BR112013012774B1

BR112013012774B1 - Processo para a recuperação de zinco a partir de um material contendo zinco

Info

Publication number: BR112013012774B1
Application number: BR112013012774-0A
Authority: BR
Inventors: Walter Shaw Raymond; Neal Barr
Original assignee: Greenzinc Limited
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2020-02-11
Also published as: WO2012068620A1; BR112013012774A2; CA2818555C; US20140205519A1; AU2011334600A1; CN103328661A; TW201229244A; AU2011334600B2; TWI530567B; USRE47673E1; CA2818555A1; CN103328661B; US9284624B2

Abstract

processo para a recuperação de zinco a partir de um material contendo zinco, instalação e, material contendo zinco. um processo oara a recuperação de zinco a partir de um material contendo zinco, o processo incluindo as etapas de : lixiviação do material contendo zinco com um lixiviante alcalino compreendendo uma mistura aquosa de nh~ 3~ e nh~ 4~cl, ou equivalente iônico, tendo uma concentração de nh~ 4~cl entre 10g/l e cerca de 150 g/l de h~ 2~o e uma concentração de nh~ 3~ entre 20g/l de h~ 2~o e 250 g/l de h~ 2~o, para produzir um lixiviado contendo zinco, extração de amônia a partir do lixiviado para produzir um licor extraído, que inclui um precipitado contendo zinco, o licor extraído tendo uma concentração de nh~ 3~ de entre 7 e 30 g/l de h~ 2~o, e recuperação de zinco a partir do licor extraído.

Description

“PROCESSO PARA A RECUPERAÇÃO DE ZINCO A PARTIR DE UM MATERIAL CONTENDO ZINCO”

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se geralmente a um processo para a recuperação de zinco, preferivelmente sob a forma de zinco ou óxido de zinco. A invenção é particularmente aplicável para a recuperação de zinco a partir de poeira de forno a arco elétrico (EAF) e será conveniente a seguir descrever a invenção com relação a esta aplicação exemplar. No entanto, deve ser apreciado que a invenção não está limitada a essa aplicação, podendo ser usada para recuperar o zinco a partir de uma variedade de fontes, incluindo materiais contendo óxido de zinco e outros óxidos metálicos, tais como cinzas de galvanizadores, minérios oxidados, resíduos de processamento de minerais, precipitados de tratamento de água, solos contaminados, monturos de cargas residuais, e/ou correntes de resíduos sólidos, materiais contendo óxidos metálicos mistos, incluindo zinco quando um óxido de metal misto é um composto consistindo de zinco, oxigênio e pelo menos outro metal (por exemplo, ferrita de zinco, ou ferrato de zinco), tais como minérios oxidados, ou restos de processamento de minerais.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A discussão seguinte dos antecedentes da invenção destina-se a facilitar o entendimento da invenção. No entanto, deve ser entendido que a discussão não é um reconhecimento ou admissão de que qualquer um dos materiais referidos foi publicado, conhecido ou parte do conhecimento geral comum na data de prioridade do pedido.

Pó dos fornos a arco elétricos (pó de EAF) é produzido como um fumo a partir da operação de um forno a arco elétrico durante a produção de aço. Esta poeira precisa ser coletada e tratada ou eliminada de alguma maneira.

Petição 870180038311, de 09/05/2018, pág. 10/20

O descarte da poeira de EAF pela estabilização e enterro é amplamente praticado. Em muitos mercados é caro. Tratamentos econômicos para a recuperação de zinco contido na poeira de EAF tem sido um desafio para a indústria por muitos anos.

Vários processos de recuperação por lixiviação foram propostos previamente para recuperar o teor de zinco de poeira tipo EAF.

A Patente US No. 3.849.121 (Burrows) ensina um método para a recuperação seletiva de óxido de zinco a partir de resíduos industriais, em que o material residual é lixiviado com uma solução de cloreto de amônio a temperaturas elevadas para fornecer uma solução fértil de lixiviação. Outros metais tais como o ferro são separados usando tratamentos oxidativos e uma etapa de cimentação do metal de zinco. A solução é então resfriada para precipitar um composto de zinco misturado que inclui pequenas quantidades de óxido de zinco, fases de zinco hidratado que podem incluir hidratos de óxido de zinco e hidróxido de zinco, assim como outras fases e uma grande quantidade de zinco diclorodiamina Zn(NH₃)₂Cl₂ e outros compostos de zinco-cloro similares. Este produto necessita de processamento adicional para fornecer um produto comercialmente viável.

A Patente US 5.464.596 (Myerson 1) ensina um método alternativo para a recuperação de óxido de zinco. Neste método, a poeira de EAF é lixiviada com um lixiviante compreendendo cloreto de amônio a 23% a 90°C. O licor fértil resultante é tratado para deslocar os íons metálicos indesejáveis a partir da solução usando o metal zinco, e então resfriado para precipitar os compostos de zinco como precipitado de cristal zinco diclorodiamina (ZDC). O precipitado é lavado para remover vários compostos solúveis de zinco, deixando óxido de zinco superior a 99%. Patente US 5.759.503 (Myerson 2) ensina um processo melhorado sobre Myerson 1, em que a recuperação de óxido de zinco a partir do licor fértil é melhorada através da dissolução de óxido de zinco em um intermediário, diluindo o intermediário por um fator de 3 a 30, adicionando água a 70 a 100°C, e filtrando os cristais de óxido de zinco resultantes.

Nenhum destes processos de recuperação de zinco prévios foi comercializado com sucesso. Considera-se que os custos de operação para cada um destes processos são elevados devido à necessidade de grandes quantidades de energia e/ou uso de grandes quantidades de hidróxido de sódio no processo de recuperação. Também podem ocorrer problemas com a pureza do produto, devido à presença de cloreto residual a partir do processo de lixiviação.

O principal consumidor de energia nesses processos da arte precedente são as etapas de evaporação de água que regeneram a solução de lixiviação para reciclagem. Substancialmente toda a água adicionada para diluição e/ou hidrólise tem de ser removida a partir dos circuitos de processo destes processos prévios. A quantidade de água envolvida pode ser tão elevada quanto 40 toneladas de água por tonelada de óxido de zinco. Processos de água por evaporação são necessários devido à elevada potência iônica das soluções concentradas. Estas concentrações fornecem um escopo limitado para utilizar nos sistemas de osmose reversa de energia mais baixa. Etapas do processo de evaporação não são economicamente atraentes em um ambiente de custo energético elevado.

Os processos alternativos que usam menos água de processo têm sido propostos para extrair produtos metálicos tais como o zinco a partir de poeira de fundição.

A Patente US 5.234.669 (Bartlett) descreve um processo para recuperar metais não ferrosos a partir de poeira de chaminé das instalações de redução e refino em que a poeira é misturada com cal hidratada, formada em aglomerados, e ustulada a uma temperatura ótima de cerca de 650°C para formar arsênio e enxofre oxidados que reagem com cal nos aglomerados para formar compostos não lixiviáveis. Os aglomerados ustulados são contatados com um lixiviante básico compreendendo amônia dissolvida e um sal de amônio, tal como cloreto de amônio, para dissolver os metais não ferrosos, como o cobre a partir dos aglomerados ustulados. A solução fértil de lixiviação resultante é aquecida para vaporizar a amônia e precipitar os compostos básicos de cobre, zinco e níquel da mesma. Um lixiviante usado é descrito como compreendendo amônia 4 M e entre cloreto de amônio 1 a 4 M. Não são ensinadas outras etapas do processo para refinar esse precipitado a um produto industrial utilizável.

A publicação da patente europeia EP061477A1 (Scegi SARL) ensina outro processo para a recuperação de metais não-ferrosos a partir de poeira de chaminé de instalações de redução e refino em que o pó de chaminé da instalação sofre lixiviação amoniacal com um lixiviante amoniacal a uma temperatura compreendida entre 20 e 100°C. O lixiviante amoniacal é uma solução de 0,5 a 10 mols/litro de NH3/NH4CI, NH₃/(NH₄)₂SO4, ou NH₃/(NH4)2CO₃. Um lixiviante particular ensinado compreende 17 g/1 de amônia e 53 g/1 de cloreto de amônio a uma temperatura de entre 20 e 40°C. Após a lixiviação, os resíduos não dissolvidos são separados da solução fértil de lixiviação. Amônia é depois dessorvida a partir da solução fértil de lixiviação usando uma corrente de ar para baixar o pH da solução de entre 9 e 10, entre 4 e 7. Dessorção de amônia conduz à formação direta de um precipitado metálico de hidróxido. O hidróxido pode, em seguida, ser desidratado depois de lavar, usando qualquer modo convencional, para se obter um oxido de metal de alta pureza (~ 98%). Não são ensinadas etapas detalhadas do processo para refinar esse precipitado em um produto industrial utilizável.

Cada um de Bartlett e Scegi SARL fornece uma orientação geral das condições de lixiviação apropriadas para solubilizar o teor de zinco do pó de chaminé de instalações de redução e refino. No entanto, nenhum provê uma orientação apropriada das condições de extração ou etapas de processo para a obtenção de um produto de zinco industrial utilizável.

Portanto, seria desejável prover um processo melhorado ou pelo menos alternativo, que lixívia e solubilize zinco a partir de uma variedade de fontes de materiais contendo zinco associados a outro(s) óxido(s) de metal e/ou óxidos de metal misto. Este método produz preferivelmente óxido de zinco, usando licor de lixiviação com base em cloreto de amônio usando um processo que tem um consumo de energia mais baixo do que os processos prévios, mas também pode produzir um material alimentado apropriado para posterior processamento para a produção de metais de zinco e/ou outros compostos de zinco.

Deve ser entendido que qualquer metal, como zinco, manganês, chumbo, etc, devem ser entendidos para incluir qualquer forma química (isto é, metal, sais, complexos, quelatos, etc) ou forma iônica.

