行詳細機理分析和進展研究。
1 高錳酸鉀/二氧化錳法[8-10]
1.1 反應機理
高錳酸鉀為強氧化劑，在溶液中起氧化亞鐵離子的作用，反應式如公式\\(1\\)所示：5Fe2++MNO4-+8H+→5Fe3++Mn2++4H2O \\(1\\)反應生成的鐵離子發生水解，生成氫氧化鐵沉淀，反應式如公式\\(2\\)所示：Fe3++3H2OFe\\(OH\\)3↓+3H+\\(2\\)同時，過量的高錳酸鉀與硫酸錳發生反應，生成活性二氧化錳，反應式如公式\\(3\\)所示：+- +++ +
3Mn 2MnO2HO5MnO4H4222\\(3\\)反應生成的活性二氧化錳吸附氫氧化鐵沉淀，生成棕色的共沉淀。此過程促使了鐵離子的水解反應往正反應方向進行，從而使硫酸鋁溶液中的鐵以沉淀形式析出。
1.2 研究進展
林更等人的研究表明，在溫度為 90 ℃、沉淀時間 30 min 時，控制堿式硫酸鋁的濃度為 3.0 g/L，鐵離子與二氧化錳摩爾比為1∶2~1∶4，此時的除鐵效果最佳[11]。
蔡會武等人實驗表明，當溫度為 100 ℃，反應時間為 15 min，pH 為 3.0 時，控制工業硫酸鋁的質量分數為 30 %，可使工業硫酸鋁溶液中的鐵由 4.17 %下降到 0.27 %[12]。
趙春祿等人申請專利“一種在硫酸鋁生產過程中除鐵的方法”，其中在酸浸液中依次加入少量高錳酸鉀和硫酸錳溶液，反應后沉降分離，當原料中的活性 Al2O3≥25 %、Fe2O3≤3.35 %時，經處理的硫酸鋁產品中 Fe2O3≤0.02 %，外觀晶瑩潔白[13]。
高錳酸鉀/活性二氧化錳法的生成工藝較為簡單，投資費用較低，但缺點是反應所需的硫酸鋁濃度較高，必須進行濃縮操作以使硫酸鋁濃度達到反應要求，使操作復雜化，同時，反應過程中會伴隨部分氫氧化鋁的析出，鋁離子的損失較大。
2 鐵氰化鉀與亞鐵氰化鉀法[14]
2.1 反應機理
二價鐵離子與鐵氰化鉀反應生成普魯士藍沉淀，三價鐵離子與亞鐵氰化鉀反應生成滕氏藍沉淀，反應式如公式\\(4\\)、\\(5\\)所示：
Fe2++[Fe\\(CN\\)6]3-+K+→K[Fe\\(CN\\)6Fe]↓ \\(4\\)Fe3++[Fe\\(CN\\)6]4-+K+→K[Fe\\(CN\\)6Fe]↓ \\(5\\)
2.2 研究進展。
梅永進等人研究表明，先采用鐵氰化鉀去除工業硫酸鋁溶液中的亞鐵離子，再用氧化劑如過氧化氫氧化未反應完全的亞鐵離子，采用亞鐵氰化鉀去除工業硫酸鋁溶液中的鐵離子，或用還原劑還原溶液殘留的鐵離子，仍采用鐵氰化鉀去除溶液中存在的亞鐵離子[15]。反應后的沉淀過濾后可獲得鐵含量小于 0.005 %的無鐵硫酸鋁溶液。
鐵氰化鉀與亞鐵氰化鉀法工藝較為簡單，除鐵效果較好，但由于需要過濾沉淀，沉淀顆粒細小，操作難度較大，同時產生的普魯士藍沉淀及滕氏藍沉淀呈藍色，而沉淀難以完全過濾，故過濾不完全會造成高純硫酸鋁產品的二次污染。
3 黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法
3.1 反應機理
由于黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬\\(簡稱黃堿鐵礬\\)在酸性條件下溶解度極小，容易形成晶體，因此可使硫酸鋁溶液中的鐵以黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬形式析出。黃堿鐵礬可看作氫氧化鐵向硫酸鐵轉化的中間產物，若 pH 過高，則易于生成氫氧化鐵，若 pH 過低，則易于生成硫酸鐵，因此酸度的控制尤為重要。反應式如公式\\(6\\)所示：
xFe3++M++ySO42-+\\(3x-2y\\)H2OM·Fex\\(SO4\\)y\\(OH\\)3x-2y↓+\\(3x-2y\\)H+\\(6\\)M·Fex\\(SO4\\)y\\(OH\\)3x-2y
為黃堿鐵礬；M 為鈉離子、鉀離子、銨離子等堿式金屬離子。
