BR112014004299B1

BR112014004299B1 - processos para separar óxido de zinco de matéria-prima contendo mistura de metais e compostos de metal e para separar zinco de matéria-prima contendo zinco

Info

Publication number: BR112014004299B1
Application number: BR112014004299-3A
Authority: BR
Inventors: Michel Laurin; Stephen C. Paspek
Original assignee: Canadus Chemical, Llc
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-10-19
Publication date: 2018-11-06
Also published as: CA2847833C; CL2014000545A1; CN103781923B; MX2014002803A; ZA201401490B; AR087637A1; CN106947872A; RU2014108468A; EP2753721B1; JP2014526614A; AU2011376315B2; US20130064743A1; US8524177B2; KR20140069116A; BR112014004299A2; MX339319B; JP5893145B2; EP2753721A1; KR101853255B1; ES2565492T3

Description

(54) Título: PROCESSOS PARA SEPARAR ÓXIDO DE ZINCO DE MATÉRIA-PRIMA CONTENDO MISTURA DE METAIS E COMPOSTOS DE METAL E PARA SEPARAR ZINCO DE MATÉRIA-PRIMA CONTENDO ZINCO (73) Titular: CANADUS CHEMICAL, LLC. Endereço: 9261 RAVENNA ROAD, SUITE B-12, TWINSBURG, OH 44087, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: MICHEL LAURIN; STEPHEN C. PASPEK.

Prazo de Validade: 20 (vinte) anos contados a partir de 19/10/2011, observadas as condições legais

Expedida em: 06/11/2018

Assinado digitalmente por:

Liane Elizabeth Caldeira Lage

Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/18 “PROCESSOS PARA SEPARAR ÓXIDO DE ZINCO

DE MATÉRIA-PRIMA CONTENDO MISTURA DE METAIS E COMPOSTOS DE METAL E PARA SEPARAR ZINCO DE MATÉRIA-PRIMA CONTENDO ZINCO” RELATÓRIO DESCRITIVO

ANTECEDENTES [0001] A hidrometalurgia é um processo para separar espécies metálicas valiosas de outros materiais menos valiosos. O processo envolve a dissolução das espécies metálicas valiosas em uma solução aquosa, que é, então, separada do resíduo insolúvel. Para aumentar a taxa de dissolução de íon e para aumentar o carregamento de íons de metal na solução, é prática comum usar uma solução ácida ou básica. Um exemplo de uma solução básica particularmente útil é uma mistura de hidróxido de sódio em água. Outros materiais alcalinos podem também ser utilizados, mas o custo relativamente baixo do hidróxido de sódio usualmente o torna a escolha mais econômica.

[0002] A solução aquosa carregada com metais dissolvidos é referida como “licor mãe”. Os metais dissolvidos podem ser recuperados do licor mãe por um ou mais meios, incluindo: eletrólise, neutralização e extração com solvente imiscível.

[0003] Os métodos hidrometalúrgicos para a recuperação de metais valiosos têm sido praticados por décadas. As discussões e exemplos seguintes baseiam-se em recuperação de óxido de zinco a partir de um material de matéria-prima mista. O óxido de zinco solúvel em base é separado de materiais solúveis não básicos. Os materiais não solúveis incluem (mas, sem limitação) metais e óxidos de metal tal como ferro, óxido de ferro, níquel, cobalto, metais preciosos e óxidos de não metal, tal como sílica.

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2/18 [0004] Há diversos processos identificados na literatura para recuperação de zinco a partir de misturas de matéria-prima contendo zinco. Estes processos tipicamente envolvem três passos genéricos:

1. Pôr em contato a matéria-prima contendo zinco com base diluída para solubilizar seletivamente o zinco, usualmente em temperaturas elevadas

2. Separar o resíduo de lixiviação da solução básica por filtração, centrifugação ou outros meios

3. Recuperar zinco da solução básica (licor mãe) por eletroobtenção, neutralização, ou outros meios.

[0005] O passo mais difícil neste processo é usualmente a separação do resíduo de lixiviação do licor mãe. As partículas finas suspensas no licor mãe são muito difíceis de remover completamente. A viscosidade e tensão superficial do licor mãe relativamente altas tornam a remoção destas partículas finas por filtração ou centrifugação excessivamente lenta. Entretanto, se as partículas não são essencialmente completamente segregadas do licor mãe, então, elas irão contaminar o produto rico em zinco no próximo passo, tornando o processo de purificação inteiro inútil.