Também deve ser compreendido que todas as concentrações usadas no presente relatório baseiam-se em tomo de g/KgH₂O ou g/L de H₂O e não g/L de volume de licor real. Deve ser apreciado que g/1 de volume de licor real não reflete realmente a química do processo da presente invenção, tal como os níveis de NH3 e elevados dos sais afetam, todos, o volume especialmente o NH₃, quando presentes em níveis elevados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, provêse um processo para a recuperação de zinco a partir de um material contendo zinco, o processo incluindo as etapas de:

lixiviação do material contendo zinco com um lixiviante alcalino compreendendo uma mistura aquosa de NH₃ e NH₄C1, ou equivalente iônico, tendo uma concentração de NH4CI entre 10 e 150 g/L de H₂O e uma concentração de NH3 entre 20g/l de H2O e 250 g/L de H2O, para produzir um lixiviado contendo zinco;

extração de amônia do lixiviado para produzir um licor extraído que inclui um precipitado contendo zinco, o licor extraído com uma concentração de NH3 de entre 7 e 30 g/L de H2O, e recuperação do zinco a partir do licor extraído.

O processo da presente invenção, portanto, usa um lixiviante à base de amônio alcalino para seletivamente lixiviar o zinco a partir do material contendo zinco. O processo global predominantemente deixa zinco em solução no lixiviado resultante. Por seleção particular da composição lixiviante e controle específico da fase de extração de amônio, uma solução de zinco pode ser produzida, que pode ter a solubilidade de zinco modificada por extração de amônia a uma concentração de amônia e pH selecionada que facilita a recuperação de uma porção substancial do zinco contido como compostos de zinco básico deixando um licor de cloreto de amônio depletado em zinco para reciclagem.

O requerente descobriu que a formulação particular do lixiviante usado na etapa de lixiviação do processo da presente invenção e as condições particulares de extração resulta em uma composição de precipitado de zinco vantajosa na etapa de extração, enquanto que a lixiviação do zinco a partir do material contendo zinco (principalmente ZnO), em concentrações elevadas suficientes de zinco para ser economicamente viável. A baixa concentração de NH4CI (em comparação com os sistemas de lixiviação NH₄C1 prévios) usado no lixiviante da etapa de lixiviação produz um precipitado substancialmente livre de amônio a partir da etapa de extração. Além disso, o pH e a concentração de NH₃ do licor extraído resultante criam as condições de equilíbrio apropriadas dentro desse licor, para precipitar o composto de zinco básico desejável ou mistura de compostos. O processo pode, portanto, reduzir o uso de, ou evitar o uso de NaOH e/ou adições de água de diluição para auxiliar na recuperação de zinco a partir do licor extraído.

O processo da presente invenção tem como objetivo reduzir e mais preferivelmente evitar substancialmente a formação de precipitado de cristal zinco diclorodiamina (ZDC) após extração de amônia. Isto é conseguido usando uma concentração de NH4CI no lixiviante entre 10 g/L de H₂O e 150 g/L de H₂O. Para assegurar a formação de cristais ZDC seja substancialmente evitada, é preferido que a concentração de NH4CI usado no lixiviante esteja entre 20 g/L de H₂O e 100 g/L de H₂O, preferivelmente entre 30 g/L de H₂O e 80 g/L de H₂O, e mais preferivelmente cerca 50 g/L de H₂O.

A concentração de NH₃ no lixiviante é selecionada para otimizar a solubilidade do zinco no lixiviante para tanto extrair o mesmo partir da poeira de alimentação e para minimizar os custos de processamento subsequentes. A concentração de NH₃ no lixiviante está preferivelmente entre 20g/l de H₂O e 150 g/L de H₂O, mais preferivelmente entre 30 e 100 g/L de H₂O, ainda mais preferivelmente cerca de 75g/L de H₂O e mesmo ainda mais preferivelmente cerca de 50g/L de H₂O. O teor de NH₃ melhora a solubilidade deste teor de zinco acima do que a encontrada no sistema de lixiviação de NH4CI para concentrações de NH4CI entre 10g/l de H₂O e 150 g/1 de H₂O e, assim, proporciona um sistema mais eficiente de lixiviação.

A composição lixiviante NH₃/NH4C1 aquosa pode compreender qualquer solução alcalina apropriada, que inclui uma espécie de amônio, uma espécie de hidróxido e de uma espécie de cloreto e, notadamente, formas iônicas dessas espécies. Deve ser entendido que o lixiviante pode ser formado usando os sais equivalentes iônicos tais como misturas NH4OH/NH4CI e que esses equivalentes iônicos se destinam a ser cobertos no âmbito da presente invenção.

O lixiviante tem um pH> 7. Um lixiviante alcalino é menos condutivo para a solubilização de ferro e minimiza a solubilização de chumbo e manganês. A adição de amônia e/ou hidróxido de amônio deve ser suficiente para tomar o lixiviante alcalino em termos de química aquosa normal. A etapa de extração de amônia é preferivelmente conduzida para assegurar que a concentração de amônia não é reduzida a um nível em que o pH do licor extraído é inferior a 7. A quantidade de amônia livre disponível na solução para remoção é dependente do pH. À medida que a amônia é extraída para levar o pH abaixo de 7, a remoção seletiva de amônia é muito difícil e ineficiente de uso de energia e, portanto não é preferida. A extração da amônia a este nível também pode usar água considerável para evaporar o que também aumenta o consumo de energia. Estas condições também aumentam a concentração de NH4CI de tal modo que cristais de diamina cloreto de zinco indesejáveis podem se formar.

A eficiência de lixiviação com este lixiviante foi verificada como tendo uma baixa dependência em concentração de NH4CI. A eficiência de lixiviação requer bastante tempo para maximizar a extração. Duas ou mais fases de lixiviação são, portanto, preferivelmente usadas para maximizar o tempo de contato de sólidos na lixívia, para garantir uma maior extração de zinco no lixiviado. Em uma forma de realização preferida, a etapa de lixiviação compreende uma lixívia em duas etapas. Cada etapa de lixiviação é preferivelmente agitada.

Antes da fase de lixiviação, o material contendo zinco pode sofrer uma etapa preliminar de lixiviação contendo zinco, onde o material é lixiviado com água. Esta etapa é realizado para remover impurezas solúveis indesejáveis, tais como cloretos de metais alcalinos e metais.

A etapa de lixiviação produz um lixiviado rico em zinco, que pode ter a sua solubilidade em zinco modificada por extração de amônia. A etapa de extração de amônia a partir do lixiviado precipita compostos de zinco básico produzindo um líquido extraído contendo produto de zinco sólido. Uma parte substancial do zinco contido pode ser recuperada como compostos de zinco básico deixando um licor de cloreto de amônio depletado em zinco para reciclagem. O processo pode então incluir a etapa de remoção de sólidos a partir do líquido extraído, que pode então ser recuperado. De modo vantajoso, não são necessárias etapas de evaporação adicionais para remover a água adicional como não foram feitas no processo adições de água de diluição.

A etapa de extração só pode extrair uma parte da amônia do lixiviado. No entanto, prefere-se que a maioria do NH3 seja extraída do lixiviado na etapa de extração para produzir um precipitado que compreende a maior parte do zinco que estava no licor de lixiviação em um composto de zinco substancialmente livre amônia. A concentração de NH3 após a extração está entre 7 e 30 g/L de H₂O e, preferivelmente ~ lOg/L de H₂O. Quando a maior parte do NH₃ é extraída do lixiviado, o zinco é precipitado a partir do licor extraído na forma de, pelo menos, uma ou uma combinação de hidróxido de zinco (Zn(OH)₂), hidróxi cloreto de zinco (ZN₅(OH)₈C1₂.H₂O), ou óxido de zinco (ZnO). Para o processamento subsequente, é preferível que o processo seja otimizado para produzir um composto de baixo teor de cloreto que seja prático, dentro das limitações das composições químicas necessárias para realizar a etapa de lixiviação de modo eficiente.

A extração de amônia pode ser realizada por qualquer número de processos.

Em uma forma de realização, a etapa de extração de amônia inclui um estágio de extração com ar. A etapa de extração com ar inclui, preferivelmente, pelo menos, um vaso no qual uma corrente de ar é alimentada por cima ou através do lixiviado contendo zinco para vaporizar ou de outra forma remover uma parte do teor de amônia deste lixiviado.

Em algumas formas de realização, duas ou mais etapas do processo de extração de ar são usadas em série. Nesta forma de realização, é preferido que o fluxo de ar e lixiviado contendo zinco escoem através das etapas do processo (em particular, o vaso ou vasos do processo de cada etapa) em uma corrente em contra-corrente. O lixiviado contendo zinco pode ser continuamente aquecido em um ou mais vasos de extração das etapas do processo. O aquecimento pode ser conseguido usando um elemento de aquecimento interno, ou mais preferivelmente um trocador de calor externo. O trocador de calor pode ser aquecido com óleo ou vapor de uma caldeira de acordo em que a energia é fornecida por um combustível fóssil como o gás natural, ou por meio de aquecimento elétrico, ou quando apropriado, usando o calor de uma fonte renovável de energia solar ou geotérmica. Em alguns casos, uma parte ou a totalidade do calor pode ser fornecida através da captação de calor residual a partir de um forno, tal como um forno a arco elétrico ou de um forno de exaustão de escórias. Em algumas formas de realização, o ar rico em água/aríiônia que flui a partir da lixiviado contendo zinco é depois ustulado através de uma coluna de absorção onde a amônia e água são substancialmente separadas da corrente de ar. A corrente de ar depurado resultante é preferivelmente retro- reciclada para um ou mais vasos de extração. O sistema é preferivelmente operado como uma disposição de circuito fechado.

Em outra forma de realização, a etapa de extração de amônia inclui uma etapa de destilação instantânea em que um lixiviado aquecido e pressurizado é alimentado para um vaso de destilação instantânea para destilar uma corrente de vapor amônia-água mista deixando um licor de zinco supersaturada a partir da qual os compostos de zinco precipitam.

A cristalização dos compostos de zinco pode ocorrer in situ, no interior dos vasos de extração ou em um vaso/estágio de cristalização separado. Os cristais de compostos de zinco podem ser adicionados a este estágio para ajudar na precipitação ao prover uma superfície para os compostos crescer quer por reciclagem dos cristais e/ou reter alguns no sistema a partir das bateladas prévias.

Em algumas formas de realização, a precipitação do precipitado contendo zinco é conduzida em um vaso separado, após a extração de amônia, quer diretamente ou com a ajuda de algum resfriamento deliberada do licor. A quantidade de resfriamento depende da composição da solução e não é sempre necessária, como muitas das composições usadas têm apenas pequenas mudanças de solubilidade com temperatura. O precipitado de zinco é tipicamente formado na forma de cristais, e, portanto, o processo pode incluir uma etapa de crescimento do cristal, tal como um tanque agitado ou semelhante.

