DE2835113A1

DE2835113A1 - Verfahren zur gewinnung von zink, kupfer und kadmium im zusammenhang mit der auslaugung von zinkroestgut

Info

Publication number: DE2835113A1
Application number: DE19782835113
Authority: DE
Inventors: Lars-Goeran Bjoerkqvist; Jussi Kalevi Rastas
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1977-08-18
Filing date: 1978-08-10
Publication date: 1979-04-26
Also published as: FI54810B; CA1114175A; FI54810C; US4383979A; IN149077B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Zink, Kupfer und Kadmium aus ihren Ferriten, wobei die Ferrite, um das in ihnen enthaltene Eisen in Jarositform auszufällen, unter atmosphärischen Verhält-

nissen bei 80 - 1o5°C in schwefelsäurehaltiger Lösung (Lauge) unter Beisein von Kalium-, Natrium- oder Ammonium-ionen behandelt werden, zumindest ein Teil des jarosithaltigen Feststoffes vor der Rückleitung der Lösung in die Neutrallaugungsstufe, in die auch Säure und Röstgut eingetragen werden und aus der Zink, Kupfer und Kamium enthaltende Lösung gewonnen wird, von der Lösung getrennt wird, und der in der Neutrallaugungsstufe erhaltene Feststoff der besagten Ferritbehandlungsstufe zugeführt wird.

Von den finnischen Patentanmeldungen 41o/73 und 76o486 her ist ein Zinkröstgut-Auslageverfahren bekannt, das

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sich in eine Neutrallaugungsstufe und eine Behandlungsstufe des ferritischen Feststoffes unterteilt.

Mit der Neutrallaugung wird bezweckt, die Hauptkomponente des Röstgutes - Zinkoxid (ZnO) - möglichst vollständig herauszulaugen und eine Rohlösung - eisenfreie Zinksulfatlösung - zu gewinnen, deren pH-Wert zwischen 4 und 5 liegt.

Bei der Neutrallaugung löst sich neben dem Zinkoxid auch das im Röstgut stets in Mengen von einigen Prozent enthaltene Zinksulfat, während die Ferrite und ungerösteten Sulfide des Röstgutes in ungelöstem Zustand verbleiben. Die bei der Neutrallaugung anfallende Rohlösung enthält neben Zink auch als Verunreinigungen zu betrachtende andere Schwermetalle (Cu, Cd, Co, Ni, ...),

15 die vor der Elektrolysenstufe, in der das Zink

elektrolytisch an der Kathode ausgefällt wird, aus der Lösung entfernt werden müssen.

Der nach erfolgter Neutrallaugung des Röstgutes verbliebene ferritische Feststoff wird gemäß der finnisehen Patentanmeldung 41o/73 einer Behandlungsstufe zugeführt, in welche eine im Verhältnis zum Ferrit passende Menge Elektrolysen-Rücksäure, Schwefelsäure sowie eine geeignete Ammonium-, Natrium- oder Kaliumverbindung - meistens in Sulfatform - eingespeist werden.

In der Ferrit-Behandlungsstufe gehen die Nichteisenmetalle (Zn, Cu, Cd) der Ferrite als Sulfate in Lösung, und das Eisen geht Über die Lösung in den in der gleichen Stufe sich bildenden Jarosit über. Behandlungszeit und Reaktionsbedingungen werden so gewählt, daß am Ende der Stufe der Feststoff praktisch ferritfrei

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und der Eisengehalt der Lösung so gering ist, daß sie direkt in die Neutrallaugungsstufe zurückgeleitet werden kann.

In der Ferrit-Behandlungsstufe findet folgende Gesamtreaktion statt:

(1) 3 ZnO-Fe₃O₃(S) + 6 H₃SO₄(aq) + A₃SO₄(aq) 5

2 A[Fe₃(SO₄J₂(OH)₆] (S) + 3 ZnSO₄(aq) (A = NH₄, Na, K),

die sich aus folgenden Teilreaktionen zusammensetzt:

1o (2) 3 ZnO-Fe₃O₃(S) + 12 H₃SO₄(aq)

3 ZnSO₄(aq) + 3 Fe₂(SO₄)₃(aq) + 12 H₃O(aq) und

(3) 3 Fe₂(SO₄)₃(aq) + A₃SO₄Uq) + 12 H₂0(aq) ?= 2 A [Fe₃(SO₄J₂(OH)₆] (s) + 6 H₃SO₄ (aq).

Bei der Wahl der Reaktionsverhältnisse ist man bestrebt, die Reaktionen (2) und (3) in der gleichen Stufe möglichst weit zu führen, so daß sich die Ferrite praktisch gesehen vollständig auflösen und das auf diese Weise in die Lösung gelangte Eisen nahezu vollständig als Jarosit ausgefällt wird, wobei die bei der Eisenfällung entstehende Schwefelsäure unmittelbar zum Auflösen der Ferrite aufgebraucht wird. Diese Verfahrensweise ist in der finnischen Patentanmeldung 41o/73 niedergelegt.