[0006] Um artigo intitulado “Recovery ofLead and Zincfrom Electric Steelmáking Dust by the Cebedeau Process”, por J. Frenay et al. resume tentativas em escala comercial e piloto de separar zinco de espécies insolúveis em base. A alta viscosidade de soluções básicas altamente concentradas tipicamente limita operações comerciais a uma concentração máxima de cerca de 25 - 30 por cento em peso de base.

[0007] O custo de processamento hidrometalúrgico é pesadamente dependente do carregamento ou concentração das espécies de metal dissolvidas no licor mãe. Conforme o carregamento é aumentado, a quantidade de licor que deve ser processada para produzir uma dada

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3/18 quantidade de produto diminui, economizando ambos capital e despesa operacional.

[0008] As concentrações mais elevadas de base permitem carregamentos mais elevados de metais solúveis em base em solução. Entretanto, concentrações mais elevadas de base também produzem uma solução significativamente mais viscosa. Esta viscosidade mais elevada impede processamento a jusante incluindo a separação do licor mãe do resíduo de lixiviação.

[0009] Um número de processos foi desenvolvido para recuperar o zinco de vários materiais de refugo usando hidrometalurgia, mas pouco tem sido comercialmente bem sucedido. Em grande parte, isto é devido ao alto custo da recuperação das espécies de metal dissolvidas do licor mãe. Estratégias de recuperação de metal típicas incluem:

[0010] • Eletrólise, onde uma corrente elétrica de fluxo reduz os íons de metal para o metal e chapeia os átomos de metal em um eletrodo.

[0011] · Neutralização do licor a um pH próximo ao neutro para precipitar vários sais metálicos, hidróxidos ou óxidos.

[0012] · Extração de íons metálicos ou complexos com um solvente imiscível.

[0013] Todos estes métodos de recuperação de metal são relativamente caros.

[0014] • A eletrólise requer grandes quantidades de corrente elétrica para reduzir o metal de um maior estado de valência a metal. Além disso, se um óxido de metal é o produto final desejado, então, o metal base deve ser submetido a um processo de oxidação para criar a forma de óxido.

[0015] · A neutralização do licor mãe requer grandes quantidades de reagente. O processo de neutralização destrói eficazmente o licor para extração adicional e cria um fluxo de sal de refugo que deve ser eliminado.

[0016] • A extração com um solvente imiscível (tal como querosene

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4/18 dopado com uma amina orgânica) geralmente requer um grande excesso de solvente de extração e pós-processamento dispendioso para recuperar o metal do solvente imiscível.

[0017] A Patente US 4.005.061 para Lemaire revela um método de remover zinco de eletrólito zinco/ar de bateria gasta usando um solvente miscível. O material único referenciado na Patente Ό61 é caracterizado como um “refugo”, entretanto, este sistema químico é, na realidade, um material gasto contendo hidróxido de potássio e zincato de potássio mais uns poucos por cento de carbonato de potássio e impurezas de vestígio. O sistema descrito é direcionado a baterias de célula de armazenamento eletroquímico tendo um eletrodo negativo de zinco e é, portanto, diferente e substancialmente menos complexo do que o refugo metalúrgico e materiais de subprodutos que são o assunto do presente pedido. O eletrólito é gasto apenas porque o pó de zinco metálico foi oxidado pelo ar a zincato de potássio. Não foi misturado com outros materiais e apenas uma reação química simples ocorreu. Subprodutos e refugos metalúrgicos, catalisadores gastos etc., por outro lado, são misturas tipicamente complexas contendo um número de elementos químicos diferentes em concentrações significativas e eles frequentemente contêm um número de diferentes ânions também. A complexidade destes materiais requer passos de processo adicionais para separar o composto desejado de impurezas e compostos indesejáveis. Além disso, não há indicação ou sugestão de que o método descrito seria útil em outros tipos de sistemas, particularmente sistemas mais complexos, ou na recuperação de outros compostos anfóteros. As solubilidades de diferentes compostos contendo metais anfóteros podem variar significativamente. Por exemplo, sulfato de chumbo é apenas solúvel em solução de hidróxido de sódio concentrado quente, enquanto sulfato de zinco é muito solúvel em 25% de NaOH, mesmo em temperatura ambiente. A solubilidade de haletos diminui significativamente acima de cerca de 35% de cáustico em temperatura ambiente.

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SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0018] O presente pedido refere-se a um método de recuperação de zinco e óxido de zinco a partir de uma mistura de metais, óxidos de metal e outros materiais. O processo de acordo com certas modalidades compreende:

1. Dissolução do zinco em uma solução básica, tipicamente de concentração suficiente para dissolver o zinco e ainda suprimir ou prevenir a dissolução de halogênios, sais e outras espécies indesejáveis.