Certo número de correntes de processo a partir da etapa de extração podem ser recicladas de volta ao processo. Por exemplo, a água removida a partir da etapa de extração pode ser reciclada, pelo menos, em uma etapa de lavagem ou de filtração. A amônia extraída pode ser capturada para reciclagem para a etapa de lixiviação. O licor depletado em zinco pode ser diretamente reciclado de volta à etapa de lixiviação e/ou parte pode ser reciclado de volta para a etapa de extração para modificar a composição do licor de melhorar a remoção de NH₃.

Depois da etapa de extração, as etapas de recuperação podem incluir as etapas de:

separar o precipitado contendo zinco a partir do licor extraído, e preferivelmente lavar o precipitado contendo zinco.

Esta etapa remove qualquer amônia presente como traços de cristais de zinco diclorodiamina (ZDC) e/ou como licor contendo amônia aprisionado no precipitado. Um precipitado livre de amônia pode dar elevados rendimentos de óxido de zinco porque os compostos contendo cloreto no seu interior podem ser decompostos para dar, predominantemente, óxido de zinco com uma quantidade menor de cloreto de zinco, que pode ser separado e, em seguida, reciclado ou vendido. A etapa de lavagem é preferivelmente realizada com o uso mínimo de água para limitar a quantidade de água usada no processo.

A etapa de recuperação do(s) zinco (s) com este tipo de produto precipitado intermediário pode prosseguir ao longo de várias etapas de processos diferentes para converter o precipitado contendo zinco em um produto de baixo teor de cloreto.

Em uma forma de realização, a etapa de recuperação do zinco inclui a etapa de ustulação de precipitado contendo zinco a uma temperatura de entre 600 a 900°C. A etapa de ustulação preferivelmente ocorre em um forno. Ustulação entre estas temperaturas substancialmente converte o produto em óxido de zinco. Além disso, qualquer teor de cloreto de precipitado contendo zinco, é volatizado a esta temperatura predominantemente como ZnCl₂, dando, assim, um produto de alta pureza de baixo teor de cloreto. Enquanto as temperaturas mais elevadas aceleram a volatilização, a temperatura final de ustulação depende principalmente da economia em qualquer instalação específica. No entanto, deve-se notar que a remoção de cloretos a <0,35% de Cl no produto final tipicamente envolve a ustulação do precipitado contendo zinco a temperaturas na ordem de 700-800°C.

Em outra forma de realização, a etapa de recuperação do zinco inclui as etapas de:

hidrólise do precipitado contendo zinco em água tendo uma temperatura de entre 80 e 200°C, preferivelmente entre 100 e 140°C.

Preferivelmente, uma elevada carga de sólidos (> 40%) é usada, permitindo que uma baixa quantidade (modesta) de água seja usada para a hidrólise.

A hidrólise do precipitado contendo zinco pode converter sijhstancíalimente todo o teor de hidróxi cloreto de zinco para hidróxido de zinco, óxido de zinco ou uma mistura destes. A hidrólise do precipitado contendo zinco em água quente entre 80 a 200°C converte substancialmente qualquer teor de hidróxi cloreto de zinco em óxido de zinco e/ou hidróxido de zinco. A hidrólise realiza preferivelmente um produto tendo níveis baixos de cloreto insolúvel e total obtidos (<0,5%).

Após a hidrólise, o produto de hidrólise é preferivelmente filtrado e resfriado. O teor de cloreto da água de hidrólise pode ser substancialmente removido usando um processo de separação, tais como a osmose inversa, e a água purificada e o teor de cloreto de reciclados no processo. Por exemplo, o cloreto pode ser usado na etapa de lixiviação. O produto de hidrólise é preferivelmente seco para remover a água a uma temperatura de <200 C, para dar um produto de ZnO.

Quando é necessário um produto de pureza mais elevada, o precipitado contendo zinco hidrolisado pode ser subsequentemente ustulado para produzir o óxido de zinco. Nestas formas de realização, a etapa de recuperação do zinco inclui uma etapa de ustulação em que o precipitado contendo zinco é ustulado entre 300 a 900°C, preferivelmente entre 400 a 800°C e mais preferivelmente entre 500°C e 800°C. Uma ustulação de temperatura mais baixa pode ser usada se substancialmente todo o teor de cloreto for removido na etapa de hidrólise.

A água a partir da hidrólise tipicamente contém zinco. Pelo menos uma porção da água a partir da etapa de hidrólise pode ser separada e ou reciclada para a lixívia ou tratada para recuperar o teor de zinco. Preferivelmente, a água é concentrada para produzir um concentrado de licor. Este concentrado pode ser reciclado para a etapa de lixiviação. A água é preferivelmente processada e/ou concentrada usando osmose inversa para dar uma corrente de água limpa para a reciclagem ou descarga e uma corrente mais concentrada contendo cloretos que podem ser reciclados para o processo mais comumente para a lixiviação ou tratados e descarregados novamente, os processos evaporativos são idealmente evitados dada a grande quantidade de energia envolvida nestes processos. Quando a corrente de concentrado é tratada, em vez de reciclada, a opção preferida é tratar a mesma com NaOH para precipitar qualquer teor de zinco para reciclagem para o processo, como um sólido. Idealmente, a etapa de hidrólise remove todos os compostos de cloreto a partir do precipitado contendo zinco. No entanto, se esta não for atingida, os traços de cloreto final no precipitado podem ser removidos por ustulação do precipitado contendo zinco hidrolisado a temperaturas entre 500 a 800°C.

Em ainda outra forma de realização, a etapa de recuperação do zinco inclui as etapas de:

um primeira etapa de ustulação em que o precipitado contendo zinco é ustulado a uma temperatura de entre 300 a 500°C, e uma segunda etapa de ustulação em que os sólidos ustulados são ainda mais ustulados entre 300 a 900°C, preferivelmente entre 400 a 800°C.

Em algumas formas de realização, após a primeira etapa de ustulação, o precipitado contendo zinco ustulado é submetido a uma etapa de lixiviação com água para produzir um sólido lixiviado.

A primeira etapa de ustulação nesta forma de realização decompõe os compostos de cloreto em ZnO e ZnCl₂. Os compostos de cloreto solúveis (principalmente ZnCl₂, embora algum HC1 é possível) são então removidos substancialmente na lixívia aquosa. Quaisquer traços de cloreto deixados podem, então, ser removidos através de uma etapa de ustulação preferivelmente em maior temperatura. Esta etapa também converte o compostos contendo zinco nos sólidos lixiviados para ZnO. O regime de ustulação duplo permite que menos água seja usada para remover o teor de cloreto, em comparação com a opção de recuperação previa como ZnC12 é extremamente solúvel. A água adicionada é preferivelmente recuperada e reciclada no processo.

Em outra forma de realização, a etapa de recuperação do zinco inclui a etapa de: ustulação de precipitado contendo zinco em uma atmosfera de vapor a uma temperatura de cerca de entre 350 a 500°C.

Esta etapa do processo é preferivelmente realizada a uma pressão moderada compreendida entre 1 e 5 bar. Este processo visa decompor o hidróxi cloreto de zinco em ZnO e ZnC12 6 hidrolisar o ZnC12 in situ para convertê-lo em ZnO. Qualquer teor de cloreto pode ser removido como HC1. A adição de água resultante a partir do vapor é preferivelmente recuperada e reciclada no processo.

Em qualquer uma destas etapas de recuperação de zinco, ZnCl₂ é volatizado na etapa de ustulação. Cada um destes processos pode incluir ainda pelo menos uma das etapas de condensação do ZnC12 6 separadas para venda como ZnCl₂ anidro, e/ou captura de ZnCl₂ em um licor aquoso e reciclagem deste licor a uma etapa de processo prévia. Este licor rico em ZnC^ pode ser preferivelmente reciclado para a etapa de cristalização ou a etapa de lixiviação.

O material contendo zinco pode ser qualquer material, incluindo materiais contendo espécies de zinco como:

i. Materiais contendo óxido de zinco e outros óxidos metálicos, tais como cinzas de galvanizadores, poeira de EAF, minérios oxidados, resíduos de processamento de minerais, precipitados de tratamento de água, solos contaminados, monturos de cargas residuais, ou correntes de resíduos sólidos.

ii. Materiais contendo óxidos de metais mistos, incluindo zinco em que um óxido de “metal misto” é um composto constituído por zinco oxigênio e pelo menos um outro metal (por exemplo, ferrita de zinco, ou ferrato de zinco, tal como poeira de EAF, minérios oxidados ou semelhantes;

iii. Os materiais resultantes do tratamento em alto-fomo de materiais contendo zinco, tais como surgem a de tratamento de poeira de EAF em fomos tipo Waelz ou outros fomos iv. Os materiais obtidos a partir de tratamento de óxidos de metais mistos, tais como ferrita de zinco em fomos de romper a estrutura e melhorar as características de lixiviação

v. Resíduos de processamento de minerais.

Em formas de realização preferidas, o material contendo zinco é substancialmente particulado.

A recuperação do zinco a partir do lixiviado preferivelmente, inclui uma ou mais etapas de processo que separam os sólidos do lixiviado, os procedimentos de remoção para outras espécies de metais podendo estar presentes no lixiviado, tais como o chumbo, o manganês, o cobre e cádmio e/ou etapas de processo para separar o zinco a partir do lixiviado.

A separação dos elementos sólidos e líquidos no processo pode ser realizada usando qualquer método apropriado. Por exemplo, em algumas formas de realização, o processo inclui pelo menos uma etapa de filtração para remover os sólidos a partir do lixiviado.

O material contendo zinco pode também incluir pelo menos um de manganês, chumbo, cobre e cádmio. Outros elementos de traço, espécies ou impurezas podem também estar presentes. O processo da presente invenção, portanto, pode incluir as etapas de remover qualquer chumbo, manganês, cobre ou cádmio do lixiviado.

Quando o material contendo zinco inclui chumbo, este pode ser removido usando processos de remoção seletiva. Em primeiro lugar, deve-se notar que o chumbo (II) é lixiviado na etapa de lixiviação, enquanto chumbo (IV) não é lixiviado e, tipicamente, apenas uma quantidade muito pequena do chumbo é dissolvida no lixivante. O chumbo lixiviado a partir do material contendo zinco é preferivelmente retomado aos sólidos lixiviados por oxidação em uma forma insolúvel.