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Die Geschwindigkeit der Reaktion (2) ist nach unseren Untersuchungen von der Ferritkonzentration des Reaktionsgemisches , der Korngrößenverteilung der Ferrite sowie der Schwefelsäurekonzentration und der Temperatur der Lösung abhängig. Allgemein läßt sich die Geschwindigkeit r_i2j der Reaktion (2) in der Form

(4) r₍₂₎ = d[FeI₍₂₎/dt = f₍₂₎(T, [H₂SO₄], [ZnFe₂O₄J S_irf_±)_f

darstellen, wobei:

T = Temperatur

t β Zeit

[ J *= Konzentration

i = die Kornklasse angebender Index

S₁ = spezifische Oberfläche der Kornklasse i

f₁ « Massenanteil der Kornklasse i

15 Die Lösungsgeschwindigkeit der einzelnen Kornklassen folgt der Formel

(5) dx_±/dt = k( [H₂SO₄] , T). S_io · (1-x_±)^2/3

worin:

X₁ - Lösungsgrad der Kornklasse i k = Reaktionsgeschwindigkeits-Koeffizient

S. « spezifische Oberfläche der Kornklasse i
zum Zeitpunkt t « 0

Aus Gleichtung (5) erhält man:

(6) X₁ - 1-(1-K₁-O³
worin:

(7) K₁ - 1/3/S₁₀".' k( [H₂SO₄], T).

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Unter Berücksichtigung der Ferrit-Korngrößenklassen
und deren Lösungsgrade ergibt sich für den durchschnittlichen Lösungsgrad χ des gesamten ferritischen Materials der Ausdruck:

(8) X-^f₁₀ · X₁ -i*fi_io · [1 - (1-K₁.t)³]

in dem f^ der Massenanteil der Kornklasse i zum Zeitpunkt t = 0 ist.

Die Geschwindigkeit der Reaktion (3) wiederum hängt
nach unseren Untersuchungen von der Eisen(III)-,
Schwefelsäure- und A-Konzentration der Lösung, von der Jarositkonzentration (/AJ/) des Reaktionsgemisches und von der Temperatur ab, d.h. sie kann formell wie folgt dargestellt werden:

(9) r₍₃₎ - -d [Fe] ₍₃₎/dt - f₍₃₎ (T, [Fe], [H₂SO₄], [aj], [a]>.

In der Ferrit-Behandlungsstufe läßt sich die Geschwindigkeit %(2) ^der Reaktion (3) aufgrund von uns angestellter umfangreicher Beobachtungen verhältnismäßig gut durch
die Funktion

(10) r₍₃₎ = -d [Fe]₍₃₎/dt = k(T) [Fe] [H₂SO₄] ^ß [aj]^ ^

wiedergeben, in der die Exponenten SL, ß, ψ und 6 Konstanten sind und der Reaktionsgeschwindigkeits-Koeffizient von der Temperatur abhängig ist.

Wie in der finnischen Patentanmeldung 76o486 dargelegt wurde, war die Feststellung überraschend? daß die Reak tion (3) , das heißt die Fälltangsgeschwindigkeit des

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Eisens (III), in einem weiten Konzentrationsbereich von der Jarositkonzentration des Reaktionsgemisches abhängig ist. In der Gleicheung (1o) hat der Exponent fc*"der Konzentration des A-Jarosits ( A = NH₄, Na, K) ungefähr den Wert 1. Ganz offensichtlich ist in der Reaktion (3) eine ihre Geschwindigkeit wesentlich beeinflussende Stufe enthalten, die auf der Oberfläche des Jarositkristalls stattfindet, wobei durch Vergrößerung der Jarositoberflache die Reaktion (3) beschleunigt wird.

In der finnischen Patentanmeldung 76o486 wurde aufgezeigt, in welcher Weise sich die vorangehend behandelte Beziehung zur Beschleunigung der Reaktion (3) und damit auch der Gesamtreaktion (1) mit dem Endziel, durch Verfahren auf die in den Ansprüchen der besagten Anmeldung aufgezeigte Weise zu einem günstigeren Zinkröstgut-Auslaugeverfahren zu gelangen, ausnutzen läßt.

Aus den Formeln (4) bis (8) ist ersichtlich, daß bei der Reaktion (2) - und damit auch bei der Reaktion (1) - der Teil der Reaktionsgeschwindigkeit, der von der Ferrit-Korngrößenverteilung, genauer gesagt: von den Größen f. und S. abhängig ist, durch das in der finnischen Patentanmeldung 76o486 dargelegte Verfahren nicht beeinflußt werden kann.

Auf die Korngrößenverteilung der Ferrite kann in gewissem Grade durch die Wahl der Röstverhältnisse (-parameter) im verfügbaren Bereich Einfluß genommen werden. Im wesentlichen scheint es sich aber bei den Veränderlichen f. und S. um konzentratspezifische Größen zu handeln, die von der Zusammensetzung und Struktur des Konzentrats bestimmt werden, auf welche über die Röst-

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Verhältnisse - in erster Linie über die Temperatur - in den Grenzen, die unter Berücksichtigung der Röstkapazität gegeben sind, nur sehr beschränkt Einfluß genommen werden kann.

in Tabelle 1 sind die Korngrößenverteilungen einiger ferritischer Feststoffe zusammengestellt. Die Ferrite wurden durch oxidatives Rösten verschiedener Zinkkonzentrate bei 9oo-1ooo°C und selektives Herauslaugen der Oxide aus dem Röstgut unter Verhältnissen (T = 8o C, pH = 1,5 - 2,o), bei denen die Ferrite nicht in Lösung gehen, gewonnen.