2. Separação da solução básica contendo o zinco dissolvido dos materiais não dissolvidos.

3. Purificação da solução básica para remover materiais sem zinco indesejáveis que são solúveis em solução básica.

4. Precipitação do zinco com um antissolvente solúvel tal como metanol.

5. Regeneração da solução básica e do antissolvente por técnicas de separação, tais como destilação ou cristalização, para recuperar uma solução básica e um antissolvente adequados para reciclagem dentro do processo.

[0019] Uma vantagem chave para este processo é que o antissolvente reduz a solubilidade de óxido de zinco em solução básica sem destruir a base. Ele não a destrói quimicamente como faria um ácido. Isso torna possível facilmente regenerar ambas a solução básica e o antissolvente para reciclar dentro do processo. Uma vantagem adicional deste processo é a capacidade de supersaturar a solução com zinco no caso em que a diluição com água é necessária para permitir a separação de sólidos do licor mãe.

[0020] O processo hidrometalúrgico como revelado nesse docu

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6/18 mento pode aumentar o carregamento de zinco em fluxos de licor mãe, aumentando, desse modo, a capacidade de um processo hidrometalúrgico, enquanto evita grandes aumentos em viscosidade de modo que operações a jusante podem prosseguir desimpedidas.

[0021] Concentrações extraordinariamente elevadas de zinco podem ser alcançadas em soluções básicas de viscosidade relativamente baixa colocando em contato primeiro o zinco ou óxido de zinco com uma solução básica concentrada (se o zinco é metálico, um agente oxidante deve também ser adicionado para oxidar o zinco) e, então, diluindo a solução com água para alcançar a viscosidade desejada. De acordo com certos aspectos, carregamentos de metal podem ser obtidos que são cerca de 3 a 5 vezes o carregamento de metal alcançado simplesmente colocando em contato o metal ou óxido de metal com base diluída.

[0022] Seria de se esperar que, adicionando água a uma solução de base concentrada e reduzindo a concentração de base, o sistema se tornaria supersaturado em íon metálico dissolvido e resultaria em precipitação. Requerentes demonstraram que bastante inesperadamente, os ions metálicos desejados permanecem em solução e não precipitam durante processamento subsequente.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0023] A FIG. 1 é um gráfico da solubilidade determinada experimentalmente de óxido de zinco em solução básica em concentrações variadas de NaOH em água.

[0024] A FIG. 2 é um fluxograma que ilustra um processo para recuperar óxido de zinco de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0025] Todos os documentos citados estão, em parte relevante, incorporados neste documento por referência; a citação de qualquer documento não deve ser interpretada como uma admissão de que ela é

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7/18 técnica precedente em relação à presente invenção.

[0026] O seguinte processo é descrito para a recuperação de óxido de zinco a partir de um material de matéria-prima mista. Um especializado na técnica poderia também aplicar estas técnicas para a separação de óxido de zinco de outros metais e óxidos de metal, incluindo níquel, cobalto, manganês e cobre, cujo valor seria substancialmente aumentado se separado do zinco. O processo descrito pode também ser utilizado para substituir a purificação convencional de zinco durante a produção de zinco.

[0027] O material de matéria-prima contendo o zinco é misturado com uma solução básica tal como uma solução de hidróxido de sódio. Se o zinco é metálico, um agente oxidante apropriado, tal como ar, deve também ser adicionado para oxidar o zinco a Zn⁺². Carregamentos mais elevados de metal dissolvido são usualmente alcançados por concentração mais elevada de base. Bases úteis, de acordo com a presente invenção, são bases inorgânicas que são altamente solúveis em água (pelo menos 25% em peso) e produz um aumento em OH, mas o cátion não forma um complexo com o zinco. Exemplos específicos de bases que podem ser usadas incluem, mas sem limitação, bases de metal alcalino, tais como hidróxido de sódio, hidróxido de lítio e hidróxido de potássio.

[0028] A Fig. 1 é um gráfico ilustrando a solubilidade de óxido de zinco em solução básica em concentrações variadas de NaOH em água.

[0029] A reação de óxido de zinco com solução de hidróxido de sódio pode ser escrita como:

ZnO + 2 NaOH + H₂O -»Na₂Zn (OH)₄ [0030] Em uma base molar, dois cátions de sódio estão associados com cada ânion de zincato bivalente. Portanto, zinco de concentrações

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8/18 mais elevadas pode ser dissolvido em concentrações mais elevadas de base. Isto aumenta dramaticamente a eficiência do processo de extração de solvente e resulta em carregamentos de zinco significativamente mais elevados.