A oxidação controlada, preferivelmente, oxida qualquer chumbo no lixivante antes de qualquer manganês que possa estar presente no material contendo zinco. Assim, qualquer chumbo pode ser isolada antes de manganês. Se necessário, a etapa de remoção do chumbo é preferivelmente realizada antes de qualquer separação de sólidos/líquido de lixiviação após a etapa de lixiviação. No entanto, em algumas formas de realização, o chumbo pode ser removido e separado depois de uma etapa de separação de líquidos sólidos e coletado separadamente.

Quando o material contendo zinco inclui manganês, este pode ser removido usando processos de remoção seletiva. Em primeiro lugar, deve-se notar que manganês em estados de oxidação inferiores a +4 é lixiviado no processo de lixiviação, mas manganês (IV) não é lixiviado e, tipicamente, apenas uma pequena quantidade de manganês se dissolve no lixivante. O manganês lixiviado a partir do material contendo zinco é preferivelmente retomado aos sólidos lixiviados por oxidação em uma forma insolúvel.

Se necessário, a etapa de remoção de manganês é preferivelmente realizada antes de qualquer separação de sólidos/líquido de lixiviado após a etapa de lixiviação. No entanto, em algumas formas de realização, manganês pode ser removido e separado depois de uma etapa de extração de líquidos sólidos coletados separadamente. Novamente, é preferível conduzir a oxidação controlada de chumbo antes de manganês assim o chumbo pode ser opcionalmente isolado antes de manganês, em seguida, removido e manganês subsequentemente oxidado em dióxido de manganês e separado.

Cada uma das etapas de remoção de chumbo e de manganês pode compreender oxidação química, usando oxidantes à base de peróxido de cloro e/ou cloreto, tais como hipoclorito ou cloramina. Oxidação do ar também pode ser usada para remover estes metais. Altemativamente, a oxidação eletroquímica também pode ser usada.

Quando o material contendo zinco inclui cobre e cádmio, estes podem ser removidos pelo processo bem estabelecido de cimentação em zinco. O manganês lixiviado a partir do material contendo zinco é preferivelmente removido usando um processo de cimentação, que inclui a etapa de adição de metal zinco para o lixiviado. Esta etapa também pode remover traços de chumbo e pode ser usada para a remoção do chumbo em vez de, ou em adição a, a etapa oxidativa descrita precedentemente.

O chumbo, manganês, cobre e/ou cádmio podem também ser removidos por meios eletrolíticos. Tais processos eletrolíticos podem ser combinados ou consecutivos ou uma combinação de combinado e consecutivo.

Em um segundo aspecto da presente invenção, provê-se uma instalação que inclui um processo de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção. Esta instalação inclui preferivelmente em um vaso selado, que pode compreender um vaso de pressão capaz de apresentar a solução lixiviante e material(ais) particulado(s) ao confinamento para economizar amônio com o propósito da lixiviação do zinco. Deve-se notar que, a 40°C, existe pouca/nenhuma pressão, mas existe a necessidade de confinar o NH₃gasoso porque ele tem uma pressão de vapor substancial e é preferível não perder qualquer NH₃ gasoso.

A presente invenção também fornece um material contendo zinco, produzido a partir de um processo de acordo com o primeiro aspecto da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A presente invenção será agora descrita com referência às figuras dos desenhos anexos, que ilustram formas de realização particulares preferidas da presente invenção, em que:

A Figura 1 é um fluxograma geral que mostra as etapas do processo de uma forma de realização preferida do processo de acordo com a presente invenção.

Figura 2 é um fluxograma geral mostrando o processo de extração de amônia de uma forma de realização preferida do processo de acordo com a presente invenção.

Figura 3 é um gráfico da extração de metais versus restantes em resíduo após uma etapa de lixiviação de um processo da presente invenção.

A Figura 4 é uma representação gráfica de extração de impurezas solúveis versus o teor relacionado com lixívia o processo de lavagem com água.

A Figura 5 fornece resultados gráficos de solubilidade do zinco em uma teste de lixiviação de NH3/NH4CI.

A Figura 6 apresenta resultados gráficos de testes de extração de amônia ilustrando a mudança do pH e da concentração de licor ao longo do tempo.

A Figura 7 mostra os resultados gráficos de testes de extração de amônia que ilustram a mudança na razão de água para amônia no vapor saindo da solução à medida que o NH₃ é extraído através de uma combinação de ar e calor.

A Figura 8 mostra a razão de ΝΗβ/ΝΗ^ em soluções de NH3, em função do pH.

A Figura 9 apresenta resultados gráficos de concentrações de lixívia de água de uma forma de poeira contendo zinco que podem ser usados no processo da presente invenção.

A Figura 10 mostra resultados gráficos do teor de cloreto residual de cristais contendo zinco após hidrólise versus a temperatura de reação de hidrólise.

DESCRIÇÃO DETALHADA

O processo da presente invenção refere-se à recuperação de zinco a partir de um material contendo zinco. Um material contendo de zinco pode ser qualquer material, incluindo material contendo espécies de zinco, como cinzas de galvanizadores, poeira de EAF, minérios oxidados, resíduos de processamento de minerais, precipitados de tratamento de água, solos contaminados, monturos de cargas de resíduos, ou correntes de resíduos sólidos. Tal material contendo zinco tipicamente inclui também manganês, chumbo, cobre e cádmio, que também podem ser solubilizados em um lixiviante aplicado durante uma etapa de lixiviação.

Sem pretender ficar limitado por qualquer teoria, o requerente projetou a etapa de lixiviação e de recuperação do zinco do processo da presente invenção para tirar vantagem do equilíbrio que é estabelecido entre os complexos metálicos solúveis e insolúveis dos óxidos de metais e óxidos mistos de tal material contendo zinco, quando lixiviado por um lixiviante. O lixiviante particular da presente invenção fornece uma mistura de ligandos que facilitam este equilíbrio. Amônia, cloreto de amônio, hidróxido de sódio e água estão disponíveis para a formação do complexo de metal.

O requerente verificou que o precipitado intermediário formado durante a etapa de extração de amônia é substancialmente dependente da composição do lixiviante usado na etapa de lixiviação. A formulação lixiviante particular usada na etapa de lixiviação da presente invenção compreende uma concentração de amônia de entre 20g/l de H₂O e 150 g/L de H₂O e uma baixa concentração de NH4CI (menos 150g/kg de H₂O, preferivelmente inferior a 130 g/kg de H₂O e mais preferivelmente inferior a 100g/kg H₂O) leva ao hidróxi cloreto de zinco (ZN₅(OH)₈C1₂.H₂O), e hidróxido de zinco (Zn(OH)₂) a ser predominantemente um precipitado quando o teor de amônia selecionada do lixiviado resultante é extraído da solução . Deve-se notar que uma quantidade de óxido de zinco (ZnO), também podem ser produzida. Esta composição de precipitado intermediário permite que um produto final de ZnO seja produzido usando muito menos energia do que tradicionalmente tem sido possível em processos prévios de recuperação de zinco.

Lixiviantes de NH4CI de elevada concentração usados nos processos prévios deram todos cristais de zinco diclorodiamina (ZDC) como o precipitado intermediário salvo se diluídos com água adicional. Isto é consistente com a química publicada que cita que a >3M Cl ~ NH₄C1 em 165g/kgH₂O os cristais são sempre ZDC. No entanto, tal etapa de diluição aquosa requer uma grande quantidade de água a ser adicionada ao processo, que deve ser posteriormente removida. Isso adiciona uma carga significativa de energia para este tipo de processo de recuperação de zinco. Um intermediário de zinco diclorodiamina (ZDC) é também mais difícil de processar como é um precursor de ustulação inapropriado para ZnO. ZDC decompõe em NH₃ e ZnCl₂em vez de ZnO quando ustulado a temperaturas entre 300 e 900°C. A decomposição térmica do ZDC é um método bem conhecido de produzir ZnCl₂anidro.

A adição de NH₃ para o lixiviante permite que estes níveis mais baixos de NH4CI sejam usados uma vez que melhora a solubilidade do zinco de tal forma que o licor de lixiviação pode lixiviar o zinco a partir da poeira de EAF ou outra fonte sem a necessidade de volumes excessivos de licor e o zinco pode ser precipitado, em seguida, sem a necessidade de resfriar o licor de lixiviação a temperaturas muito baixas para cair a solubilidade.

A Figura 1 mostra o fluxograma geral do processo de acordo com a presente invenção para a produção de óxido de zinco a partir de poeira de EAF. O poeira de EAF inclui, tipicamente, zinco, manganês, chumbo, cobre e cádmio. Outros elementos de traço podem também estar presentes.

Na primeira etapa, ilustrada na Figura 1, o poeira de EAF é lixiviado com um lixiviante alcalino compreendendo uma mistura aquosa de cloreto de amônio e amônia. A lixiviação é conduzida em uma lixívia em contra-corrente em duas fases. A composição lixiviante é preferivelmente ~ 50g/L de licor contendo dNHjCl ~ 50 g/L de NH₃. No entanto, deve-se notar que um grande número de outras concentrações também pode ser usado dentro do âmbito da presente invenção. O nível de NH4CI máximo é determinado pela necessidade de evitar substancialmente a formação de cristais de ZDC. Além disso, o requerente verificou que a solubilidade do zinco neste lixiviante depende das concentrações de NH4CI e NH₃, mas estes têm um impacto mínimo na concentração de zinco total extraído. A concentração de NH₃ no lixiviante é, portanto, escolhida para otimizar a solubilidade de zinco no lixiviante e minimizar a energia necessária para extrair o NH₃ e precipitar os compostos de zinco.

O sistema de lixiviação em dois estágios é considerado para fornecer uma extração de zinco na ordem de 80 a 85%. No entanto, deve-se notar que a extração exata é dependente da composição do poeira de EAF usado no processo. Um rendimento de zinco através de lixiviação é tipicamente da ordem de 20 a 50 g/L, com base na faixa de solubilidade à medida que a amônia é removida e os compostos de zinco precipitados. Cada estágio de lixiviação é agitado, tipicamente conduzido em um vaso de agitação. O requerente verificou que estas condições de lixiviação em particular não são substancialmente dependentes da temperatura. Cada etapa de lixiviação pode ser conduzida à temperatura ambiente (10 a 35°C), se desejado. Na prática, o estágio de lixiviação é realizado entre 30 e 90°C, preferivelmente cerca de 60°C por considerações de equilíbrio de calor de circuito.

