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Verfahren zur Zinkwiedergewinnung aus zinkhaltigen Lösungen, die besonders
bei der Naßbehandlung zinkhaltiger Erze und Pyritabbränden anfallen Die Erfindung
hat die praktische Zinkabscheidung von den übrigen Ionen zum Gegenstand, die in
den sauren Laugen nachfolgenden Ursprungs vorhanden sind: Auslaugung von zinkhaltigen
Erzen - insbesondere Pyritabbrände-Haufenlaugung von Pyriten und Grubenabwässer.
Zu diesem Zweck werden lonenaustauschharze benutzt, aus denen später das Zink eluiert
wird, unter Gewinnung einer praktisch reinen Zinksalzlösung.
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Ohne Zweifel ist die Gewinnung der in den Pyriten und anderen
Erzen enthaltenen Nichteisenmetalle einer der Faktoren, der zur Wiederaufwertung
dieser Erze beiträgt. Die verschiedenen für die Abtrennung der enthaltenen Nichteisenkatione,
z. B. von Pyritabbränden, benutzten Prozesse sind seit langem bekannt, aber gewöhnlich
sind die verfolgten Wege so kompliziert und in einigen Fällen, wie beim Zink, so
schwierig, daß ihre praktische Anwendung sich als unwirtschaftlich erweist, besonders
wenn man das Metall in dem für die moderne Technik erforderlichen Reinheitsgrad
zu erhalten wünscht und wenn man die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens unabhängig
machen will von den Marktschwankungen bei den unvermeidlichen Nebenprodukten.
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Der Erfindungsgegenstand beseitigt die Schwierigkeiten der bekannten
Methoden und kann bei den bei der Laugung der Pyritabbrände anfallenden Lösungen,
gleichgültig, ob vor oder nach der Zementierung des für gewöhnlich enthaltenen Kupfers,
angewendet werden.
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Das Verfahren besteht aus zwei Stufen: die Zinkretention auf einem
Anionenaustauschharz und die Zinkelusion mit gleichzeitiger Wiedergewinnung des
Harzes.
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Die erste Stufe, die Zinkretention auf dem Harz, ist basiert auf der
Tatsache, daß dieses Element in Chloridionenlösungen den chlorierten Komplex C14Zn=
mit anionischem Charakter bildet, laut 4 Cl- + Zn ++ l C14Zn= (1) der austauschbar
ist mit dem beweglichen Anion des Harzes infolge des Gleichgewichtes 2 RCl - C14
Zn f R.,C14Zn - 2 Cl- (2) Die Konzentration in Mol-Liter des C14Zn--Ions im 45 Gleichgewicht
vermehrt sich in demselben Verhältnis wie die Anfangskonzentrationen der Ionen Zn
++ und Cl-. Es wurde z. B. festgestellt, daß sich das Gleichgewicht in den bei der
Laugung von Pyritabbränden anfallenden Lösungen vollkommen in Richtung des 5o C14Zn=-Ions
verlagert, wenn die Chloridkonzentration 2 Moli Liter wird. Die Lösungen, die aus
der Laugung der chlorierend gerösteten Pyritabbrände stammen, haben rund 3 Mol/Liter
Chloride. Um das Zink von den anderen Elementen zu trennen, genügt es deshalb. sie
mit Wasser bis zu einer Konzentration 2 Mol/Liter zu verdünnen, bevor sie mit dem
Austauschharz in Verbindung gebracht werden.
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Nur Elemente, wie Gold und Silber, die in den Lösungen in kleinen
Konzentrationen enthalten sind, bilden chlorierte Komplexe und werden zusammen mit
dem Zink zurückgehalten; was nicht ungünstig, sondern im Gegenteil vorteilhaft ist,
denn es trägt auch zu ihrer Wiedergewinnung bei. Die Abtrennung der restlichen Kationen
ist dadurch gesichert, daß Natrium keine chlorierten Komplexe bildet. und obgleich
Kupfer, Fe (I1) und Fe (11I). Kobalt usw. diese Komplexe bilden, so sind sie doch
weniger stabil als der Zinkkomplex und erfordern aus dem Grunde viel höhere Chloridionenkonzentrationen.
