The effect of ozone on the removal of ferrous iron from zinc sulphate solution by oxidative precipitation

ABSTRACT

Iron is a harmful constituent in zinc hydrometallurgy solution owing to the negative effects on the current efficiency and the quality of cathode zinc, and should be deeply removed before zinc electrowinning. The thermodynamics and kinetics for ozone precipitation of Fe²⁺ from ZnSO₄ solution is presented. In thermodynamics the Gibbs free energy for possible precipitation reactions is calculated, and the potential-pH diagrams for Fe–H₂O and Zn–H₂O systems are presented. The results show that the oxidation of Fe²⁺ using O₃ to form FeOOH at 298∼373 K prevails spontaneously. Meanwhile, the effect of O₃ flow rate (Qozone) on the kinetics of Fe removal and the performance of precipitates is studied. The reaction fits better on the pseudo-first order kinetics and follows a 1.899 order rate with respect to Qozone. The rate constant kobs increases from 0.0084 to 0.045 min⁻¹ with Qozone increasing from 4.08 to 10.3 g/h. The obtained precipitates are comprised of FeOOH and ZnSO₄·H₂O, and have good filterability. Ozonation precipitation can be used as an efficient method for deep removal of Fe.

Le fer est un constituant nocif dans la solution d’hydrométallurgie du zinc en raison des effets négatifs sur l’efficacité du courant et la qualité du zinc cathodique, et devrait être éliminé en profondeur avant l’électro-obtention du zinc. On présente la thermodynamique et la cinétique de la précipitation à l’ozone de Fe²⁺ à partir d’une solution de ZnSO₄. En thermodynamique, on calcule l’énergie libre de Gibbs pour les réactions possibles de précipitation et l’on présente les diagrammes potentiel-pH pour les systèmes de Fe–H₂O et Zn–H₂O. Les résultats montrent que l’oydation de Fe²⁺ en utilisant O₃ pour former FeOOH à 298∼373 K prédomine spontanement. Entre-temps, on étudie l’effet du débit d’O₃ (Q_ozone) sur la cinétique d’élimination de Fe et la performance des précipités. La réaction s’ajuste mieux à la cinétique de pseudo premier ordre et suit une constante de vitesse de 1.899 par rapport à Q_ozone. La constante de vitesse k_obs passe de 0.0084 à 0.045 min⁻¹ avec Q_ozone passant de 4.08 à 10.3 g/h. Les précipités obtenus sont compris de FeOOH et ZnSO₄·H₂O, et ont une bonne filtrabilité. La précipitation par ozonation peut être utilisée comme méthode efficace pour l’élimination en profondeur de Fe.

KEYWORDS:

• Ozonation precipitation
• iron removal
• Zinc hydrometallurgy
• thermodynamics and kinetics
• potential-pH diagram
• akaganeite
• kinetic equation

Disclosure statement

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

Additional information

Funding

This work was supported by the National Natural Science Foundation of China under Grant 52164040; the Natural Science Foundation of Yunnan Province under Grant 202101AT070121; and the Yunnan Talents Plan for Young Top-notch Talents under Grant YNWR-QNBJ-2019-150.