A etapa de lixiviação produz um licor fértil substancialmente incluindo o zinco com pequenas quantidades de manganês, chumbo, cobre e cádmio solubilizados. Um teor de sólidos lixiviados também está presente.

O licor fértil é então separado a partir do resíduo lixiviado em um sistema de filtro e/ou agente espessante para produzir um licor fértil com elevado teor de zinco. A limpidez do licor fértil é importante para minimizar as cargas sobre as fases subsequentes de filtração, por exemplo, um filtro após a cimentação (discutido abaixo). As adições de agentes floculantes pode, portanto, ser necessárias para remover quaisquer partículas finas no lixiviado. O resíduo lixiviado sólido é lavado e, em seguida, briquetado para retomar a EAF. O filtrado a partir do filtro de resíduos e água de lavagem podem ser reciclados e misturados no poeira de EAF para uso na primeira fase da etapa de lixiviação.

O licor fértil resultante tipicamente passa por processos de purificação para remover outros metais solubilizados. No processo de purificação, o licor fértil pode ser ustulado através de uma etapa de oxidaçao controlada para remover o chumbo e manganês do licor, ou pode ser alimentado diretamente para uma etapa de cimentação quando o cobre e cádmio são removidos por cimentação em zinco. No processo de cimentação, o licor fértil é misturado com poeira de zinco tipicamente (0,2 a 2 g/L) para remover os metais solúveis, em especial de cobre, o que é prejudicial para o produto no mercado de cerâmica. Após a cimentação a pasta fluida é filtrada sobre um filtro fino de pressão para remover o zinco não reagido, as impurezas metálicas, e as partículas coloidais que permanecem a partir do circuito de lixiviação.

O licor resultante agora predominantemente inclui o zinco em solução. A solubilidade do zinco na solução depende da quantidade de amônia presente no licor. A concentração de amônia pode ser, portanto, ser reduzida para forçar os cristais contendo zinco a precipitar. Isto é conseguido no presente processo na etapa de extração (Figura 1), onde um teor de amônia do licor fértil é extraído usando calor e/ou ar e/ou vácuo.

Em uma via de processo, o licor fértil rico em zinco e ustulado para a etapa de extração de amônia a quente. Nesta etapa, um sistema de aquecimento é usado para pressurizar e aquecer (tipicamente entre 80°C e 130°C), o licor fértil, o que é então alimentado para um vaso de extração (não representado).

Em algumas vias de processamento, o licor fértil rico em zinco é alimentado a um sistema de extração com ar de duas etapas 100, tal como o sistema 100 ilustrado na Figura 2.

Neste sistema de extração, dois vasos de extração, 110, 112 são usados em que ar é ustulado através do licor fértil rico em zinco para auxiliar na extração de amônia gasosa, enquanto, ao mesmo tempo a solução é continuamente aquecida. O aquecimento pode ser conseguido usando um trocador de calor interna ou mais preferivelmente externo 114 em que um líquido quente é usado para fornecer calor para o licor fértil. A mistura ar água — gás que surge a partir do licor fértil é então passada através de uma coluna de absorção 116 onde a amônia e a água são absorvidas de volta para o licor. A corrente de ar depurada resultante contém apenas pequenas quantidades de água e amônia, e, portanto, pode ser reciclada de volta para dentro dos vasos de extração 110, 112. O sistema 100 é operado como um arranjo de circuito fechado, para evitar a necessidade de toda a amônia ser removida, e, em seguida, ser descarregada.

Tanto a água como a amônia podem ser removidas na forma de vapor em um sistema de água-amônia de duas fases. As quantidades relativas de água e amônia removidas são dependentes das concentrações, pH e temperatura da solução global. O gás extraído geralmente contém mais água do que a amônia e a fração de água do gás de extração aumenta à medida que diminui o nível de amônia no licor sendo extraída. Como pode ser apreciado, energia considerável é assim necessária para remover a amônia a partir do licor quando o nível de amônia no licor diminui porque a quantidade de água evaporada se toma maior. A última parte do amônia removida pode ser em um gás com a razão de amônia para água sendo tão baixo como 1:15 ou mesmo 1:20, o que requer uma grande quantidade de energia para cada tonelada de amônia removida.

No processo da presente invenção, o licor extraído é, portanto, extraído a partir de amônia a uma concentração final de NH₃ de entre 7 e 30 g/L de H₂O e preferivelmente um pH superior a 7. O requerente considera que a exigência de energia para reduzir a concentração final de NH₃ inferior a esta faixa (e tendo uma solução de pH inferior a 7) não seria economica, devido a grande quantidade de água que é necessária para ser evaporada para remover o teor de amônia.

A eficiência energética é aumentada no sistema de extração 100 ilustrado na Figura 2 por meio de uma pluralidade de vasos /etapas de extração 110, 112. O sistema inclui de recuperação de calor entre os estágios 110, 112, passando vapor de um vaso 112 para o próximo vaso 110 para fornecer aquecimento. Neste sistema 100, a amônia, finalmente removida do sistema provém, toda, do primeiro vaso de estágio de extração 110 de concentração elevada de amônia com os gases de amônia inferiores a partir do segundo vaso de extração 112 sendo usados para transferir calor entre os vasos 110,112.

Neste projeto o licor fértil de elevado teor de zinco, elevado teor de amônia é continuamente alimentado em um em vaso de extração 1 (110). O gás sem ar — amônia - água partir do vaso de extração 2 (112) também é alimentado para dentro desse vaso 112 e fornece calor para manter o licor em ebulição ou próximo do ponto de ebulição a fim de facilitar a remoção de gás amônia. O gás saindo deste vaso 112 tem uma razão relativamente elevada de amônia-água (tipicamente em tomo de 1:6). Esse gás passa para uma coluna de absorção 116 para recuperar a amônia e água em lixívia gasta que é reciclada a partir do vaso de extração 2 (112), depois filtração para remover os cristais e resfriamento para aumentar a capacidade de absorver amônia.

Alguns cristais se formam no vaso de extração (110) e são transferidos para o vaso de extração2 (112), juntamente com o excesso de licor que entra no sistema a partir do licor fértil e a água do gás de aquecimento. O licor no vaso 2 (112) é continuamente aquecido por passagem do mesmo através de um trocador de calor 114 externo onde o calor e ustulado para o licor a partir de um licor em temperatura mais elevada, tipicamente aquecido através de um sistema de caldeira a óleo ou a gás (não ilustrada). Ar também é injetado este licor para ajudar na ebulição de amônia e água em uma mistura de gases com uma baixa razão de amônia: água (tipicamente 1:15). O gás é alimentado para dentro do vaso 1 (110) para fornecer calor. O licor é depletado em amônia provocando a precipitação de zinco e o vaso mantém uma pasta fluida de licor depletado em zinco e amônia e cristais livres de amônia.

Esta pasta fluida é continuamente removida do vaso de extração 2 (112) e resfriada de modo suficiente para permitir filtração usando equipamento de filtração convencional. Deve ser apreciado que as condições de resfriamento não são críticas para a cristalização, como a solubilidade do zinco é praticamente independente da temperatura e é controlada pela concentração de amônia.

O vaso de extração 2 (112) é preferivelmente operado sob uma pequena pressão positiva suficiente para conduzir o gás a partir deste vaso 112 para um vaso de extração (110) e superar a pressão exercida pela profundidade do líquido. Esta pressão pode ser aplicada através de uso de um sistema de soprador 118 para dirigir o ar a partir da saída da coluna de absorção de amônia para o vaso 116 112. O gás a partir do vaso 1 (110) é retirado em um ventilador de fluxo alto de pressão baixa 120 que força o mesmo em direção à coluna de absorção 116 para coleta da amônia. Esta projeto evita a necessidade de compressores para fornecer alta pressão e também evita a necessidade de sopradores ou compressores para manipular a mistura de gás com águaamônia- ar de grande volume e alta temperatura a partir dos vasos 110, 112. O ar constitui apenas uma pequena porção do gás com o vapor d’ água sendo o componente principal.

Em outra forma de realização, o licor fértil aquecido pode ser alimentado para um vaso de destilação instantânea (não ilustrado) para destilar uma corrente misturada de amônia- vapor d’água deixando um licor de zinco supersaturado.

O licor extraído resultante tem uma concentração de NH₃ de entre 7 e 30 g/L de H₂O e com um pH superior a 7. O pH e concentração de NH₃ do licor extraído resultante criam as condições de equilíbrio apropriadas dentro desse licor, para precipitar o composto de zinco básico desejável ou mistura de compostos.

Em uma forma de realização, parte ou a totalidade da mistura de vapor de ar de amônia-água a partir do estágio de extração pode ser alimentada para uma coluna de extração para retirar uma corrente de água com baixo teor de amônia e vapor de amônia é capturado em um depurador apropriado. A corrente de água, preferivelmente, tem um baixo teor de amônia e é, portanto, apropriada para uso em subsequentes etapas de lavagem e etapas de captura do vapor, tal como uma etapa de captura de vapor de cloreto de zinco, descrita abaixo. O vapor de amônia é resfriado e condensado, ou é colocado em contato com o licor aquoso usando um depurador úmido e dissolvido no licor para a reciclagem para a lixívia. O licor aquoso usado pode ser o filtrado a partir do estágio de precipitação, mas outras correntes do processo também podem ser usadas.

Em outra forma de realização todo a mistura de vapor de ar amônia- água é alimentada para uma coluna de absorção e contatada com licor aquoso resfriado, que é preferivelmente o licor depletado de zinco e amônia a partir da extração de amônia com os cristais removidos por filtração e/ou sedimentação, de tal modo que a maior parte da amônia e água são absorvidas no líquido deixando uma corrente de ar com baixo teor de amônia e água para reciclagem no circuito de extração de amônia.