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Auch das in allen diesen Laugen enthaltene Sulfatanion, dessen Abtrennung
zwangläufig erfolgen muß und sehr kostspielig ist bei den klassischen Methoden,
ist kein Grund zur Beeinträchtigung des Prozesses, denn man hat schon bestätigt,
daß wenngleich es
anfangs mit dem beweglichen Anion des Harzes ausgetauscht
werden kann, es später doch durch das eigene C14Zn° eluiert wird, und zwar zum selben
Zeitpunkt, wo das Harz durch C14Zn= gesättigt wird.
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Die Kontaktzeit, die notwendig ist, um den Ionenaustausch der Zinkretention
durchzuführen, ist kurz und beträgt weniger als 20 Minuten. Durch eine Temperatur
bis 80° C wird, .die Retention in geringem Maße begünstigt, was jedoch kein Faktor
ist, der bei der Wirtschaftlichkeit des Prozesses ins Gewicht fällt. Das Harz, das
vom anionischen und stark basischen Typ sein soll, muß nach der Übersättigung gewaschen
werden, um die aufgesogene Mutterlauge zu beseitigen und um die nachträgliche Verunreinigung
des eluierten Zinks zu vermeiden. Als Waschflüssigkeit kann Wasser, 2 Mo1/Liter
Cl Na-Lösung oder 2 Moll Liter Cl Na-Lösung mit etwas Chlorzink verwendet
werden. Die letzte ist am ratsamsten, denn die beiden ersten scheiden einige Bruchteile
des zurückgehaltenen Zinks ab.
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Es ist selbstverständlich, daß dieses Verfahren der Zinkabtrennung
anwendbar ist bei der Auslaugung jeder Art von Pyritabbränden oder Zinkerzen und
auf die bei der Haufenlaugung nicht gerösteter Pyrite anfallenden Laugen sowie auf
diejenigen, die von den Grubenabwässern herrühren; es genügt, diesen Flüssigkeiten
nur das notwendige Chlornatrium hinzuzufügen, um die vorher erwähnte optimale Chloridkonzentration
zu erhalten, denn die Konzentration der Wasserstoffionen in der Lösung hat keinen
Einfiuß auf die Retention; es ist deshalb gleichgültig, welchen Ursprungs die Lauge
ist.
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Was die zweite Etappe, die Elusion des zurückgehaltenen Zinks, anbetrifft,
so kann dieses mit sauren, salzartigen oder basischen Lösungen durchgeführt werden;
das wirksamste und wirtschaftlichste Elusionsmittel ist jedoch das Wasser. In der
Tat, beim Eluieren mit Wasser entwickeln sich die Ionen C14Zn= im Gleichgewicht
mit dem Harz in Richtung der Form der einfachen Ionen laut C14Zn= f 4 Cl- + Zn++
(3) wobei beim Abnehmen der C14Zn=-Konzentration im Adsorptionsgleichgewicht 2 dieses
sich nach links verschiebt und dadurch die Elusion des Zinks verursacht, unter gleichzeitiger
Regeneration des Harzes.
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Es spielt keine Rolle, ob die Elusion mit sauren, salzartigen oder
basischen Lösungen durchgeführt wird, jedoch ist die Wirkung immer geringer als
mit Wasser, denn die große Verwandtschaft des Harzes mit dem C14Zn= setzt für die
Elusion des Zinks die vorherige Abspaltung des Ionenkomplexes voraus, was durch
Auflösen erreicht wird.
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Auf der anderen Seite regenerieren die sauren, salzartigen oder basischen
Elusionsmittel das Harz gewöhnlich nicht, dieses ist ein unbestrittener Vorteil
des Wassers. Schließlich hat die Elusion mit Wasser die hervorragende Eigenschaft,
daß die eluierten Flüssigkeiten ausschließlich Cl-- und Zn++-Ionen enthalten. Das
ist ein Umstand, der bei Verwendung anderer Elusionsmittel nicht auftritt.
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Die genaue Kontaktzeit, um die Elusion durchzuführen, ist weniger
als 35 Minuten, und es wird ein Maximum zwischen 15 und 25 Minuten beobachtet.