[0031] Os dados de solubilidade mostrados na Fig. 1 claramente indicam o aumento em carregamento de óxido de zinco que pode ser obtido usando uma concentração mais elevada de solução básica. Cerca de um aumento de seis vezes é obtido aumentando a concentração da solução básica de 25% a 50%. De acordo com certas modalidades, um hidróxido de sódio concentrado é usado em que a solução pode conter mais do que 30% em massa de NaOH, mais do que 40% em massa em certos aspectos da invenção e em ainda outras modalidades mais do que 50% em massa de NaOH.

[0032] Infelizmente, uma solução com 50% em massa de base e mais do que 200 gramas de óxido de zinco dissolvido por litro de solução básica é extremamente viscosa - mesmo a temperaturas próximas à ebulição. A remoção de partículas finas suspensas de tal solução é extremamente difícil. Embora, em alguns casos, é possível flocular e estabelecer sólidos a partir de soluções de 50% de NaOH contendo mais do que 200g/L de zinco.

[0033] De acordo com os certos aspectos da presente invenção, concentrações altas de íons de zinco complexos podem ser alcançadas em uma solução básica relativamente diluída seguindo um caminho específico ou sequência de passos. Entretanto, nem todos os aspectos da presente invenção requerem uma sequência particular de passos. O fluxograma fornecido na Fig. 2 ilustra um processo para recuperação de óxido de zinco de acordo com uma modalidade da invenção.

[0034] Normalmente, equilíbrios sólido-liquido são caminhos independentes. O “estado final” é importante e o percurso para alcançar esse estado final é irrelevante. Inesperadamente, requerentes descobriram que um caminho específico permite a um produzir carregamentos de zinco muito mais elevados do que o esperado.

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9/18 [0035] O processo tira vantagem de três fenômenos:

1. Soluções básicas concentradas dissolvem mais zinco do que soluções básicas diluídas.

2. Quando água é adicionada a uma solução concentrada de íons de zinco, diluindo a base, o zinco não precipita prontamente.

3. Soluções básicas diluídas são significativamente menos viscosas e mais fáceis de manusear e processar do que soluções básicas concentradas.

[0036] Deste modo, carregando a solução básica com zinco em altas concentrações básicas e, em seguida, diluindo a solução com água para baixar a concentração de base, um pode produzir uma solução tanto com alto carregamento de zinco como viscosidade relativamente baixa.

[0037] A viscosidade relativamente baixa permite fácil processamento a jusante, incluindo separação sólido-liquido (sedimentação, centrifugação, filtração etc.).

[0038] Uma solução básica em 50% em massa de NaOH é saturada com zinco em cerca de 600 gramas de óxido de zinco por litro de solução básica. A solução pode ser diluída com água a uma concentração básica equivalente de 35% em massa de NaOH. A solução final criada seguindo este caminho contém cerca de 420 gramas de óxido de zinco por litro de solução básica. Por comparação, inicialmente dissolvendo o óxido de zinco em uma solução básica em 35% em massa de NaOH, apenas cerca de 220 gramas de óxido de zinco são dissolvidos por litro de solução básica. Diluição a 35% de NaOH reduz a viscosidade da solução e melhora a separação de resíduos sólidos do licor mãe, mas não aumenta significativamente a solubilidade de impurezas tais como sais de haleto.

[0039] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um

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10/18 carregamento de zinco cerca de três vezes maior do que o carregamento de zinco possível simplesmente iniciando com uma solução cáustica em 25% em massa de base pode ser obtido. Mesmo maiores carregamentos de zinco finais podem ser alcançados usando uma solução cáustica com mais do que 50% em massa de base. A concentração máxima de base e zinco é limitada apenas por considerações de processamento, tais como viscosidade excessiva.

[0040] Também não há requisito específico para diluir a solução concentrada a apenas 25% em massa de concentração básica. Dependendo dos requisitos do equipamento de processamento a jusante, deve-se apenas adicionar água suficiente para reduzir a viscosidade ao nível desejado. De um ponto de vista prático, a solução tipicamente será diluída a uma concentração de cerca de 15 - 30% em massa de concentração básica. Em outros casos, a solução pode ser diluída a uma concentração de cerca de 30 - 35% de concentração básica. Esta solução básica mais alta, por exemplo, pode ser particularmente útil se halogênios são para ser separados do zinco. Naturalmente, concentrações fora do alcance especificado estão também dentro do escopo da presente invenção.

[0041] Como revelado nesse documento, água pode ser adicionada a uma solução concentrada de zincato de sódio fornecendo diluição e uma redução em viscosidade a ocorrer sem precipitar quaisquer particulados portadores de zinco. Os ions de zinco permanecem em solução em concentrações muito maiores do que predito pela curva de solubilidade fornecida na Fig. 1. Isto permite a separação mais fácil de partículas suspensas do licor mãe enquanto retém um alto carregamento de zinco em solução.

