BRPI0214815B1 - método para precipitação de ferro, na forma de hematita, a partir de uma solução de sulfato de zinco - Google Patents

Abstract

"método para precipitação de ferro, na forma de hematita, a partir de uma solução de sulfato de zinco". a presente invenção se refere a um método para remoção de ferro, na forma de hematita, de uma solução de sulfato de zinco, em condições atmosféricas, durante a preparação eletrolítica do zinco. de acordo com o referido método, o ph da solução que contém ferro é ajustado para um valor de pelo menos 2, 7, e o gás que contém oxigênio é alimentado à solução, em que parte da hematita assim formada é recirculada para o estágio de precipitação.

Description

"MÉTODO PARA PRECIPITAÇÃO DE FERRO, NA FORMA DE HEMATITA, A PARTIR DE UMA SOLUÇÃO DE SULFATO DE ZINCO". A presente invenção se refere a um método para remoção de ferro, na forma de hematita, de uma solução de sulfato de zinco, em condições atmosféricas, durante a preparação eletrolítica de zinco. A calcina de zinco, obtida mediante calcinação de concentrados sulfídicos de zinco, é geralmente usada como material de partida na preparação eletrolítica do zinco. 0 principal componente da calcina é o óxido de zinco (ZnO), mas alguma quantidade de zinco é também ligada ao ferro na forma de ferrita de zinco (ZnO. ^2()3) . A quantidade de ferrita de zinco é normalmente tão considerável que a recuperação de zinco da mesma é inevitável. 0 óxido de zinco é facilmente solúvel, mesmo em altos valores de pH, enquanto a ferrita tem de ser lixiviada em um teor mais alto de ácido. A lixiviação da ferrita é realizada em um estágio separado, em que 0 zinco e o ferro são dissolvidos. 0 ferro deve ser precipitado a partir da solução obtida antes da solução poder ser retornada à lixívia neutra e daí para a purificação da solução de sulfato de zinco e eletrólise. 0 processo acima é descrito, por exemplo, nas Patentes U.S. Nos. 3.434.947 e 3.493.365. A lixiviação de óxido de zinco em processos industriais, uma lixívia neutra, é geralmente realizada em um pH de 2-5, com lixiviação da ferrita com um teor de ácido entre 30-100 g H2S04/1. A solução de lixiviação da ferrita, que contém zinco e ferro dissolvidos, é bastante ácida, sendo normalmente previamente neutralizada antes do ferro ser precipitado da mesma. A lixiviação da ferrita pode também ser combinada com o estágio de precipitação de ferro. Esse método é conhecido como processo de conversão, sendo descrito na Patente U.S. No. 3.959.437.

Nos dias de hoje, a lixiviação do concentrado de zinco é também combinada com óxido de zinco ou com a lixiviação da calcina, em ainda maiores quantidades. 0 concentrado é alimentado à lixiviação da ferrita ou é. lixiviado como uma lixivia de pressão separada. 0 principal componente na lixiviação do concentrado é o sulfeto de zinco (ZnS). Nesse caso, também, alguma quantidade.de zinco é ligada à ferrita de zinco. Além disso, o ferro no concentrado é ligado à pirita (FeS2) e alguma quantidade■de zinco do sulfeto de zinco pode ser substituída por ferro. Por essa razão, um estágio de remoção de ferro é também necessário em um processo de zinco que se baseia na lixiviação de concentrado ou inclui um estágio de lixiviação de concentrado. 0 teor de zinco da solução de sulfato de zinco que vai precipitar o ferro é normalmente da ordem de 120— 180 g/1. Dependendo do processo usado, a quantidade de ferro trivalente férrico na solução de sulfato de zinco varia de algumas gramas a um número indeterminado de gramas por litro.Três processos de precipitação de ferro se encontram em uso e neles, o fero é. precipitado como jarosita Na[Fe3 (S04) 2(OH)5] , goetita (FeOOH) ou hematita (Fe203).

Quando o ferro é precipitado como jarosita ou goetita, deve ser usado um agente de neutralização na precipitação, de modo a neutralizar o ácido sulfúrico liberado nas reações. Normalmente, o agente de neutralização é a calcina.

Um processo convencional de jarosita é descrito na Patente U.S. No. 3.434.947, pelo que o ferro é precipitado em uma temperatura próxima ao ponto de ebulição. 0 ácido livre é neutralizado para um valor de 3-5 g/1 de H2S04 (pH ótimo de 1,5). A quantidade de ferro na solução de sulfato de zinco é de 20-35 g/1. A fim de que a jarosita obtenha uma forma essencialmente cristalina, a qual apresenta benéficas propriedades .de deposição, são também adicionados à solução ions de potássio, sódio ou amônia. A precipitação da goetita é descrita, por exemplo, na Patente U.S. No. 4.676.828. Nesse método, a quantidade de ácido livre na solução de sulfato de zinco que vai precipitar 0 ferro é de 4-8 g/1 e a quantidade de ferro férrico de 1-2 g/1. Oxigênio e calcina são adicionados à solução, de modo que 0 ferro é precipitado como goetita.