Korngrößenverteilungen einiger ferritischer Feststoffe

f,

,um io

15 12 3 4 5

1 -5 o,57o o,419 o,187 o,o38 o,211

2 5-1o o,o35 o,o56 o,215 o,217 o,185

3 1o-2o o,o35 o,o63 o,o83 o,o7o o,238

4 2O-37 o,o63 o,o88 o,2o8 o,313 o,246 5 37-74 o,114 o,1o9 o,147 o,129 o_fo82

6 74-149 o,153 O,148 o,128 o,17o o,o31

7 149- o,o3o o,117 o,o32 o_fo63 o_foo7

In Tabelle 2 sind die S. -Werte der in Tabelle 1 auf-

lo

geführten Ferrite zusammengestellt.

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Tabelle 2.

Die S,- Werte der Ferrite aus Tabelle 1.

i	d	1	2	S_io/m 3	V¹ 4	5
1	,um	7,7	5,7	o,58	2,ο	o,46
2	-5	3,5	2,5	o,44	1,1	o,3o
3	5-1o	2,7	1,6	o,38	o, 76	o,24
4	1o-2o	1,9	o,88	o,33	o,55	o,19
5	2o-37	1,3	o,7o	o,28	o,4o	o,15
6	37-74	o,91	o,37	o,24	o,28	o,12
7	74-149	o,57	o,21	o,19	o,19	o,o9
149-

Wir haben die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten k(/&2^SO4«7, ^T) ^v°n der Schwefelsäurekonzentration und von der Temperatur klargestellt, so daß nun an Hand der Formel (8) der Lösungsgrad χ und die Kornklassen-Lösungsgrade x_i der Ferrite 1-5 für bestimmte Schwefelsäurekonzentrations- und Temperaturwerte der Lösung in Abhängigkeit von der Zeit berechnet werden können.

In Tabelle 3 sind die Größen χ und x. der Ferrite 1-5 in Abhängigkeit von der Veränderlichen t zusammengestellt. Die Schwefelsäurekonzentration und die Temperatur der Lösung betrugen i^SO^ ** ^4o 9/^{1 bzw}* ^{T = 95}°^c· ^{In die} Spalte t · . _ ist die zum vollständigen Auflösen der einzelnen Kornklassen erforderliche Zeit eingetragen.

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	&	Tabelle	3. Die x- ur	-	i	Falle	id χ. -wert	e der ü€	»rrite	ι-D axs j:	; unjttxo]	4.0 h	-	4.0 h	7.0 h	12.0 h	25.Oh	JNO
	to cö		- im		JE₁OO	Ev⁰J =	40g/l	und T	= 95°C.							OO
1	-4 •η.	_d μπι	f.(n)	0.419		^Cxi=1.0			x. /	-						co
	O			0.056	0.811	h	t=0.5 h	1.0 h	2.0 h		1.0				cn
	S 2	-5	0.570	0.063	0.050	0.66	0.985	1.0		1.0	0.970
	to	5-10	0.035	0.088	0.050	1.5	0.711	0.966	1.0	1.0	0,905
		10-20	0.035	0.109	0.089	1.9	0.600	0.894	1.0	0.977	0.640	■ 1..0
		20-37	0.063	0.148		2.7	0.458	0.749	0.982	0.543	0.416	0.989	1.0
		37-74	0.114	0.117		3.8	0.341	0.594	0.889	0.983	0,865	0.999	1.0	1.0
		74-149	0.153			5,6	0.245	0.446	0.734	1.0		1.0	1,0	1.0
	+149	0.030			9.0	0.15.8	0.299	0.531		0.996
	X=V f.·Χ. i=i^{L x}					0.717	0.827	0.931
	χ=_Σ ί.·χ.					0.883	0.971	0.998		7.0 h	12.0 h	25.0 h
	ι=1	f_£(k)
	_d um		^ϋχί=1.0			^xi '
		0.669	h	t=0.5 h	1.0 h	2.0 h
	-5	0.089	0.90	0.913	1.0	1.0	1.0
5-10	0.101	2.0	0.574	0.871	1.0	0.999	1.0
10-20	0.141	3.2	0.403	0.680	0.950	0.879	0.998	1.0
20-37		5.8	0.237	0.434	0.719	0.638	0.870	1.0
37-74		7.4	0^190	0.355	0.614	0.940	0.984	1.0
74-149		14	0.104	0.201	0.373
+ 149		24	0.060	0.118	0.227	1.0	1.0	1.0
X=V f.·Χ. T-i¹ ^x			0.504	0.631	0.747
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X=V f.-X.			0.736	0.876	0.955
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Bei Betrachtung der Tabellen 1 bis 3 erkennt man als Ergebnisse unserer Untersuchungen:

1. Die Zinkröstgut-Ferrite sind im allgemeinen feinkörnig, wobei der Hauptteil der Masse der einzelnen Ferrite in die Korngrößenklassen 1-4 (o-37 ,um), bei einzelnen Ferriten sogar in die Klassen 1-3 (o-2o ,um) fällt.

2. Die spezifischen Oberflächen S_iQ der gleichen Korngrößenklassen sind von Ferrit zu Ferrit in beträchtlichem Maße verschieden, d.h. Porösität und Kornform der einzelnen Ferrite weichen beträchtlich voneinander ab.

3. Das Auflösen der gröberen Kornklassen ( i = 5-7 oder 4-7) der Ferrite, deren gemeinsamer Massenanteil im allgemeinen zwischen o,2 und o,4 liegt, erfordert deutlich eine längere Zeit als für den feinkörnigen Hauptteil der Ferrite notwendig wäre. Das völlige Auflösen der gröberen Bestandteile der Ferrite setzt somit eine lange Verweilzeit voraus, deren Verwirklichung verhältnismäßig viel Reaktorraum erfordert, obgleich der feinkörnige Hauptteil des Ferrits bereits am vorderen Keil der Reaktor-Reihe in Lösung gegangen ist.