[0042] Em alguns aspectos, processamento adicional pode ser realizado sem diluição do licor mãe. De acordo com outras modalidades, o licor mãe pode ser diluído pela adição de uma quantidade de água até

30% em peso da solução de NaOH original para fornecer uma solução de baixa viscosidade que facilita separação sólido líquido adicional. O

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11/18 licor mãe pode ser diluído com água suficiente para reduzir a viscosidade da pasta em pelo menos 10% e de acordo com certos aspectos da invenção em pelo menos 50% e em ainda outros aspectos em pelo menos 75%.

[0043] Altos carregamentos de zinco são importantes no projeto de uma planta hidrometalúrgica. A taxa de dissolução também geralmente aumenta com o aumento da temperatura de solução e aumento da intensidade da mistura, ambas as quais favorecem transferência de massa aumentada do sólido para o líquido. Quanto mais alto o carregamento de zinco, menor a taxa básica de circulação requerida para a recuperação de uma dada quantidade de zinco. Uma redução na taxa básica de circulação tem um maior impacto em ambos capital e custo operacional.

[0044] O licor mãe (solução básica contendo o zinco dissolvido) pode ser separado do material residual por qualquer número de técnicas disponíveis comercialmente incluindo sedimentação, centrifugação e filtração.

[0045] Embora o licor mãe tenha sido diluído, o carregamento de metal resultante é ainda acima do carregamento de metal que podería ter sido alcançado se a solução não tivesse previamente sido tão altamente concentrada durante o passo de extração do processo. Em suma, a solução é supersaturada. Criando tal solução supersaturada, pode-se aumentar a eficiência de processamento minimizando a quantidade de licor mãe que deve ser processada por unidade de metal recuperado.

[0046] Para reduzir a quantidade de material que deve ser manuseada, o licor mãe pode ser reconstituído, após impurezas terem sido removidas, a uma concentração de base de em ou próxima à concentração inicial. Como usado nesse documento, o termo “reconstituído” significa aumentar a concentração de base do licor mãe a níveis se aproximando daqueles da solução de lixiviação inicial. De acordo com certas modalidades, a solução mãe é reconstituída para obter uma concentração de base maior do que cerca de 25%. De acordo com

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12/18 modalidades particulares a concentração de base é reconstituída para maior do que cerca de 30%, maior do que cerca de 35%, mais particularmente maior do que cerca de 40% e em certas modalidades cerca de 50% a maior do que 50% de base. Reconstituindo o licor mãe a concentrações mais altas de base, a quantidade de solução que deve ser processada é reduzida e a quantidade de antissolvente requerida para precipitar o óxido de zinco é também reduzida. Reconstituir a solução para obter uma solução mais concentrada pode ser realizado de acordo com métodos convencionais, tal como evaporação.

[0047] Deve ser notado que certos materiais dissolvidos tais como cobre, chumbo, alumina, sílica, alguns halogênios e cálcio podem ser removidos a partir de uma solução de zincato de sódio antes da precipitação antissolvente por técnicas conhecidas tais como precipitação, eletrólise ou cimentação. Isto resulta na produção subsequente de um produto de óxido de zinco extremamente puro. Os procedimentos de purificação exatos dependerão da na combinação das impurezas e das propriedades particulares da composição. Precipitação com óxido de cálcio ou outros óxidos de metal alcalino e cimentação com metal de zinco são métodos particularmente úteis que podem ser empregados com muitos materiais comuns. Não é sempre necessário filtrar o lixiviado antes de submeter a composição a cimentação e/ou precipitação.

[0048] Óxido de zinco pode ser precipitado a partir de um licor mãe adicionando um antissolvente solúvel. Antissolventes são solúveis no licor mãe e forçam eficazmente o zinco dissolvido a precipitar a partir do licor mãe. Um antissolvente solúvel reduz a solubilidade de zinco na solução básica, fazendo com que as espécies dissolvidas precipitem usualmente como o óxido de metal, hidróxido, ou uma mistura de óxidos e hidróxidos.

[0049] Moléculas de antissolvente solúveis frequentemente têm uma parte de hidrocarboneto apoiar e uma parte polar contendo heteroátomos tais como oxigênio, nitrogênio ou enxofre. Ê essa funcionalidade polar que permite ao antissolvente ser solúvel com o licor mãe.

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Exemplos específicos de antissolventes úteis na presente invenção incluem, mas, sem limitação, metanol, etanol, propanol etc. Metanol é particularmente útil e produz precipitação das espécies dissolvidas em quantidades relativamente baixas.

