DE2728234A1 - Verfahren zum entfernen von eisensalzen aus sauren abstreifloesungen - Google Patents
Verfahren zum entfernen von eisensalzen aus sauren abstreifloesungenInfo
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DIpL Ing. Hans-Jürgen Müller 3
lndto-Gfohn-SiToN3eoeMOndw.ee Case b2O3
Dr.Be/Hm
KAISER ALUMINUM & CHEMICAL CORPORATION 300 Lakeside Drive, Oakland,California 94643,
(V.St.A.)
Verfahren zum Entfernen von Eisensalzen aus sauren Abstreiflösungen
709882/O78X
Die Rückgewinnung von Metallen aus Tonen, Erzen und Konzentraten durch saures Auslaugen findet breite
Anwendung. Das saure Laugen dieser Stoffe ergibt im allgemeinen saure Lösungen, die das Metall enthalten,
welches zurückgewonnen werden soll, zusammen mit in Säuren löslichen metallischen Verunreinigungen,
hauptsächlich Eisen. Bis diese in Säuren löslichen metallischen Verunreinigungen von dem gewünschten
Metall abgetrennt sind, wird das Endprodukt verunreinigt sein und für den vorgesehenen Zweck ungeeignet
sein. Ein übliches Verfahren, das zur Entfernung von gelösten Verunreinigungen aus Eisen aus wäßrigen
sauren Auslauglösungen verwendet wird, besteht in der Anwendung eines organischen Extraktionsmittels, das
selektiv aus der Auslauglösung die Verunreinigung aus Eisen extrahiert, gewöhnlich in der Form eines Komplexes.
Um die Rückführung des organischen Extraktionsmittels für v/eitere Reinigungszwecke zu gewährleisten,
wird im allgemeinen die organische Phase, die die Verunreinigung aus Eisen enthält, mit einer wäßrigen sauren
Lösung abgestreift. Das Abstreifen zerstört den Komplex und die Verunreinigung aus Eisen bleibt in der sauren
Abstreiflösung gelöst. Bei einer großtechnischen Verfahrensweise
werden große Volumina von sauren Abstreiflösungen erzeugt und die Weiterverwendung dieser
Lösungen stellt ein Problem sowohl vom Standpunkt des Umweltschutzes als auch aus rein technischem und wirtschaftlichem
Standpunkt heraus dar. Wegen der Acidität kann die Lösung nicht direkt in natürliche Aufnahmestätten
abgelagert werden. Die Neutralisation ist dagegen aufwendig und kann weitere Schwierigkeiten nach
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sich ziehen, z.B. die Ablagerung von festen Abfallstoffen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, die gelösten Metallsalze aus den Abstreiflösungen durch Kristallisation
und anschließende Abtrennung des kristallisierten Salzes aus der Mutterlauge zu entfernen. Die Kristallisation
bedingt jedoch längere Zeiträume und/oder erfordert große Absitzflächen, um die gewünschte Oberfläche
zu erzielen, besonders hinsichtlich der großen Volumina, die hierbei verarbeitet werden. Die Beschleunigung
des Kristallisationsprozesses durch übliche Verdampfung bei erhöhter Temperatur erfordert
eine erhebliche Menge von außen zugeführter Energie und Vorsicht, z.B. im Fall von salzsauren oder salpetersauren
Lösungen, sowie zusätzliche Schwierigkeiten, wie die Erzeugung von sauren Dämpfen, die umweitschädlich
sind.
Es wurde nun gefunden, daß der Gehalt von Eisen, enthaltenden
sauren Abstreiflösungen an Eisensalzen leicht in Form von festem Eisenoxid entfernt werden kann, ohne
daß eine Neutralisation erforderlich ist und daß Umweltprobleme auftreten, in-dem die saure Lösung bei erhöhten
Temperaturen und Drücken einer hydrothermischen Behandlung
unterworfen wird. Diese Behandlung führt dazu, daß das gelöste Eisensulfat,-nitrat oder -Chlorid in
festes Eisenoxid überführt wird, das aus der Restlauge abgetrennt werden kann. Die restliche, praktisch eisenfreie
saure Lösung kann gegebenenfalls zum Zwecke des Abstreifens von mit Eisensalz beladenen organischen
Extraktionsmitteln zurückgeführt werden.
