Separation of Iron from ZnSO₄ solution by oxygen pressure-enhanced hydrothermal precipitation

ABSTRACT

This study presented a method for removing iron (Fe) from zinc (Zn) sulfate solution utilising an oxygen (O₂) pressure-enhanced goethite process. The study investigated the effects of O₂ pressure, reaction temperature (T), pH value, and reaction time (t) on the Fe removal process. The results indicated that the oxidation rate increased with increasing T and O₂ pressure. The goethite obtained at an O₂ partial pressure of 0.2 MPa exhibited higher Fe content and a distinct acicular morphology, containing 55.7% Fe, 5.4% Zn, and 1.9% Sulphur (S). The increase in temperature from 90°C to 110°C accelerated the Fe hydrothermal precipitation, enhancing the Fe content in the goethite from 55.7% to 57.1%. The goethite products with 56.4% Fe content exhibited 95.0% crystallinity at a pH of 3.2, with a tendency for particle aggregation at lower crystallinity levels. The goethite precipitation occurred within the pH range of 2.2−3.5. Furthermore, as the reaction time increased, the hydrothermal precipitation particles increased in size and exhibited higher Fe content. The proposed method modified the O₂ mass transfer process, increasing its solubility to enhance the Fe²⁺ oxidation rate, facilitating the controlled acicular α-FeOOH production with excellent crystallization performance.

Cette étude a présenté une méthode d’élimination du fer (Fe) d’une solution de sulfate de zinc (Zn) en utilisant un procédé de goethite à pression améliorée d’oxygène (O₂). L’étude a investigué les effets de la pression d’O₂, de la température de réaction (T), de la valeur du pH et du temps de réaction (t) sur le procédé d’élimination du Fe. Les résultats ont indiqué que le taux d’oxydation augmentait avec l’augmentation de T et de la pression d’O₂. La goethite obtenue à une pression partielle d’O₂ de 0.2 MPa exhibait une teneur plus élevée en Fe et une morphologie aciculaire distincte, contenant 55.7% de Fe, 5.4% de Zn et 1.9% de soufre (S). L’augmentation de la température de 90°C à 110°C accélérait la précipitation hydrothermale du Fe, rehaussant la teneur en Fe dans la goethite de 55.7% à 57.1%. Les produits de la goethite, avec une teneur en Fe de 56.4%, exhibaient une cristallinité de 95.0% à un pH de 3.2, avec une tendance à l’agrégation des particules à des niveaux de cristallinité inférieurs. La précipitation de la goethite se produisait dans la plage de pH de 2.2 à 3.5. De plus, à mesure que le temps de réaction augmentait, les particules de précipitation hydrothermale augmentaient en taille et exhibaient une teneur en Fe plus élevée. La méthode proposée modifiait le procédé de transfert de masse d’O₂, augmentant sa solubilité pour améliorer le taux d’oxydation de Fe²⁺, facilitant la production contrôlée de FeOOH-α aciculaire avec d’excellentes performances de cristallisation.

KEYWORDS:

• Zinc hydrometallurgy
• goethite
• hydrothermal precipitation
• pressuring-enhanced
• crystallinity

Acknowledgments

The authors are sincerely grateful, and we gratefully acknowledge many helpful comments and suggestions from anonymous reviews.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This work was supported financially by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51964029 and 52164039), Yunnan Major Scientific and Technological Projects (grant number. 202302AG050008).