[0050] O antissolvente solúvel baixa a solubilidade de espécies dissolvidas no licor mãe, fazendo com que elas precipitem. Contudo, o antissolvente solúvel não neutraliza ou destrói permanentemente os componentes básicos da solução. Em vez disso, forma uma nova solução que pode facilmente ser separada para regenerar ambas a solução básica e o antissolvente.

[0051] O passo de precipitação é melhor executado bem abaixo do ponto de ebulição do antissolvente para evitar vaporização excessiva do antissolvente. Temperatura e pressão ótimas são uma função das propriedades físicas do antissolvente.

[0052] A quantidade de metal precipitado (como uma percentagem do metal total em solução) tipicamente aumenta conforme a quantidade de antissolvente aumenta. A quantidade de antissolvente requerida irá variar com base nas condições de processamento particulares e antissolvente usado. Tipicamente, cerca de 1 a 5 volumes de antissolvente por 1 volume de licor mãe irá causar a precipitação de mais do que cerca de 90% do óxido de metal no licor mãe.

[0053] A proporção real de antissolvente solúvel para licor mãe é uma função da concentração de zinco em solução, a concentração de base em solução e a recuperação desejada no processo.

[0054] A precipitação começa imediatamente após adição do antissolvente e está completa dentro de poucos minutos. O tamanho das partículas de óxido de zinco inicialmente formadas é <2 pm. Se é permitida à pasta misturar antes do óxido de zinco estar separado do líquido, o tamanho das partículas irá aumentar. Isto fornece um método de produzir produtos de óxido de zinco de tamanhos de partícula variados e áreas superficiais específicas. Tamanho de partícula e área superficial específica são importantes em alguns usos de óxido de zinco.

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14/18 [0055] Geralmente, quanto mais alta a concentração inicial de zinco em solução básica e quanto mais alta a concentração cáustica, maior percentagem de zinco é recuperada para uma dada dosagem de antissolvente.

[0056] Uma simples destilação irá geralmente recuperar antissolventes com baixo a moderado pontos de ebulição do licor mãe gasto, regenerando ambos o antissolvente e a solução básica. Recristalização e outros meios convencionais podem ser também usados para regenerar a solução básica e antissolvente. Ambas a solução básica e o antissolvente podem, então, ser reciclados dentro do processo para tratar o próximo lote de material de matéria-prima.

[0057] Tal esquema de regeneração é significativamente menos caro do que aquele envolvendo a destruição da solução básica através de reação com ácido (formando uma solução de sal de refugo), seguida pela compra de base fresca para tratar o próximo lote de material de matéria-prima.

[0058] Cristalização e separação por membrana são exemplos de métodos de regeneração que podem ser usados neste passo. Outros métodos de regeneração podem também ser usados como pode ser determinado por alguém de habilidade comum na técnica.

[0059] Certos aspectos da presente invenção estão ilustrados em mais detalhe pelo seguinte exemplo não limitativo.

Exemplo Específico para a Recuperação de Óxido de Zinco [0060] A matéria-prima para esta demonstração do processo foi uma poeira de filtro de manga de um fabricante de lingote de latão. Foi processado para recuperar um óxido de zinco muito puro como descrito em detalhe abaixo.

[0061] A matéria-prima, referida na indústria como “fumo de latão, foi formada durante a produção de ligas de latão. Continha cerca de 65% em massa de zinco, juntamente com menores quantidades de

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15/18 chumbo, cobre e outros materiais. O material de matéria-prima foi analisado usando ICP (Plasma Acoplado Indutivamente) para determinar as concentrações de várias espécies metálicas. Uma análise da matéria-prima pode ser encontrada na Tabela 1.

Tabela 1

Amostra de Alimentação de ZnO

Material	Resultados/Unidades
B	0,34%
Cd	0,18%
Cu	0,62%
K	0,41%
Na	2,14%
Pb	10,75%
Si	0,15%
Sn	0,69%
Zn	65,3%

[0062]

Outros Mg, Al, Cr, Mn, Fe, Bi 0,01 - 0,1%

Ti, Ni, As, Mo, Ag, Sb, 0,001 - 0,01%

W [0063] Elementos procurados mas não detectados Be,

Ca, Co, Ge, In, Nb, Sr, V, Zr

Passo 1: Dissolução

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16/18 [0064] Duzentos gramas deste material de matéria-prima foram misturados com 650 gramas de uma solução básica que continha 50% de hidróxido de sódio em peso. A mistura de matéria-prima e solução básica foi aquecida a 100 °C por cerca de uma hora com agitação contínua. Uma grande porção do material de matéria-prima dissolveu na solução básica. O carregamento de zinco calculado estava em excesso de 250 gramas de zinco por litro de solução.