Nach vorliegender Erfindung hat sich, nun ergeben, daß es vorteilhaft ist, den aus der Neutrallaugung(sstufe) abgehenden ferritischen Feststoff in zwei Teile zu klassieren und den feinkörnigen - im allgemeinen überwiegenden - Teil direkt der Ferritbehandlungsstufe zuzuführen, während der gröbere Teil über eine Zwischenbehandlungsstufe

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in den Prozeß zurückgeleitet wird« Die Zwischenbehandlungsstufe kann zum Beispiel in einer geeigneten Ferrit-Zerkleinerungsstufe bestehen ο Besonders vorteilhaft kann sich eine Zwischenbehandlungsstufe gestalten, die aus einem der Ferritbehandlungsstufe vorgeschalteten Fließbettr©aktorsyst©m besteht, in dem der Fließbett möglicherweise gemischt wird, durch welches die in die Ferritbehandlungsstufe einzuspeisende Rück- und Schx^efelsäurelösung zu einem Teil oder in ihrer Gesamtheit geschleust wird= Durch passende Formgebung der Reaktoren und Einstellung der Mischungs- und Lösungsfließgeschwindigkeit sowie der Temperatur wird dabei erreicht, daß die durch Hydrozyklonscheidung sortierten groben Ferrite im Reaktorsystem verbleiben und sich auflösen bis sie eine so geringe Größe erreicht haben, daß sie vom Lösungsstrom in di© Ferritbehandlungsstufe weitertransportiert werden. Die passende Temperatur des Reaktorsystems liegt zwischen 7o°C und 1oo°C. Das sich in den Reaktoren ansammelnde grob© Inertmaterial wird durch kurzzeitige Lös/ngsstromimpuise oder auf irgendeine andere geeignete Weise aus dem Reaktorsystem entfernt.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben; in den 2eichnungen sind drei verschiedene Methoden zur Anwendung der vorliegenden Erfindung auf das Zinkröstgut-Laugungs=

system dargestellt»

Die aus der Neutrallaugung(sstufe) koiraaende Aufschwemmung wird in einen Hydrozyklon geleitet, wobei durch Wahl eines passenden Apparates dafür gesorgt werden kann, daß gieh die Trennung d@s ferritischen Feststoffes in eine in den Durchgang übergehende feine Fraktion

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und eine in den Rückstand übergehende grobe Fraktion beliebig einstellen läßt. Der Durchgang (feine Fraktion) wird einem Eindicker zugeführt? die aus diesem abgehende grobe Fraktion beliebig einstellen läßt. Der Durchgang (feine Fraktion) wird einem Eindicker zugeführt? die aus diesem abgehende flüssige Fraktion die Rohlösung - wird der Reinigung zugeführt, während der Rückstand in die Ferritbehandlungsstufe geleitet wird. Der im Zyklon anfallende Rückstand (grobe Fraktion) durchläuft eine Zwischenbehandlungsstufe, in der die groben Ferrite entweder durch Auflösen oder durch Mahlen in genügend kleine Korngröße überftthrt werden. Bei der in Fig. 1 aufgezeigten technischen Lösung wird die grobe Fraktion des Hydrozyklons 3 in ein Fliessbettreaktorsystem 4 geleitet, durch das auch die der Ferritbehandlungsstufe zuzuführende Rück- und Schwefelsäurelösung entweder zu einem Teil oder in ihrer Gesamtheit geschleust wird. Die im Reaktorsystem 4 anfallende feine Fraktion, welche auch die durch Lösen auf genügend kleine Korngröße gebrachten Ferrite enthält, wird der Ferritbehandlungsstufe 2 zugeführt, in welche auch die im Hydrozyklon 3 abgetrennten - und im Eindicker abgesetzten -, den Großteil ausmachenden feinkörnigen Ferrite gelangen. Gegebenenfalls kann die mit der groben Fraktion des Zyklons 3 abgehende grobe Oxidphase vor dem Reaktorsystem 4 gelaugt (aufgelöst?) und der nach der Trennung oxidfreie Feststoff der Stufe 4 zugeführt werden, während die Lösung in die Neutrallaugung(sstufe) gelangt. In Fig. 2 wird das aus der Mahlvorrichtung abgehende Material der Neutrallaugung(sstufe) und der Ferritbehandlungsstufe zugeführt. Die in diese Stufen geleiteten Stoffströme sind in weiten Grenzer variierbar, so daß im Extremfall das gesamte Mahlgut entweder der ersteren oder der letzteren Stufe zugeführt werden kann.

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In Fig. 3 wird das aus der Mühle 6 abgehende Material in einen Hydrozyklon 3a geleitet, dessen feine Fraktion in die Ferritbehandlungsstufe φ und dessen grobe Fraktion in die Neutrallaugung(sstufe)£ gelangt.

Vom Hydrozyklon-Grobgutraum besteht ferner eine Verbindung zur Ferritbehandlungsstufe ^, so daß die Möglichkeit besteht, den sich im Kreis(lauf) 1-3-6-3a eventuell nach und nach ansammelnden inerten gröberen Feststoff abzuführen. Auch kann ein Teil des in den Prozeß zurückzuleitenden Jarosits durch die Mahlvorrichtung geschickt werden, wobei die Oberfläche des die Mahlstufe durchlaufenden Jarosits eine Vergrößerung erfährt. In die Stufe 2 eingetragen bewirkt dieser Jarosit dann eine verhältnismäßig stärkere Beschleunigung der Reak-

15 tion (3) als der nichtzerkleinerte Jarosit.