Após a etapa de processo na Figura 1, o licor de zinco supersaturado é ustulado para um estágio de cristalização. Em algumas formas de realização, o estágio de cristalização pode ser conduzido in situ no interior dos vasos de extração. Um exemplo é o sistema de extração de dois estágios 100 mostrado na Figura 2, em os cristais são substancialmente formadas no vaso de extração 2 (112). Em outras formas de realização, o licor de zinco supersaturado pode ser alimentado para um vaso ou vasos de cristalização separados, por exemplo, um tanque agitado em que o licor tem uma residência prolongada para permitir que os cristais se formem e cresçam. Se desejado, o licor pode ser resfriado usando um trocador de calor antes de entrar no tanque de cristalização e resfriamento adicional pode ser fornecido ao tanque. Os cristais resultantes são filtrados em uma prensa de filtro convencional, lavados em uma corrente de água ou água-amônia (produzida a partir do estágio de extração), e, em seguida, descarregados sobre uma correia transportadora.

Os cristais são tipicamente predominantemente hidróxi cloreto de zinco, (ZN₅(OH)₈C1₂.H₂O), e hidróxido de zinco (Zn(OH)₂) com, em alguns casos, uma quantidade de óxido de zinco (ZnO). Os cristais têm tipicamente ~ 5 e 14% de Cl, com pouco ou nenhum teor de ZDC. O licor gasto a partir do filtro de prensa é substancialmente reciclado para o segundo estágio da lixiviação em dois estágios. Nesta etapa de reciclagem, o líquido gasto pode ser usado como um meio de captura no depurador que segue a coluna de separação. A lixívia gasta pode também ser usada como um meio de depuração na sequência de coluna de extração de ar quente a partir da etapa de sangria descrita abaixo. A água de lavagem do filtro de cristal, também pode ser usada em um processo subsequente, neste caso, um meio de captura de ZnCl₂ para capturar ZnCl₂ volatilizado durante a fase de ustulação. Ela também pode ser usada como água de reposição para o processo.

Os cristais são então alimentados a um processo de recuperação que pode prosseguir ao longo de várias etapas de processos diferentes para converter os cristais em um produto de óxido de zinco de baixo teor de cloreto. Tal como mostrado pelas linhas tracejadas e sólidas do processo da Figura 1, o processo de recuperação pode incluir um estágio de hidrólise, um estagio de ustulação, ou ambos. A(s) etapa(s) de recuperação exata (s) depende (m) da qualidade e pureza do produto de óxido de zinco desejado.

Em algumas formas de realização do processo, os cristais podem ser hidrolisados para converter substancialmente todo o teor do hidróxi cloreto de zinco, pelo menos um dentre hidróxido de zinco ou óxido de zinco. Quando a temperatura da água de hidrólise é quente, por exemplo, a uma temperatura de entre 100 a 130°C, um produto de hidrólise compreendendo substancialmente Zn (OH)₂ e/ou o óxido de zinco ZnO, pode ser produzido com apenas uma pequena quantidade de cloreto insolúvel residual restante. Em alguns casos, o produto de hidrólise pode incluir menos do que 0,4% de cloreto insolúvel. Esta via de conversão aplica-se a cristais que são quase todos de hidróxi cloreto de zinco (~ 13% Cl) através de cristais com menor teor de cloreto (<7%) que podem ser feitos diretamente a partir da extração de amônia precedentemente descrita e as etapas de cristalização em condições controladas.

Deve-se notar que a reação de conversão também pode prosseguir a temperaturas menores. No entanto, o requerente verificou que a reação não é tão eficiente em comparação com a reação em maior temperatura e o nível de cloreto restante no produto de hidrólise é mais elevado, sendo em tomo de 1% a 60°C, e 3% a 25°C. O cloreto total presente depende de quanto cloreto solúvel permanece também e isto é controlado por lavagem dos cristais com níveis apropriados de água.

A reação não é reversível e, uma vez formados , os cristais de baixo teor de cloreto não aumentam o teor de cloreto, quando eles são resfriados, mesmo na presença de licor contendo cloreto. A mistura pode então ser resfriada e filtrada em tomo de 50 a 60°C no equipamento de filtração convencional.

Cargas de teor muito elevado de sólidos (pelo menos 40%) podem ser usadas e, portanto, as adições de água são bastante modestas. Cristais de menor teor de cloreto são, portanto, preferidos, como estes requerem menos adição de água, que melhora a economia do processo, como a água adicionada precisa ser removida.

O cloreto liberado na água durante a hidrólise é removido usando osmose reversa para recuperar a água limpa para re-uso. O teor de cloreto é concentrado até os níveis de cloreto que são compatíveis com o licor nos estágios de lixiviação e de cristalização, permitindo que esta corrente também seja prontamente reciclada no processo.

Após a hidrólise, o produto de hidrólise pode ser secado a uma temperatura de <200°C, para produzir um produto de óxido de zinco de tipo moderado (> 99% de ZnO).

Quando um produto de alta pureza é desejado, este produto de baixo teor de cloreto - baixo teor de água pode ser alimentado em um forno. O forno apenas precisa remover uma pequena quantidade de cloreto, e nenhuma água, permitindo uma taxa de produção muito mais elevada e um sistema de depuração de gás menor e muito mais simples. O produto hidrolisado pode ser ustulado entre 300 a 800°C, para produzir óxido de zinco. Um ustulado de temperatura menor pode ser usado se substancialmente todo o teor de cloreto for removido na etapa de hidrólise. A água a partir da hidrólise contém algum zinco e, portanto, pelo menos uma porção da água da etapa de hidrólise é removida através de osmose reversa e o licor mais concentrado é ou reciclado para a lixívia ou tratado para recuperar o teor de zinco. Quando o tratamento é favorecido, a água recuperada pode ser tratada com NaOH para precipitar qualquer teor de zinco para reciclagem para o processo. A água tratada com NaOH pode ser descarregada a partir do processo como uma corrente de NaCl de baixa concentração de. Isso ajuda a manter o equilíbrio do cloreto no circuito, mas tem um custo adicional no uso de NaOH. Se todo o cloreto não é removido por meio de hidrólise, os traços finais de cloreto no precipitado podem ser removidos por ustulação do precipitado contendo zinco hidrolisado a temperaturas entre 600 a 900°C.

Em outras formas de realização do processo, os cristais são diretamente ustulados para converter o precipitado intermediário em ZnO.

Em uma forma de realização, os cristais são aquecidos a uma temperatura de entre 300 a 500°C. Esta etapa de ustulação decompõe os compostos de cloreto em ZnO e ZnCl₂. Os compostos de cloreto solúveis (principalmente ZnCl₂) são então removidos substancialmente na lixívia aquosa, para produzir um sólido lixiviado. Quaisquer traços de cloreto deixados podem então ser removidos através de uma outra etapa de ustulação, preferivelmente em temperatura mais elevada, como entre 300 a 900°C. Esta etapa também converte os compostos contendo Zn nos sólidos lixiviados para ZnO. O regime duplo de ustulação permite que menos água seja usada para remover o teor de cloreto, em comparação com a opção de recuperação precedente como ZnCl₂ é extremamente solúvel.

Em outra forma de realização do processo, os cristais podem ser aquecidos em uma atmosfera de vapor a uma temperatura de entre 350 a 500°C. Esta etapa do processo provavelmente seria realizada a uma pressão moderada, de 1 a 5 bar. Este processo visa decompor o hidroxi cloreto de zinco em ZnO e ZnCl₂ e hidrolisar o ZnCl₂ in situ para converter o mesmo em ZnO. Qualquer teor de cloreto pode ser removido como HC1.

Em outra forma de realização do processo, os cristais são diretamente ustulados em um forno a uma temperatura de entre 600 a 900°C. Qualquer ZnCl₂ volatilizada é capturado e reciclado. Ustulação entre estas temperaturas substancialmente converte o produto em óxido de zinco. Além disso, qualquer teor de cloreto do precipitado contendo zinco é volatizado a esta temperatura em predominantemente ZnCl₂, dando, assim, um produto de alta pureza de baixo teor de cloreto. Alguns traços de HC1 também podem ser retirados no início da ustulado através da reação parcial do ZnCl₂ e vapor de H₂O. Enquanto temperaturas mais elevadas aceleram a volatilização, a temperatura final de ustulação depende principalmente da economia em qualquer instalação específica. No entanto, deve-se notar que a remoção de cloretos a <0,4% de Cl no produto final tipicamente envolve a ustulação do precipitado contendo zinco a temperaturas na ordem de 500 a 800°C. Além disso, a remoção de cloretos a <0,2% de Cl no produto final tipicamente envolve a ustulação do precipitado contendo zinco a temperaturas na ordem de 600 a 800°C, mesmo com um tratamento prévio.

O precipitado contendo zinco com baixo teor de amônia é bem apropriado para ustular como o composto contendo cloreto principal o hidróxi cloreto de zinco (ZN₅(OH)₈C1₂.H₂O) decompõe em uma mistura de ZnO (a fração maior) e ZnCl₂ (a fração menor). O ZnO permanece como um sólido enquanto que o ZnCl₂ volatiliza em temperaturas elevadas.

O ZnCl₂ volatilizado pode ser prontamente capturado a partir da corrente de gás em um depurador de gases usando um meio aquoso para o reciclar de volta para a lixívia. Tal corrente de captura ZnCl₂ pode correr em um circuito de reciclagem contínuo, de modo que a composição atinge o alvo para lixiviação (estimado em ~ 200g/l de ZnCl₂). Esta solução de ZnCl₂ de elevada concentração pode então ser reciclada de volta para o processo e/ou tratada para recuperar os tipos especiais de produto ZnO. Mais comumente, o fluxo de ZnCl₂ será retomado ao estágio de cristalização, mas em alguns casos pode haver vantagens em retomar o mesmo diretamente para o circuito de lixiviação. A água da coluna de extração de amônia diretamente de através da lavagem em filtro do cristal de pode ser adicionada para reter a concentração e volume correspondente será reciclado para o processo.

Esta corrente de elevado teor de ZnCl₂ também pode ser usada para fazer produtos especiais de tipo de ZnO por precipitação de ZnO e/ou Zn (OH)₂, com elevado grau de pureza e tamanho de partícula e morfologia controlados pela adição de NaOH ou uma base semelhante ao licor de uma maneira controlada . Esta licor de elevado teor de ZnCl₂ e particularmente atraente porque tem uma pureza muito elevada.

Em outra forma de realização, o vapor de ZnCl₂ não é depurado com uma solução aquosa, mas é condensado para formar ZnCl₂ anidro de elevada pureza que pode ser recuperado e vendido separadamente como um produto.