Quando 0 ferro é precipitado na forma de hematita de acordo com 0 método convencional, isso é realizado a . partir de uma solução, da qual 0 ferro é primeiro reduzido da forma trivalente para a forma divalente. Depois disso, 0 ferro é precipitado hidroliticamente mediante oxidação, sem neutralização: (2) A precipitação do ferro, entretanto, deve ser realizada em uma autoclave, sob temperatura de cerca de 200°C, com uma pressão parcial de oxigênio de cerca de 18 bar, o que tem essencialmente restringido a adoção do método, muito embota a hematita seja, de fato, a forma mais conveniente do ponto-de-vista ambiental, do. precipitado de ferro.

Agora, foi surpreendentemente descoberto que, com um adequado ajuste de condições, o ferro pode ser precipitado na forma de hematita, a partir de uma solução de sulfato de zinco contendo ferro, também, em condições atmosféricas. 0 termo condições atmosféricas, aqui significa as condições onde os reatores usados no estágio de precipitação são despressurizados e a temperatura da solução de sulfato de zinco é regulada para se situar entre 80°C e o ponto de ebulição da solução. De acordo com o método agora desenvolvido, o pH da solução é neutralizado no estágio de precipitação do ferro para um valor de pelo menos 2,7 e o oxigênio é alimentado à solução na forma de oxigênio ou de gás contendo oxigênio. Durante a precipitação, deve haver também alguns núcleos de hematita na solução, isto é, o precipitado gerado na precipitação é recirculado do final do estágio de precipitação, retornando para o inicio. As características essenciais da invenção se tornarão evidentes, das reivindicações anexas. 0 teor de ácido sulfúrico da solução de sulfato de zinco que vai precipitar o ferro, depende do processo usado. A solução de sulfato de zinco da lixiviação da ferrita é geralmente mais ácida, com talvez 10-40 g de ácido sulfúrico por litro. Se a solução for proveniente de um estágio de lixiviação de concentrado, o seu teor de ácido sulfúrico pode ser um pouco menor. Para precipitação da hematita, a solução deve ser neutralizada antes de ser alimentada ao estágio de precipitação do ferro. 0 ácido sulfúrico gerado durante a precipitação da hematita, deve ser também neutralizado, a fim de manter o pH estável. A neutralização pode ser realizada usando qualquer agente .de neutralização apropriado. Os testes realizados mostraram que o pH da solução no inicio da precipitação deve ser de pelo menos 2,7. 0 agente de neutralização geralmente usado na precipitação da goetita e jarosita é a calcina. Além da calcina, os compostos de cálcio são usados como agentes de neutralização e os compostos de hidróxido e amônia, tais como, hidróxido de sódio, são também efetivos agentes de neutralização. A reação de precipitação da hematita também necessita de oxigênio, dessa forma, o oxigênio é alimentado para precipitação na forma de oxigênio ou na forma de um gás contendo oxigênio, tal como o ar.

Na precipitação da hematita que ocorre em condições atmosféricas, é essencial que o precipitado de hematita gerado seja recirculado para o inicio do estágio de precipitação, na forma de núcleos de hematita. A recirculação ocorre, por exemplo, mediante roteamento do precipitado de hematita obtido da etapa de separação liquido-sólido, após o estágio de precipitação, para retornar ao início do processo, como núcleos de cristais para o novo precipitado. Preferencialmente, pelo menos 1/5 do precipitado é recirculado para o invenção;icio do estágio de precipitação.

Foi também descoberto pelos presentes inventores que através da mistura do agente de neutralização e do precipitado de recirculação de hematita e de uma boa e controlada dispersão do gás contendo oxigênio para o estágio de precipitação da pasta fluida do reator, em ambos os reatores, se proporciona um efeito benéfico para a precipitação do ferro na forma de hematita. Um método vantajoso é se utilizar um misturador com baixa força de cisalhamento, mas com um diâmetro de mais da metade daquele do reator de mistura. Tal tipo de misturador é descrito na Patente U.S. No. 5.182.087, em que o diâmetro do misturador é de pelo menos 0,7 vezes o diâmetro do reator. A precipitação do ferro na forma de hematita, particularmente, quando pode ser realizada sob condições atmosféricas, é vantajosa em diversos aspectos. Primeiramente, o teor de ferro da hematita é conhecido, por exemplo, como sendo o dobro do teor de ferro da jarosita. Isso significa que a quantidade de resíduo gerada é de cerca de metade da correspondente quantidade de jarosita. O teor de zinco da hematita é bastante abaixo do nível de zinco na jarosita e goetita, de modo que os rendimentos da recuperação de zinco são melhorados. A Tabela abaixo apresenta uma comparação entre os diversos processos alternativos quando a hematita é formada em uma autoclave (Okada S. e outros: "Zinc Residue Treatment at Iijima Refinery", TMS de ΑΙΜΕ, Artigo No. A84-51, página 8).