Die Bezugszahlen und -buchstaben in den Zeichnungen haben folgende Bedeutungen:

1 Neutrallaugungsstufe

2 Ferritbehandlungsstufe 2o 3 rß& Hydrozyklon

4 Fliessbettreaktor-System

5 /»β Eindicker

6 Mahlvorrichtung

P Röstgut

25 H Rücksäure

RL Rohlösung

F ferritischer Feststoff

J Eisenschlamm (Jarositschlamm)

R Schwefelsäure + Ammonium-, Natrium- oder Kaliumsulfat

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PL Rücklösung (-lauge) der Behandlungsstufe

J¹ der in die Ferritbehandlungsstufe surückzuleitende Teil des Jarositschlammes

J" der in die Neutrallaugungsstufe einzutragende und über dieses in die Ferritbehandlungsstufe zurückkehrende Teil des Jarositschlairanes

Vor Behandlung der Anwendungsbeispiele sei auf Tabelle verwiesen, in der in der Zeile κ - « f.·χ₄ der Gesamt-

¹⁼ k

lösungsgrad des Ferrites und in der Zeile κ {i=l-k) - g

^fi*^xi ^^{er Lös}^ngsgrad des Ferrites in dem Falle, in dem der Ferrit nur die Kornklassen i = 1-k enthält, angegeben ist.

Die Ferritbehandlungsstufe wird von einem Reihenreaktor gebildet, wobei in den einzelnen Reaktoren S%tionärzustand herrscht und die Reaktionen (2) und (3) in ihnen mit konstanten Geschwindigkeiten ablaufen. Ist die Ferrit-Eintragungsgeschwindigkeit m„ festgelegt, so sind der Rücksäureeintrag y.V„ in die Stufe 2 und die

ii

in den Schemen der Figuren 1 und 2 durch R bezeichneten Einträge A(H₂SO-) und A(A₃SO-) durch die Gesamtreaktion (1) (Reaktionen (2) und (3)) und die an das Laugungssystem gestellten Bedingungen exakt bestimmt. Mit dem ferritischen Feststoff gelangt sine geringe Menge Rohlösung in die Stufe 2, und über die Neutrallaugung(sstufe) wird Jarosit A(J") eingeschleust. Außerdem wird in die Stufe 2 direkt eine bestimmte Menge Jarosit A(J') eingetragen .

Die Länge der für die Stufe 2 erforderlichen Reaktorreihe wird durch die die Geschwindigkeit der Reaktion (1) (Reaktionen (2) und (3)) beeinflussenden Faktoren

909817/060S

- 2ο -

835113

sowie den von der Stufe su erfüllenden Bedingungen sowie von der in der Stufe 2 zu verwendenden Reaktor-

verteilung oder Reaktionszeitverteilung t.., t-,.«.,

bestimmt, wobei

die Verweilzeit der Reaktions-

supsension im Reaktor i des Reihenrealetors der Stufe 2

ist.

Beispiel 1

Das Schaltbild des Laugungssystems ist in Fig. 1 darge= stellt. Die Zinkröstgut-Analyse bezüglich der hier
aktuellen Komponenten ist nachstehend aufgeführt. Außerdem sind die Zinkkomponentisngehaite und die Verteilung des Zinkes auf die Zinkkomponenten des Röstgutes ange=

Röstgut-

Aaalyse

Zinkkomponenten
des Röstgutes

Verteilung des Zinkes auf die einzelnen Zinkkomponenten des Röstgutes

Zn

Fe

⁸SO^ Cu

Cd

56,6

ZnO

57,4

12,4	ZnSO^	7	,8
o,2	ZnFe_O„	26	,6
1,4	ZnS	O
1,13
o,26

81,4

5,1 12,8

o,7

Das aus der Neutrallaugung(sstufe) dem Hydrozyklon 3

zugeführt© Ferrit hatte folgende Korngrößenverteilungs

909817/0609

i	d/ ,um	^fio
1	-5	0,066
2	5-1o	o,133
3	1o-2o	o,135
4	2O-37	o,256
5	37-74	o,2o1
6	74-149	o,156
7	149-	o,o53

Der ferritische Feststoff der Feinfraktion aus dem Hydrozyklon 3 hatte folgende Korngrößenverteilung:

Siebmaschenweite Siebdurchgang

,um %

53 99,7

37 98,9

2o 59,5

1o 35,7

5 12,ο

Die Grobfraktion aus dem Hydrozyklon hatte einen Feststoff gehalt von 82o g/l; die Ferrit-Korngrößenverteilung war folgende:

Siebmaschenweite Siebdurchgang

.um %

425 97,ο

425 97,9

149 88,4

74 54,1

53 29,9

37 11,3

3o 2,3

909817/0 809

Die Suspension im Fließbett-Lösereaktor hatte eine Temperatur von etwa 9o C. Der mit der Feinfraktion aus dem Reaktor abgehende Feststoff hatte eine durchschnittliche Korngröße von etwa 2o ,um; sein gesichtsmäßiger Anteil am in den Reaktor eingetragenen Ferrit betrug ca. 2o %.

Aus dem Fliessbett-Lösereaktor wurde der inerte Feststoff - in der Hauptsache Bleisulfat - entfernt; sein Gewichtsanteil am eingetragenen Ferrit betrug ca. 6 %.