Em cada uma das formas de realização de ustulação, um produto de óxido de zinco substancialmente puro é produzido.

O processo mostrado na Figura 1 é muito fechado, sem saída para as impurezas solúveis. Uma corrente de sangria pode ser usada para controlar o acúmulo de impurezas, tais como sódio, potássio e cloreto, que surge a partir do seu teor em poeira de EAF. O nível de sangria depende em grande medida das concentrações de sódio, cálcio, potássio e cloreto no poeira de EAF. Como mostrado na Figura 1, o sistema de sangria podem compreender a extração de <10% do filtrado a partir do estágio de filtração seguindo a cristalização e o tratamento de uma parte deste teor extraído com NaOH para elevar o pH e precipitar o Zn presente como Zn(OH)₂ . Isto permite que qualquer teor de amônia seja removido usando uma coluna de extração de ar quente deixando uma corrente de cloreto de potássio para descarga. O ar quente para este processo de extração pode ser fornecido indiretamente a partir de gases de combustão quentes provenientes do forno usado na etapa de ustulação. A amônia recuperada pode ser depurada a partir do gás em licor gasto, enquanto que a lama de Zn (OH)₂ lodo será reciclada para o estágio 1 da lixívia de dois estágios. Altemativamente, KOH pode ser usado para neutralizar o teor extraído, resultando em um produto de KC1 que pode ser vendido.

Em geral, a adição de reagente principal é NaOH para o tratamento da corrente de sangria, para recuperar amônia e zinco, enquanto produzindo uma corrente de descarga apropriada. A tonelagem de NaOH dependerá principalmente do nível das impurezas, tais como sódio e cloreto na poeira, mas é provável que seja da ordem de 50 a 100 kg/t de ZnO. Alguma amônia também pode ser requerida para equilibrar as perdas físicas.

Em outra forma de realização, o cloreto e frações elevadas de outras impurezas problemáticas podem ser removidos por lixívia dos mesmos usando água antes da poeira de EAF ou outra fonte de óxido ser submetida à lixívia de cloreto de amônio - amônia. Assim, embora não seja mostrado na Figura 1, o material contendo zinco pode sofrer um estágio preliminar de lixiviação antes do primeiro estágio de lixiviação lixiviante em que o material contendo zinco é lixiviado com água. Nessa forma de realização, a poeira é lixiviada com água em um vaso separado e, em seguida, os sólidos são removidos da água, usando um espessante ou mais geralmente um filtro. A poeira é em seguida tratada seguindo o fluxograma típico, enquanto a água contendo o cloreto e quantidades substanciais de sódio, potássio e cálcio é tratada para assegurar uma precipitação de pequenas quantidades de metais como chumbo e zinco, e, subsequentemente, descarregada. O tratamento usado comumente envolve ajustar o pH através da adições de HC1 e/ou NaOH, mas outros ácidos e bases podem ser usados. Isto pode eliminar a necessidade para o tratamento de sangria completamente ou, se não for totalmente bem sucedido, significativamente reduz a quantidade de licor necessitando tratamento a <5%, e, portanto, o custo dos reagentes e de energia necessários.

O produto deste processo é um ZnO de tipo elevado que pode ser vendido diretamente para uso ou pode ser re-dissolvido em ácido sulfurico e submetido a eletrólise para dar zinco metálico usando tecnologia convencional. O ZnO de elevada pureza é ideal para esta eletrólise como não é necessária purificação adicional. Em alguns casos, pode ser economicamente preferível fazer um ZnO de pureza inferior usando este processo de lixiviação à base de amônia e realizar a purificação final usando tecnologia conhecida a partir da solução de sulfato de zinco acídica. Nos casos em que a cimentação de poeira de zinco pode ser usada para remover impurezas metálicas e tecnologias conhecidas, tais como extração por solventes e/ou precipitação de cloreto de cobre, podem ser usadas para remover os cloretos.

O(s) material(ais) particiilado(s) dos Exemplos

Os exemplos de lixiviação a seguir trataram poeira de EAF com o teor da tabela 1.

Tabela 1

	% em peso
Zn	34,0
Cl	3,6
Pt	1,1
Ca	11,9
Cu	0,2
Cd	0,04
Pb	2,1
Mn	1,2
Fe	16,0
Na	3,7

Os exemplos de lixiviação

Exemplo 1

Testes de lixiviação foram realizados em uma amostra de poeira de EAF partir de uma aciaria da Nova Zelândia. A poeira foi lixiviada em um 5 lixiviante contendo 150g de NH₃/kg de água e NH₃Cl/kg 125g de água com 17,5% em peso de sólidos adicionados para o lixiviante. A poeira inicialmente tinha 43% de Zn presentes.

Os resultados da lixívia são fornecidos na Tabela 2. Depois da primeira lixívia, o licor foi separado do resíduo e o resíduo foi analisado e 10 verificou-se conter apenas 21,3% de zinco, indicando que mais da metade do zinco tinha sido lixiviado a partir da poeira. Além disso, o resíduo foi submetido a uma segunda lixívia usando lixiviante fresco da mesma composição e esta segunda extração reduziu o zinco a 16,8% no resíduo que mostra a vantagem de usar a lixívia de dois estágios. Uma terceira lixívia sobre 15 o resíduo foi realizada para determinar se um projeto de lixiviação de três estágios é de valor para esta poeira em particular, mas com esta terceira lixívia, o zinco no resíduo somente diminuiu a 15,1%, sugerindo que, para esta poeira, o custo adicional de um terceiro estágio de lixiviação não pode ser justificado.

Tabela 2 -Resultados de lixiviação

Metal/ Elemento (%) em resíduo

Amostra de resíduo	Zinco	Ferro	Cloreto	Cobre	Cádmio	Chum bo	Manga nês	Cálcio
Lixívia única (Inst. piloto)	21,3	17,8	4,5	0,2	0,016	4,6	2,4	3,1
Lix. em 2estágios (Piloto, então Lab)	16,8	19,9	1,3	0,2	0,007	5,5	2,8	2,9
Lix. em 3 estágios (Piloto, então 2 x lab)	15,1	22,5	0,4	0,2	0,005	5,9	3,0	2,6

A Figura 3 apresenta uma comparação visual dos valores de metal que são extraídos no lixiviado versus a quantidade restante no resíduo.

A figura 4 é uma representação gráfica de extração de impurezas solúveis versus o teor relacionado com a lixívia para um processo de lavagem com água sobre a poeira de EAF.

Exemplo 2

Um teste de lixiviação foi realizado com uma amostra de poeira de EAF fornecida a partir de uma fonte de Port Pirie, Sul da Austrália tendo uma composição geralmente similar à da poeira de EAF listada na Tabela 1. Neste caso, a poeira continha inicialmente 32,7% de zinco. A lixívia foi realizada no lixiviante contendo 50g/kg de água amônia e 50g/kg de água cloreto de amônio, a 10% p/v de sólidos de carga em uma lixívia de estágios único para permitir a extração de zinco completa máxima.

O licor de lixiviação de estágio único continha 22,3 g/L de zinco, com o resíduo contendo 16,9% de zinco correspondendo a uma eficiência de extração de zinco de 67,5%.

O trabalho adicional com este poeira de EAF particular mostrou que o limite de saturação do licor era de 34,7g/L de zinco. Um processo de lixiviação em dois estágios, conforme descrito acima em relação à Figura 2, foi verificado de modo a permitir tanto a saturação do licor como uma extração máxima de zinco a serem alcançadas concorrentemente.

Solubilidade de zinco em lixívia de NH3/NH4CI

A solubilidade do zinco em um lixiviante compreendendo 75g NH₄Cl/kg H₂O a 23, 50 e 70°C nas concentrações de NH₃ entre 0 e 75 g/kg de H20, foi investigada. Os resultados destes testes são apresentados na Tabela 3.

Tabela 3 - Lixívia de NH₃/ NH₄C1

	Zinco (g/L) em temperaturas
NH3 (g/kg do H₂O)	23°C	50°C	70°C
0	2,5	5,7	6,7
10	17,0	18,7	18,5
20	29,9	29,0	29,8
30	38,5	38,8 1	37,2
50	45,2	43,6	42,9
75	52,4	50,2	49,1

A Figura 5 apresenta os resultados em forma gráfica. Como pode ser observado, não existe uma grande diferença de solubilidade de Zn com a temperatura. A diferença principal é baseada em diferença de NH3 que indica que o Zn precipitará (formar cristais) através do processo de extração.

Exemplos de extração

Exemplo 1

Um licor de lixiviação com a composição de 100 g/1, NH3, 250g/l de NH₄C1 e 59,7% de Zn foi extraído da maior parte da amônia por aquecimento até próximo de ebulição em um frasco aberto. O licor foi então mantido neste frasco aberto e deixado resfriar levemente, enquanto um precipitado de zinco se formou. O precipitado foi separado do licor e analisado para o teor de zinco e cloro. Os cristais tinham 39,2% de Zn e 43,1% de Cl indicando que eram predominantemente ZDC.

Exemplo 2

Um licor de lixiviação com a composição de 50g/L NH3, 75g/L NH4CI e 46,5g/L de zinco foi extraído da amônia por aquecimento perto ebulição em um vaso aberto. A solução foi então deixada assentar sem mais aquecimento, enquanto os cristais se formaram no interior do licor. Os cristais foram filtrados e analisados. Eles foram verificados como contendo 62,5% de Zn e 12,7% de Cl indicando que era predominantemente hidroxi cloreto de zinco. O filtrado foi removido dos cristais continha 11,6 g/L de Zn e 11,4 g/L de NH₃ confirmando que a maior parte do NH₃ tinham sido removido e isto provocou a precipitação da maior parte do zinco.

Exemplo 3

Uma solução de licor de lixiviação contendo ~ 50 g/1, NH₃ em licor contendo 50 g/1 de NH4CI e 34 g/1 de Zn foi extraído da amônia por processo de extração por injeção de ar, de acordo com o processo de extração mostrado na Figura 2. A solução de licor de lixiviação e aquecida para manter a temperatura em tomo de 90°C.

A Figura 6 mostra a mudança em pH, concentração de amônia, a concentração de cloreto de amônio e a concentração de zinco em solução à medida que a amônia é extraída a partir da solução. A solução tem um pH inicial em tomo de 11, o que diminui a ~ 7,35 à medida que o NH₃ diminuiu a 6,8 g/1.