3.2 研究進展
于淑秋等人的研究表明，黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法能去除鋁鹽中的鐵雜質，硫酸鋁質量分數為 20 %~30 %，三氧化二鐵質量分數為 5 %~12 %時，反應溫度小于 375 ℃，采用硫酸浸出，并控制最終的酸濃度小于 20 g/L，此條件下，黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法能有效去除鐵離子，最終可以獲得符合工業造紙對硫酸鋁溶液中鐵離子濃度控制要求的硫酸鋁產品，除鐵后，鐵濃度約為 0.5~0.6 g/L[16]。
鄒學功等人對黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法除鐵的動力學和熱力學進行了研究。實驗表明，黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法除鐵的動力學速度與反應溫度、酸度、硫酸鐵的濃度、堿式金屬離子的濃度有關，其中，反應速度的順序為黃鉀鐵礬＞黃銨鐵礬＞黃鈉鐵礬，這是由以上三種物質相同溫度下的溶解度所決定的。黃鉀鐵礬、黃銨鐵礬、黃鈉鐵礬的熱力學勢能均較大，順序為鉀離子＞銨離子＞鈉離子[17]。
翟玉春等人申請專利“一種綜合利用含鋁物料的方法”，其中公開了粗制硫酸鋁銨溶液采用兩種方案處理：方案一為若溶液中鐵濃度高于 1 g/L，先采用黃鐵礬法沉鐵，再采用針鐵礦法深度除鐵；方案二為若溶液中鐵濃度低于 1 g/L，直接采用針鐵礦法沉鐵[18]。
黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法中，黃銨鐵礬法使用最為普遍，黃鉀鐵礬法由于黃鉀鐵礬溶解度最小，因此除鐵效果最佳。此外，黃鉀鐵礬/黃銨鐵礬法需要對酸度進行嚴格控制，對操作性要求較高，且需要采用酸性腐蝕容器及在加壓條件下反應，因此對容器要求較高。
4 有機絡合法[19-22]
4.1 反應機理
有機絡合法主要采用有機絡合沉淀劑與亞鐵離子或鐵離子反應生成溶解度較小的含鐵絡合物，鐵離子因此以沉淀形式析出，從而達到分離鋁離子與鐵離子的目的，獲得低鐵硫酸鋁產品。
4.2 研究進展
張道洪申請專利“一種利用鋁土礦制備無鐵硫酸鋁的方法”，其中利用二硫代氨基甲酸鹽與硫酸鋁溶液中的鐵離子進行固相反應。研究表明，二硫代氨基甲酸鹽反應產生的絡合物沉淀容易沉降且方便過濾，固相反應不帶入水而不降低硫酸鋁的濃度，二硫代氨基甲酸鹽穩定性較好不易分解，可以在較高溫度條件下使用[23]。
劉安昌等人申請專利“一種去除硫酸鋁中鐵離子的方法”，其中將 KOH 溶液加入至少一種二胺基化合物中，冷卻，滴加二硫化碳后，升溫繼續反應，所得沉淀劑加入硫酸鋁溶液中，攪拌，與鐵離子絡合，生成不溶于水的棕黑色有機絡合沉淀物。研究表明，母液濃縮后的固體產品中的含鐵量達到 20~100 ppm。除鐵離子后，硫酸鋁產品質量指標符合 HG-2225-91 優等品標準[24]。
有機絡合法工藝簡單，操作方便，可在室溫下進行，大大節省能耗，但有機絡合劑需自行配制，且制備過程卻較為復雜，同時，固液分離較為困難。
5 結論
化學沉淀法的主要優點在于除鐵效果明顯，除鐵效率較高，且操作簡便，處理成本低，但其一般較為適用于含鐵量較高的粗制硫酸鋁除鐵，而深度除鐵的效果則并不明顯，目前對于深度除鐵更為普遍的是選用有機萃取法，因此對于化學沉淀法的應用有一定的限制。由此可見，各硫酸鋁除鐵方法各有利弊，在實際應用中，技術人員應根據各方法的特點并結合工藝所需進行選擇。
參考文獻：
[1]樂志強．硫酸鋁的開發[J]．無機鹽工業，1992，\\(5\\)：19-23．
[2]何朝暉，易汝平．我國硫酸鋁工業現狀及發展趨勢[J]．無機鹽工業，2001，33\\(1\\)：17-19．
[3]傅宗昌．試論我國硫酸鋁生產現狀與發展[J]．無機鹽工業，1992，\\(2\\)：33-37．