[0065] Após uma hora, a solução foi resfriada a cerca de 50° C e 325 gramas adicionais de água foram adicionados, reduzindo a força básica efetiva ao equivalente a 33% de base. Nenhum precipitado foi observado. O carregamento de zinco neste ponto no processo estava em excesso de 167 gramas por litro. Note que a solubilidade de zinco em uma solução básica 33% é apenas cerca de 145 gramas por litro, tornando esta solução supersaturada como descrito acima.

Passo 2: Separação Sólido-Líquido [0066] O licor mãe foi separado do material de refugo por filtração através de um filtro de fibra de vidro em temperatura ambiente, usando um vácuo para aumentar a taxa de filtração. Aproximadamente 10 gramas de resíduo preto fino permaneceram no filtro.

[0067] A cimentação foi, então, usada para remover estanho, cádmio, chumbo e cobre indesejados do licor mãe. A pasta foi aquecida a 80° C por 30 minutos com agitação constante e, então, cerca de 15 gramas de metal de zinco finamente pulverizado foram misturados dentro do licor mãe. O pó de zinco reagiu com os íons de chumbo e cobre em solução. Após 30 minutos, os sólidos foram separados do licor mãe por filtração à vácuo.

[0068] Para garantir a pureza, o procedimento de cimentação acima foi repetido. Pequena mudança na aparência do pó de zinco foi notada durante a segunda cimentação, indicando que todos os metais abaixo do zinco na série eletromotriz tinham reagido com o zinco metáPetição 870180041145, de 16/05/2018, pág. 23/29

17/18 lico e foram removidos do licor mãe.

Passo 3: Precipitação de Óxido de Zinco com Antissolvente [0069] O licor mãe foi filtrado como antes, resfriado à temperatura ambiente e tratado com quatro volumes de metanol em pressão e temperatura ambiente. Um precipitado branco imediatamente formouse após a adição do metanol ao licor mãe.

[0070] Os sólidos precipitados foram recuperados a partir da mistura de solução básica gasta e antissolvente por filtração à vácuo. O filtrado foi primeiro lavado com metanol para remover cáustico e, então, lavado repetidamente com água quente para remover qualquer solução básica residual ou antissolvente e foi, então, seco em 100° C. Aproximadamente 150 gramas de pó branco brilhante seco foi recuperado.

[0071] O precipitado do produto foi analisado usando ICP (Plasma Acoplado Indutivamente) para determinar as concentrações de várias espécies metálicas. A amostra foi apenas parcialmente lavada. Tipicamente, operações de grande escala que utilizam lavagem completa e purificação da amostra forneceríam amostras de pureza mais alta e menos impurezas. Impurezas podem ser diminuídas a menos do que 10 ppm. Os resultados para o produto de ZnO são mostrados na Tabela 2.

Tabela 2

Amostra de Produto de ZnO

Material	Resultados /Unidades
Ca	0,23%
Na	0,31%
Si	0,28%
Zn	79,1%

[0072]

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Outros Mg, Cr, Sn 0,01 - 0,1%

B, Al, Mn, Fe, Ni, Cu, As, Sr, Sb, 0,001 Pb 0,01% [0073] Elementos procurados, mas não detectados

Ag, Be, Bi, Cd, Co, Ge, In, Mo, Nb, Ti, V, W, Zr

Passo 4: Regeneração de Solução Básica e Antissolvente [0074] A mistura de antissolvente e base gasta foi, então, regenerada por destilação. Uma fase da destilação resultou em uma pureza de metanol de cerca de 90 %. Tal solução de metanol e água tem sido demonstrado ser um antissolvente aceitável. Se desejado, purificação adicional do metanol pode ser alcançada por retificação em uma coluna de destilação multifase.

[0075] Os “fundos” da destilação ou produto líquido pesado foi uma solução básica contendo cerca de 35% em massa de hidróxido de sódio. Aquecimento adicional causaria vaporização adicional de água e a concentração do hidróxido de sódio poderia prontamente ser aumentada até 50% (ou mais) para uso em lotes subsequentes de lixiviação de material bruto.

[0076] O aumento do carregamento de metal líquido resulta em ambos bens de capital e economias no custo operacional. Menos solução é requerida para recuperar a mesma quantidade de metal, conduzindo a tanques, bombas, filtros etc. menores. Menos energia térmica é também requerida resultando em custos operacionais mais baixos.