Die der Stufe 2 zugeführten vereinigten Ferrite der Feinfraktion des Fliessbett-Lösereaktors 4 und der Grobfraktion des Eindickers 5 hatten folgende Korngrößenverteilung und spezifische Oberfläche:

i	d/ ,um	^fio	S_io/m²/g
1	-5	o,1o3	1,2
2	5-1o	o,2o5	o,68
3	1o-2o	o,289	o_f47
4	2O-37	o_f394	o,34
5	37-	o,oo9	o,26

Die Ferritbehandlungsstufe setzte sich aus einem 13-tei-2o ligen Reihenreaktor zusammen; die Verweilzeit betrug in den ersten beiden Teilen je o,5 h, in den restlichen Teilen je 1 h, insgesamt also 12 h.

Die Ergebnisse des Versuchs wurden auf den Röstguteintrag m = 1 t/h bezogen berechnet.

Ausgedrückt mit den oben eingeführten Zeichen waren

die den Ablauf (das Verhalten?) des Laugungsprozesses charakterisierenden Größen folgende:

9 0 9817/0609

Schwefelsäurekonzentration der Rücksäure

Gesamteintrag an Rücksäure

Eintrag von Rücksäure in die Stufe 2

Jarosit-Eintrag in die Stufe 2 t^H2^SO4]

J.

= 185 g/l =4,52 m³/h =1,78 m³/h = 5oo kg/h

In der Stufe 2 herrschte eine Temperatur von 95 C? die Konzentrationen in den einzelnen Reaktorteilen waren folgende:

Reaktor-Teil

o,5
o,5
1,o
1,o
1,o
1,o
1,o
1,o
1,o
1,o
1,o
1,o

o,5
1,o
2,o
3,ο
4,ο
5,ο
6,ο
7,o
8,ο
9,ο
1o,o
11,ο

35,8 35,8 34,8 32,6 3o,1 27,6 25,2 23,1 21,2 19,4 17,8 16,2

g/i

39,4 33,4 27,3 25,3 24,8 25,1 25,5 26,2 26,8 27,6 27,6 28,4

21o 22o 236 252 267 281 294 3o6 316 325 333 34o

1,o 12,ο 14,9 3o,5 9,6 9,2 8,4 7,6 6,9 6,2 5,6 5,1 4,6 4,2 3,8 3,5 3,2

o,456 o_y522 O,6o9 o,674 o,728 o,774 ö,814 O,849 o,879 o,9o5 o,926 o,945 0,959

o,o55 o,175 o,227 o,335 o,437 o,532 o,618 o,694 o,761 o,821 o,875 o,922 o,964

Die £*- und S.-Werte der Ferrite im letzten Reaktor-Teil betrugen nach Kornklassen aufgeschlüsselt:

909817/0609

Reaktor-Teil

Kornklasse

	,147	2 . m /g	5
O	,818	0	67
O	,035	0	41
O	1,
O	0,
O	0,

Die Gesamtiaugungsaasbeute aa Sink betrug bei diesem Prozess 98,8 %»

Bei Durchführung des Verfahrens ohne die Stufen 3 und

lauteten die vom Obigen abweichenden Verfahrensgrößen:

=4,44 m³/h

1,64 m³/h

Reaktor-Teil	h o,5	h o,5	[FeI I	>2^SO4¹	[HaJl	9,9	o,2o6
	o,5	1,o	25,8	g/i 69,4	182	9,7	o,322
1	1,o	2,ο	3o,4	5o,o	187	9,2	o,44o
2	1fO	3,ο	33,1	34,ο	198	8,5	o,515
3	1,o	4,0	32,5	27,8	211	7,8	o,573
4	1,o	5,O	3o,7	25,4	226	7,2	o,62o
5	1#o	6,ο	28,5	24,7	24o	6,6	o,661
6	1,o	7,ο	26,3	24,5	252	6 ,o	o,698
7	1,o	8,ο	24,3	24,6	264	5,5	o,732
8	1,o	9,ο	22,2	25,ο	276	5,ο	o,762
9	1,o	1o,o	2o,4	25,2	286	4,6	o,79o
1o	1,o	11,ο	18,8	25,5	295	4,2	o,813
11	1fO	12,ο	17,3	25,8	3o3	3,8	o,835
12			15,9	26,1	31o
13

o„oo1 o,o41 o,111 O,196 o„287 o,373 o,455 ο,53ο ο,6θ1 ο,663 ο,72ο ο,772 ο,819

909817/0603

Die f^- und S^Werte der Ferrite beim Eintrag und im letzten Reaktor-Teil lauteten für die einzelnen Kornklassen:

Kornklasse Eintrag Reaktor-Teil 13 ^{1 f}io _!i£_ f_± S₁

»²" m²/g

1 O,o66 1,2 0 0

2 o,133 o,68 O O

3 o,135 o,47 o,o18 o,7

4 o,256 o,34 o,173 o,71

5 o,2o1 o,26 o,274 o,42

6 o,156 o,18 o,356 o,25

7 o,o53 o,12 o,179 o,14

Die Gesamtlaugungsausbeute an Zink betrug bei diesem Prozeß 97,2 %.

Durch Einschaltung der Sufen 3 und 4 in den Laugungsprozeß wurde die Gesamtlaugungsausbeute an Zink um 1,6 Prozentpunkte erhöht.