A Figura 7 mostra a variação na razão de água para amônia no vapor saindo fora da solução à medida que o NH₃ é extraído usando uma combinação de ar e calor. A razão de água para amônia no vapor aumenta muito rapidamente à medida que o pH diminui abaixo de 7,9, indicando que está cada vez mais difícil remover NH₃. Isto é confirmado quando traçando em gráfico a razão de NH₃/NIL|⁺ em soluções de NH₃, como uma função de pH, como mostrado na Figura 8. Este gráfico confirma que a remoção de NH₃ a partir de licor por extração em pH abaixo de 7,3 é difícil porque quase não há mais NH₃ livre disponível no licor para remoção.

Exemplos de Ustulação

Exemplo 1

Quatro amostras de cristais de zinco de composição diversa foram preparadas e ustuladas em um forno de mufla para estabelecer seu comportamento. A amostra de elevado teor de cloreto (40,31%) perdeu ~ 90% da sua massa consistente com os cristais sendo ZDC que se decompõe por volatilização de NH₃ e de ZnCl₂ em vez de formar ZnO. As amostras de menor teor de cloreto sendo predominantemente uma mistura de hidróxi cloreto de zinco e hidróxido de zinco perderam muito menos massa consistente com a reação principal sendo a perda de H₂O a partir dos cristais. Algum ZnCl₂ foi perdido para os cristais de maior teor de cloreto que tiveram perda de massa muito maior do que os cristais que tinham apenas 2,31% de Cl. Todas estas amostras tinham níveis baixos de cloreto após a ustulação e facilmente alcançaram o alvo de <0,2%, Cl necessário para o mercado planejado para este material. Os resultados deste processo de ustulação são fornecidos na Tabela 4.

Tabela 4 - Resultados de ustulação

Massa ZnO.H2O antes ustulação (g)	Massa ZnO após ustulação (g)	Massa perdida através ustulação (g)	Massa perdida através ustulação (%)	Teor cloreto em sólidos ANTES ustulação (%p/p)	Teor cloreto em sólidos ANTES ustulação (%p/p)
9,971	0,921	9,05	90,76	40,31%	0,04%
9,844	6,273	3,571	36,38	17,48%	0,06%
10,552	6,59	3,962	37,55	9,61%	0,00%
11,315	9,556	1,759	15,55	2,31%	0,00%

Ustulação realizada durante 2 horas a 800C em um forno de mufla.

Lavagem com água de poeira de NZ

Poeira da Nova Zelândia foi lavada com água (18% de carga de sólidos) com agitação vigorosa durante 40 minutos. Amostra filtrada e o resíduo e o líquido analisados por EAA para os vários elementos. Os resultados desta lixívia em água estão indicados na figura 9.

Hidrólise

Exemplo 1

O cristais de precipitado contendo zinco resultando do exemplo de lixiviação 2, foram reagidos com água em várias temperaturas elevadas, para permitir que os cristais contendo cloreto sofram hidrólise para converter os cristais em Zn (OH)₂ e/ou ZnO, com a remoção dos ions cloreto em solução.

A Figura 10 mostra o teor de cloreto residual de cristais contendo zinco, precipitados por extração de amônia e, em seguida, hidrolisados em água em temperaturas variando para reduzir o nível de cloreto dos 6,4% iniciais. O gráfico indica que o produto de cristal de Zn de baixo teor de cloreto pode ser produzido por hidrólise do precipitado contendo zinco a partir da fase de extração, se a hidrólise for conduzida a uma temperatura elevada - por exemplo, maior do que 100°C. Um ciclo de interesse particular é onde a alimentação de cristal contendo cloreto a 6,4% foi hidrolisada a 130 C durante 4 horas a 20% de sólidos (p/v). O teor de cloreto foi significativamente reduzido para 0,50% através deste processo de hidrólise.

Minérios de zinco oxidados

Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação à recuperação de zinco a partir de poeira de forno a arco elétrico (EAF), deve ser apreciado que o processo pode ser usado para recuperar zinco a partir de qualquer número de materiais contendo zinco. Por exemplo, o processo da presente invenção pode ser usado para recuperar um teor de zinco a partir de vários minérios de zinco oxidados, como os encontrados em Beltana na Austrália e em Skorpion na Namíbia (minerais típicos são willemita, hemimorfita e smithsonita).

Minérios de zinco oxidados são difíceis de tratar economicamente usando processamento convencional como elas são muitas vezes de grau muito baixo para tratar diretamente nas instalações de redução e refino, mas são difíceis de tratar hidrometalurgicamente em circuitos de ácidos, devido à presença de sílica e/ou carbonates. O requerente considera que o processo da presente invenção, em que um minério oxidado é diretamente lixiviado com um lixiviante de amônia - de cloreto de amônio e o teor de zinco é recuperado como óxido de zinco de alto grau, é particularmente apropriado para esses minérios e fornece um processo muito melhorado.

O processo usado para esses minérios de zinco oxidados é muito semelhante ao descrito acima para a poeira de EAF, exceto que o minério geralmente requer trituração até um pó antes da lixívia, enquanto que a poeira de EAF é um pó muito fino como produzido. O minério de zinco oxidado é lixiviado para dissolver a maior parte do zinco e a solução filtrada para dar um licor fértil contendo a maior parte do zinco e um resíduo para descarte. O licor fértil é então processado da mesma maneira que a usada para poeira de EAF ou qualquer outra fonte de óxido de zinco com a amônia sendo extraída para diminuir a solubilidade do zinco e precipitar cristais substancialmente livres de amônia.

Os versados na arte apreciarão que a invenção aqui descrita é susceptível de variações e modificações outras que não as especificamente descritas. Entende-se que a invenção inclui todas essas variações e modificações que estão dentro do espírito e escopo da presente invenção.

Sempre que os termos compreendem, compreende, composto de ou compreendendo são usados no presente relatório descritivo (incluindo as reivindicações), eles devem ser interpretados como especificando a presença das características, números inteiros, etapas ou componentes indicados, mas não excluindo a presença de um ou mais de outras características, números inteiros, etapas, componentes ou grupos dos mesmos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para a recuperação de zinco a partir de um material contendo zinco, o processo caracterizado pelo fato de incluir as etapas de:

lixiviar o material contendo zinco com um lixiviante alcalino compreendendo uma mistura aquosa de NH3 e NH4Q, ou equivalente iônico, tendo uma concentração de NH4Q entre 10g/L e 150 g/L de H2O e uma concentração de NH3 entre 20g/l de H2O e 250 g/L de H2O, para produzir um lixiviado contendo zinco;

extrair amônia a partir do lixiviado contendo zinco para produzir um licor extraído que inclui um precipitado contendo zinco na forma de pelo menos um hidróxido de zinco (Zn(OH)2), hidróxi cloreto de zinco (ZNs(OH)8Cl2.H2O), óxido de zinco (ZnO); ou combinação destes, o licor extraído tendo uma concentração de NH3 entre 7 e 30 g/L de H2O, e recuperar o zinco a partir do licor extraído.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o lixiviante tem uma concentração de NH4Cl entre 20 g/L de H2O e 100 g/L de H2O.
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a concentração de NH3 no lixiviante está entre 20 e 150 g/L de H2O.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a concentração de NH3 após a extração é de 10g/L de H2O.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o licor extraído tem um pH maior do que 7.
6. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de extração inclui uma etapa de processo de extração do ar.
7. Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a etapa de processo de extração de ar inclui, pelo menos, dois estágios do processo de extração, a corrente de ar e lixiviado contendo zinco

Petição 870180038311, de 09/05/2018, pág. 11/20 para fluir através dos estágios do processo de extração em um fluxo em contracorrente, e em que o lixiviado contendo zinco é continuamente aquecido em pelo menos um dos estágios do processo de extração.
8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que óxido de zinco ou hidróxi cloreto de zinco é o componente principal do zinco precipitado no licor extraído.
9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação do zinco produz um licor depletado em zinco, que é diretamente reciclado de volta para, pelo menos, uma das etapas de lixiviação, ou a etapa de extração de amônia.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação do zinco inclui a etapa de:

separar o precipitado contendo zinco a partir do licor extraído.
11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação do zinco inclui ainda pelo menos uma das etapas de:

ustular o precipitado contendo zinco a uma temperatura de entre 600 a 900°C; ou hidrolisar o precipitado contendo zinco em água tendo uma temperatura de entre 80 e 200°C.
12. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação de zinco inclui as etapas de:

hidrolisar o precipitado contendo zinco em água tendo uma temperatura de entre 80 e 200°C; e secar o precipitado de zinco em uma temperatura inferior a 200°C.
13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação do zinco inclui ainda as etapas de:

recuperar pelo menos uma parte da água a partir da etapa de

Petição 870180038311, de 09/05/2018, pág. 12/20 hidrólise, e concentrar esta água para produzir um licor concentrado e reciclar o concentrado para a etapa de lixiviação.
14. Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de ainda incluir a etapa de:

tratar o licor concentrado com hidróxido de sódio para precipitar qualquer teor de zinco para reciclagem no processo.
15. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação do zinco inclui ainda as etapas de:

um primeira etapa de ustulação, em que o precipitado contendo zinco é ustulado a uma temperatura de entre 300 a 500°C; e uma segunda etapa de ustulação, em que os sólidos ustulados são ainda ustulados entre 300 a 900°C.
16. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação do zinco inclui ainda a etapa de:

ustular o precipitado contendo zinco em uma atmosfera de vapor a uma temperatura de entre 350 a 500°C.
17. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o precipitado contendo zinco é volatizado, pelo menos, na etapa de ustulação e inclui ainda, pelo menos, uma das seguintes:

condensar o precipitado contendo zinco e separar para venda como ZnCl2 anidro, ou capturar o precipitado contendo zinco em um licor aquoso e reciclar este licor a uma etapa do processo precedente.
18. Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que após a primeira etapa de ustulação, o precipitado contendo zinco ustulado é submetido a uma etapa de lixiviação com água para produzir um sólido lixiviado.

Petição 870180038311, de 09/05/2018, pág. 13/20
19. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de recuperação de zinco inclui a etapa de:

ustular o precipitado contendo zinco hidrolisado a uma temperatura de entre 300 a 900°C.