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Nachstehend wird ein erklärendes, aber nicht beschränktes Beispiel
dieses Verfahrens gegeben. Es wird über eine aus der Laugung von chloridhaltigen
Pyritabbränden stammende Lauge verfügt, deren _ Zusammensetzung wie folgt ist: Kupfer
: ...................... 25 g/1 Zink ......................... 25 g/1 Eisen
(III) .................... 1 g/1 Natrium ...................... 90
g/1 Kobalt ....................... 0,3 g/1 Gold ......................... 0,1 mg/1
Silber ........................ 15 mg/1 Sulfate ....................... 135 gll
Chloride ..................... 100 g/1 . _ Diese Lösung kann mit Eisen zementiert
werden, um das Kupfer, Gold, Silber usw. abzuscheiden, bevor sie auf dem Wege des
Ionerlaustausches behandelt wird, oder sie kann ohne vorherige Zementierung der
Wiedergewinnung des Zinks mit dein Austauschharz unterworfen werden. Es werden aus
diesem Grunde zwei Möglichkeiten betrachtet: a) Zementierung des Kupfers, Goldes,
Silbers usw. Die Anfangslauge wird nach bekannten Methoden mit Eisen zementiert,
wobei eine fast kupferfreie Lauge erhalten wird, deren Zusammensetzungwie folgt
ist: Kupfer ....................... 0,08 g/1 Zink .........................
25 g/1 Eisen (1I) .................... 23 g/1 Eisen (III) ....................
1 g/1 Kobalt ....................... 0,3 g/1 Natrium ......................
90 g/1 Sulfate ....................... 135 g/1 Chloride .....................
100 g/1 Diese Lösung wird im Verhältnis 2: 1 mit Wasser verdünnt und anschließend
durch die Harzschicht geführt, wobei eine Kontaktzeit von etwa 15 Minuten aufrechterhalten
wird.
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Die abfließenden Laugen haben folgende Zusammensetzung: Kupfer .......................
0,05 g/1 Zink ......................... 0,02 g/1 Eisen (I1) ....................
15 g/1 Eisen (11I) ........ . ........... 0,7 g/1 Kobalt
....................... 0,2 g/1 Natrium ...................... 60
g/1 Sulfate ....................... 90 g/1 Chloride .....................
49 g/1 Die Elusion wird mit der notwendigen Wassermenge vorgenommen oder mit Wasser
und den Fraktionen der eluierten Menge niedriger Zinkkonzentration. Es genügt eine
Kontaktzeit von 15 Minuten, um eine 15mal größere Eluiermittelmenge zu verarbeiten
als die des Harzes. Von der eluierten Menge werden zwei Fraktionen abgetrennt: das
erste Drittel der Elusion, dessen Zusammensetzung ist: Zink .........................
25 gll Chloride ..................... 27 g/1 und die beiden restlichen Drittel,
die wegen ihrer geringeren Zinkkonzentration wieder in den Kreislauf der Elusion
zurückkehren, bevor ein frisches oder mit diesem vermischtes Elusionsmittel eingeführt
wird.
b) Abtrennung des Zinks ohne Zementierung des Kupfers In diesem
Falle wird die Waschlauge, deren Zusammensetzung schon im Falle a) beschrieben wurde,
einer lonenaustauschbehandlung unterworfen unter vorheriger Verdünnung mit Wasser
im Verhältnis 2:1 und ohne das Kupfer durch Zementierung getrennt zu haben. Die
Zusammensetzung der abfließenden Flüssigkeiten ist: Kupfer .......................
17 g/1 Zink ......................... 0,02 g/1 Eisen (III) ....................
0,7 g/1 Kobalt ... . ................... 0,2 g/1 Natrium
...................... 60 g/1 Silber ........................ 0,7 mg-'1 Sulfate
................. . ..... 90 g/1 Chloride ..................... 49
g/1 Die Elusion ist identisch wie im Falle a); es besteht nur der kleine Unterschied,
daß ein Bruchteil des zurückgehaltenen Silbers extrahiert wird, wodurch die Zusammensetzung
des ersten Drittels der Elusion wie folgt ist: Zink ......................... 25
g/1 Silber ........................ 4,5 mg/1 Chloride ..................... 27 g/1
Aus dieser Lösung kann das Silber durch Zementierung mit metallischem Zink abgetrennt
werden, wobei - wie im vorhergehenden Falle - eine reine Zinklösung erhalten wird.