Die im Beispiel verwendeten Zeichen n„ und n„ bezeich-

^n te

nen entsprechend den Vorangeschrittenheitsgrad der Reaktion (2) und der Gesamtreaktion ( ).

Beispiel 2

Schaltbild des Laugungssystems wie in Fig. 2, wo der Austrag der Mahlvorrichtung in seiner Gesamtheit in die Stufe 2 wandert.

909817/06 0 9

- 26 -

Die Zinkröstgut-Analyse bezüglich der hier zu erörternden Komponenten ist nachstehend aufgeführt. Außerdem sind die Zinkkomponentengehalte und die Zinkverteilung auf die einzelnen Zinkkomponenten des Röstgutes aufgeführt.

	Röstgut- Analyse	Z i nkkomponenten des Röstgutes	Verteilung des Zinkes auf die einzelnen Zink komponenten des Röstgutes/%
Zn	58,3	ZnO 59,9	82,5
Fe	12,2	ZnSO₄ 6,6	4,5
^Ss	o,2	ZnFe₃O₄ 26,3	12,3
^sso₄	o,94	25 0,6*	4 7
Cd	o,21

Der aus der Neutrallaugung(sstufe) dem Hydrozyklon 3 zugeführte ferritische Feststoff hatte folgende Korngrößenverteilung:

i	d/ ,um	^fio
1	-5	o,o38
2	5-I0	o,217
3	I0-20	o,o7o
4	2O-37	o,313
5	37-74	o,129
6	74-149	o,17o
7	149-	o,o63

909817/0 6 09

Der Feststoffgehalt der Grobfraktion aus dem Hydrozyklon betrug 85o g/l; die Korngrößenverteilung lautete:

Slebmaschelnwei te S^iebdurchgang .um %

425 95,1

149 84,7

74 49,2

53 34,8

37 · 21,1

2o 9,8

Der aus der Mahlvorrichtung β in die Stufe 2 zu leitende Feststoff hatte nach einer Mahldauer von 3o min folgende Korngrößenverteilung:

Siebmaschenweite	Siebdurchgang
.um	%
425	1oo
149	99,2
74	96,9
53	72,6
37	58,9
2o	27,3

Der Feststoff der Feinfraktion aus dem Hydrozyklon hatte folgende Korngrößenverteilung:

Siebmaschenweite Siebdj5r^.ncj^a.nc[ .um %

53 1oo

37 99,9

2o 5o,9

1o 39,9 5 5,9

909817/0609

Die der Stufe 2 zugeführten vereinigten Feststoffe aus der Mahlvorrichtung 6 und dem Eindicker 5 hatten folgende Korngrößenverteilung und spezifische Oberfläche:

2 -1

i	d/ ,um	^fio	ο /ϊιι Ci
1	-5	o,169	2,ο
2	5-1o	o,334	1,1
3	1o-2o	o,121	ο,76
4	2O-37	o,362	ο,55
5	37-74	o,o11	o,4o
6	74-149	o,oo3	o,28

Die Ferritbehandlungsstufe setzte sich aus einem 4-teiligen Reihenreaktor zusammen; die Verweilzeiten betrugen 1,1,2 und 4 h, die Gesamtverweilseit betrug somit 8 h.

Die Ergebnisse des Versuchs wurden auf den Röstguteintrag A=I t/h bezogen berechnet»

Ausgedrückt mit den oben eingeführten Zeichen waren die den Ablauf (das Verhalten?) des Laugungsprozesses charakterisierenden Größen folgendes

Schwefelsäurekonzentration r_n „_n ι ,„ ,, der Rücksäure L^H2^SO4i ^{= 18}° ^g/1

Gesamteintrag an Rücksäure	^VH	- 4,8o	m³/h
Eintrag von Rücksäure in die Stufe 2	y.v_h	= 1,9o	m³/h
Jarosit-Eintrag (J¹) in die Stufe 2		= 285	kg/h

Die Temperatur in der Stufe 2 betrug 95 C; die Konzentrationen in den einzelnen Reaktor-Teilen waren folgendes

909817/0609

Reaktor-Teil	1	tj	h	1	[FeI	[H₂SO₄]	[^NaJl	[Na]	ⁿZn	ⁿFe
j	2	h~	2		g/i
	3	1	4	32,7	41,2	134	1o,8	o,464	o, 1o6
4	1	8	3o,2	29,6	168	9,2	o,647	o,341
	2		22,5	27,3	217	6,9	o,832	o,682
4	15,6	28,ο	257	5,ο	o,967	o,958

CO O CO ⁰⁰ Die fj - und S.-Werte der Ferrite in den einzelnen Reaktor-Teilen und Korn-

-j klassen lauteten:

ο Reaktor-

tD teil j O 1 2 3

Kornklasse flo ^Sio h _fi fi ^Si ^fi ^Sl fi ^Si

i 2 2 2 2

m /g - m /g - m /g - ■ m /g - m /g

1 o,169 2,ο o_fo68 3,3 o,o19 5,7 O O O

2 o,334 1,1 o,3oo 1,4 o,254 1,6 o,125 2,7 O

3 o,121 o,76 o,137 o,9oo,143 1,o o,133 1,3 o,o36 3,5

4 o,362 o,55 o,474 o,62 o,558 o,67 o,7o1 o,8o o,866 1,3 CO

5 o,o11 o,4o o,o16 o,44 o,o2o o,46 o,o3o o,52 0,066 o,68

6 o,oo3 o,28 o,oo5 o,3o 0,006 o,31 o,1o1 o,34 o_fo32 o,4o —^

Die Gesamtlaugungsausbeute an Zink betrug bei diesem Prozeß 99,ο %

co O co OO

CD CO O CO

Bei Durchführung des Verfahrens ohne die Stufen 3 und 6 lauteten die vom Obigen abweichenden Verfahrensgrößen:

^VH = 4,74 m³/h
Y-V„ = 1,85 m³/h

rl

Reaktor-Teil	t	Reaktor-Teil	i- 5S<	O	C fio	)	i	2	Zt	O /g	j	O	[Fe	-	I	π	S	Ch₂S	°₄i	f	]*NaJ	I	[Na	g	1	O	3	ⁿZn	2	]	O	¹¹Fe	i
	E	Kori Ir 1 ac		O	-			1	h	,O		O		_fo1o			>²	g	7i					,7		O			4		O
	1	JiIa!		O	,o38			O	1	,1		O	31,	,146	4		3	45	,8	o,	12o		1o,	,8	6	O	,o27	,363	83	O	,o64	/g
	1	i		O	,217			O	2	,76		O	31,	,o62	1		1	32	,3	o,	145		9,	,1	4	O	,o34	,522	53	O	,231	0
	2	1		O	,o7o			O	4	,55		O	24,	,327	4		O	28	,5	O,	191		7,	,69	2		,295	,7o1	35		,546	0
	4	2		O	,313			O	8	,4o		O	16,	,151	9		O	27	,3	Ο,	237		5,	,47	O	,182	,866	21	f	,860	4,2
	3		O	,129		j	O		,28		O		,217			O			O₁				,32		,316					1,4
j	4		,17o				,19				,o87		O	i /g	O,	i ^{2 S}	i	^fi	,2o		,146	^Si	O		o,7o
	5		,Ο63						O	,6		- m²	/				m²/g	O	- m²	o,41
η	6			,4	oo 1	7	O	O	O		o,23
2	7		,92	o97	1	O	3,	O
3		,63	o53	1	O	1,	O	,00 3
4		,44	325	O	O	o,	O	,156
		,3o	165	O	O	o,	O	,177
		,19	253	O	O	o,		,423
			1o6	O	O	o,	,241

INj) OO OO

cn co

Die Gesamtlaugungsausbeute an Zink betrug bei diesem Prozeß 97,7 %.

Durch Einschaltung der Stufen 3 und 6 in den Laugungsprozeß wurde die Gesamtlaugungsausbeute an Zink um 1,3 Prozentpunkte erhöht.

Die im Beispiel verwendeten Zeichen n_ und n_ bezeich-

Δτι r e

nen entsprechend den Vorangeschrittenheitsgrad der Reaktion (2) und der Gesamtreaktion (1).

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Hydrometallurgisches Verfahren zur Gewinnung von Zink, Kupfer und Kadmium aus ihren Ferriten in der Weise, daß die Ferrite, um das in ihnen enthaltene Eisen als Jarosit auszufällen, unter atmosphärischen

Verhältnissen bei 8o - 1o5°C in schwefelsäur^ialtiger Lösung (Lauge) unter Anwesenheit von Kalium-,Natriumoder Ammoniumionen behandelt werden, zumindest ein Teil des jaroslthaltigen Feststoffes vor der Rückleitung der Lösung in die Neutrallaugungsstufe (1), aus der Zink, Kupfer und Kadmium enthaltende Lösung (RL) gewonnen wird und in die auch Säure (H) und Röstgut (P) eingetragen werden, von der Lösung getrennt wird, und der aus der Neutrallaugungsstufe (1) erhaltene Feststoff (F) in die besagte Ferritbehandlungsstufe

(2) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Neutrallaugungsstufe (1) anfallende Feststoff klassiert (3) wird, wobei die feinere Fraktion in die Ferritbehandlungsstufe (2) geleitet und die gröbere Fraktion durch Reiben, Auf-

909817/0609

INSPECTED

lösen und/oder Mahlen zerkleinert und erneut dem Prozeß zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß höchstens 5o %, vorzugsweise jedoch 3o - 4o % des in der Neutrallaugungsstufe

(1) anfallenden ferritischen Feststoffes abgetrennt und mindestens auf die Korngrößenverteilung der feineren Fraktion zerkleinert (4 bzw. 6) werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die gröbere Fraktion in einem eventuell gemischten Fließbettreaktor (4) mit Hilfe schwefelsäurehaltiger Lösung (Lauge) zerkleinert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

gekennzeichnet, daß die durch Mahlen (6) zerkleinerte Fraktion in die Neutrallaugungsstufe (1) zurückgeleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß die zerkleinerte

(4) Fraktion in die Ferritbehandlungsstufe (2) geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die durch Mahlen (6) zerkleinerte Fraktion in Rücksäure suspendiert und dann klassiert (3a) wird und die Feinfraktion der Ferritbehandlungsstufe (2) zugeführt wird, während die Grobfraktion in die Neutrallaugungsstufe (1) zurückgeleitet wird.

909817/0609

Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Klassierung (3) des aus der Neutrallaugung(sstufe) (1) erhaltenen Feststoffes so erfolgt, daß der Trennungspunkt im Bereich 1o-7o -juflf vorzugsweise jedoch im Bereich 2o-4o .um liegt.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des von der Lösung (Lauge) abgetrennten

To jarosithaltigen Schlammes (J") zusammen mit der erwähnten gröberen Fraktion gemahlen (6) wird.

909817/0609