Quando da pesquisa do método da presente invenção, foi descoberto que a hematita pode ser produzida para diretamente se precipitar sobre os núcleos de hematita quando as condições se apresentarem corretas, conforme descrito acima. Se as condições não forem exatamente corretas, a precipitação pode também ocorrer parcialmente, na forma de jarosita ou de goetita. 0 precipitado obtido do estágio de precipitação é roteado para a separação normal de sólidos, de onde a solução de sulfato de zinco isenta de ferro obtida é alimentada a um estágio de lixiviação neutra e a hematita se precipita tento para a área residual como para posterior processamento.

Muitos processos que são normalmente executados sob pressão e temperatura aumentadas, também se realizam em condições atmosféricas, mas as reações necessárias ao processo prosseguem tão lentamente que o método não pode ser adotado. A pesquisa mostrou agora, entretanto, que o ferro pode ser precipitado na forma de hematita em condições atmosféricas e que o tempo de precipitação é ainda mais curto, por exemplo, do que na precipitação da jarosita. Portanto, foi possível se precipitar o ferro, na forma de hematita, a partir de uma solução de sulfato de zinco em condições favoráveis, em uma média de 3-6 horas. A invenção será agora ainda descrita com a ajuda dos seguintes exemplos.

Exemplo 1 0 ferro foi precipitado de uma solução de sulfato de zinco em testes de batelada, usando um recipiente de 5 litros como reator de mistura e um misturador de gás, que satisfatoriamente dispersa o gás, conforme descrito, por exemplo, na Patente U.S. No. 4.548.765. 0 pH da solução de sulfato de zinco foi elevado com a adição de NaOH, de um valor inferior a 1 para um valor de 3,1, sendo mantido nesse valor sob uma temperatura de 93°C. A solução continha cerca de 120 g zinco/litro e cerca de 9,3 g ferro/litro.

Cerca de 55 g/1 de hematita pura foram usados como núcleos de hematita. Depois de 5,5 horas, o ferro quase que completamente se precipitou da solução, e o teor final de ferro na solução foi de 65 mg/1. Assim, o teor de ferro do precipitado testado em batelada foi de 70% em peso e o teor de zinco de cerca de 0,5%. A composição de hematita do precipitado foi confirmada por meio de análise de difração de raios X (XRD - sigla em Inglês de "X-ray Diffraction Analysis").

Exemplo 2 Um teste de precipitação de ferro foi realizado em uma solução de sulfato de zinco, em um aparelho de teste continuo. O aparelho consistia de três reatores de mistura, cada qual tendo um volume de 5 litros, e um dispositivo espessador, também de volume de 5 litros. A temperatura dos reatores foi regulada para 96°C e o pH para 3,0. A solução de sulfato de zinco, com um teor de ferro de cerca de 9,5 g/1 e o pH elevado para um valor de 3,0, foi alimentada dentro do primeiro reator de mistura a uma vazão de 1000 ml/h. Um misturador tipo espiral foi usado como reator de mistura, com o qual foi obtida uma mistura uniforme em todo o volume da solução. Cerca de 75% do fluxo inferior do misturador foi recirculado de volta e o restante foi..tomado como precipitado de hematita. 0 teor de ferro da solução transbordada do dispositivo espessador foi de cerca de 500 mg/1 e o teor de ferro do fluxo inferior de 52%. A análise de difração de raios X mostrou o precipitado como sendo hematita.

Conforme mostrado pelos exemplos acima, a precipitação do ferro, na forma de hematita, a partir de uma solução de sulfato de zinco, também se realiza em condições atmosféricas quando as condições são apropriadas de modo favorável. No teste de batelada, o teor de ferro no precipitado foi ainda mais alto (70%) que o teor de ferro relatado na precipitação da autoclave (50-60%), mas o teste continuo, também alcançou os níveis do teor de ferro preparado em uma autoclave. O precipitado obtido apresentou satisfatórias propriedades de filtração.

Claims (5)

1. Método para remoção de ferro, na forma de hematita, de uma solução de sulfato de zinco que contém ferro, caracterizado pelo fato: - do estágio de precipitação de ferro ser executado em condições atmosféricas mediante uso de reatores despressurizados, - da temperatura da solução de sulfato de zinco ser mantida na faixa de 80°C até o ponto de ebulição da solução, de serem adicionados à solução um agente de neutralização para elevar o pH para pelo menos 2,7 e um gás contendo oxigênio, e em que a precipitação é realizada na presença de núcleos de hematita, do agente de neutralização e do gás contendo oxigênio serem alimentados aos reatores de estágio de precipitação de modo uniforme, em todo o volume da solução do reator, e - do gás contendo oxigênio ser oxigênio ou ar.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que o agente de neutralização é calcina.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que o agente de neutralização é um composto de cálcio.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que o agente de neutralização é um composto de hidróxido.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que pelo menos 1/5 da hematita gerada é recirculada como núcleos de hematita.