[0077] Por não aumentar significativamente a viscosidade do licor mãe, um é capaz de continuar a utilizar o mesmo equipamento a jusante do processo de lixiviação com nenhum impedimento à transferência de massa. Isto resulta em um aumento significativo na taxa de produção ao longo de toda a planta hidrometalúrgica.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, caracterizado por que compreende os seguintes passos:

a. lixiviar e oxidar, se zinco está presente como o metal, uma matéria-prima contendo zinco com uma solução básica inorgânica concentrada contendo mais do que 25% em massa de base para formar uma pasta em que a base contém um cátion que não forma um complexo com o zinco;

b. opcionalmente, diluir a pasta com uma quantidade de água suficiente para reduzir a viscosidade da pasta, desse modo facilitando a separação de um licor mãe contendo zinco dissolvido de materiais insolúveis;

c. separar os materiais insolúveis do licor mãe; e

d. precipitar óxido de zinco do licor mãe adicionando um antissolvente ao licor mãe.
2 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que ainda compreende:

e. recuperar o óxido de zinco precipitado do licor mãe gasto; e/ou

f. regenerar a dita solução básica e o dito antissolvente para reutilização; e/ou

g. repetir os passos a até f; e/ou

h. remover componentes dissolvidos indesejáveis do dito li

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i. os ditos componentes são removidos por pelo menos uma de precipitação e cimentação.
3 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o dito passo de lixiviação é executado a temperaturas maiores do que temperatura ambiente e menores ou iguais ao ponto de ebulição da pasta; e/ou o dito passo de lixiviação é executado a temperaturas maiores que o ponto de ebulição normal da pasta e a pressões maiores do que 1 atmosfera.
4 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a dita solução básica compreende hidróxido de sódio; e/ou a solução de hidróxido de sódio compreende mais do que 35% de NaOH em peso.
5 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o passo b opcional é omitido.
6 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a pasta é diluída com água a uma concentração equivalente de 35% de base; e/ou a pasta é diluída a uma concentração equivalente de 25% de base.
7 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o dito antissolvente compreende metanol; e/ou de um a cinco volumes de antissolvente são adicionados para cada um volume de licor mãe.

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8 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que o passo c ainda compreende reconstituir o dito licor mãe após separar o licor mãe dos ditos materiais insolúveis.
9 - Processo Para Separar Óxido de Zinco de Matéria-Prima Contendo Mistura de Metais e Compostos de Metal, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por que a dita pasta é diluída pela adição de pelo menos 30% de água com base no peso original de água na pasta.
10 - Processo Para Separar Zinco de Matéria-Prima Contendo Zinco, caracterizado por que compreende os seguintes passos:

a. colocar em contato uma matéria-prima contendo zinco com uma solução básica inorgânica concentrada compreendendo uma base, em que a base contém um cátion que não forma um complexo com o zinco, para formar uma pasta, em que a pasta compreende materiais não dissolvidos e um licor mãe contendo materiais dissolvidos;

b. separar o licor mãe contendo zinco dissolvido de materiais insolúveis;

c. purificar o licor mãe para remover materiais sem zinco solúveis na solução básica; e

d. precipitar óxido de zinco do licor mãe purificado adicionando um antissolvente ao licor mãe.
11 - Processo Para Separar Zinco de Matéria-Prima Contendo Zinco, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que ainda compreende:

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e. recuperar o óxido de zinco precipitado do licor mãe gasto; e/ou

f. regenerar a dita solução básica e o dito antissolvente para reutilização submetendo o dito licor gasto à destilação; e/ou

g. repetir os passos a até f; e/ou

h. o passo b compreende um método de separação selecionado a partir do grupo consistindo de sedimentação, filtração, centrifugação e combinações dos mesmos; e/ou

i. o passo b ainda compreende reconstituir o dito licor mãe após separar o licor mãe dos ditos materiais insolúveis; e/ou

j. a solução básica compreende de 25% a 50% de base em peso; e/ou

k. o óxido de zinco precipitado é filtrado, lavado para remover cáustico e seco.
12 - Processo Para Separar Zinco de Matéria-Prima Contendo Zinco, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que o dito passo de contato é executado em temperaturas elevadas.
13 - Processo Para Separar Zinco de Matéria-Prima Contendo Zinco, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que a dita solução básica compreende hidróxido de sódio; e/ou a solução de hidróxido de sódio compreende mais do que 35% de NaOH em peso.
14 - Processo Para Separar Zinco de Matéria-Prima Contendo Zinco, de acordo com a Reivindicação 10, caracterizado por que o dito antissolvente compreende metanol; e/ou de um a cinco volumes de antissolvente são adicionados para cada um volume de licor mãe.

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Solubilidade do ZnO na Solução Cáustica ovònios ap oijxq joj quz ap reurejo