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Ein Verfahren zur Entfernung von gelösten Eisensalzen aus wäßrigen sauren Abstreiflösungen aus dem Abstreifen
von organischen, mit Eisen beladenen Extraktionsmitteln mit einer wäßrigen sauren Lösung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die das gelöste Eisensalz enthaltende saure Lösung, in welcher das Eisensalz
als Eisen-III-sulfat, Eisen-III-nitrat oder Eisen-III-chlorid
enthalten ist, einer hydrothermischen Behandlung bei einer Temperatur oberhalb etwa 1000C über eine solche
Zeitspanne ausgesetzt wird, die ausreicht, eine erhebliche Menge des gelösten Eisensalzes in das in Säure unlösliche
Eisenoxid zu überführen, wonach die Abtrennung des festen Eisenoxids aus der Restlösung und die Rückgewinnung
einer sauren Lösung, deren Gehalt an gelöstem Eisen vermindert ist, erfolgt.
Die Erfindung betrifft daher die Entfernung von gelösten Eisensalzen aus wäßrigen sauren Lösungen. Insbesondere
betrifft die Erfindung die hydrothermische Behandlung
von gelöste Eisensalze enthaltenden sauren Lösungen, wie sie für das Abstreifen des Eisengehalts
von organischen mit V/asser nicht mischbaren Extraktionsmitteln verwendet werden, die üblicherweise zur Reinigung
von sauren Auslauglösungen angewendet werden.
Bei der hydrometallurgischen Rückgewinnung von wichtigen Metallen aus Tonen, Erzen und Konzentraten ist es bekannt,
zum Auslaugen eine Mineralsäure zu verwenden. Die Auslaugbehandlung ergibt eine saure Lösung und einen in
Säure unlöslichen Rückstand. Die saure Lösung enthält in den meisten Fällen neben dem rückzugewinnenden Metall
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andere in Säure lösliche metallische Verunreinigungen, die die Rückgewinnung des gewünschten Metalls aus der
Auslauglösung stören können. Demzufolge wurden Verfahren entwickelt, die unerwünschten Metallverunreinigungen
aus sauren Auslauglösungen vor der weiteren Verarbeitung der Auslauglösung zu entfernen. Eines der am meisten
verwendeten Verfahren, das für die selektive Entfernung metallischer Verunreinigungen aus sauren Auslauglösungen
verwendet wird, besteht in der Extraktion dieser Verun reinigungen mit einem flüssigen oder festen in Wasser
nicht löslichen oder damit nicht mischbarem organischen Extraktionsmittel. Die Extraktion ergibt eine organische
Phase, in welcher die extrahierte metallische Verun reinigung allgemein in Form eines Komplexsalzes vorliegt,
sowie eine wäßrige Phase, die an Verunreinigungen verarmt ist und die nach der Abtrennung von der organischen
Phase zur Rückgewinnung des gewünschten Metallgehalts verwendet werden kann. Wegen der großen Volumina der
sauren Auslauglösungen, die gereinigt werden sollen, ist die Menge des organischen Extraktionsmittels, das ver
wendet wird, erheblich. Daher wird aus wirtschaftlichen Gründen der Gehalt der organischen Extraktionsmittel an
metallischen Salzen allgemein durch Abstreifen mit einem wäßrigen, sauren Medium entfernt, welches gestattet, daß
das abgestreifte organische Extraktionsmittel für die er neute Reinigung von verunreinigten sauren Auslauglösungen
zurückgeführt werden kann. Das Abstreifen des organischen Extraktionsmittels mit einer sauren Lösung ergibt große
Volumina wäßriger saurer Lösungen, die die metallische Verunreinigung des Extraktionsmittels darin gelöst ent
halten. Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines wirksamen Verfahrens zur Entfernung des gelösten Metallgehalts
dieser sauren Abstreiflösung, wodurch es möglich
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ist, die gereinigte saure Lösung für das erneute Abstreifen wieder zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders auf die Entfernung von gelösten Verunreinigungen aus Eisen aus
sauren Abstreiflösungen gerichtet, da Eisen eines der
häufigsten Verunreinigungsmetalle in solchen Abstreiflösungen ist. Beispielsweise kann aus Tabelle I entnommen
werden, daß lateritische Erze, wie solche, die für die hydrometallurgische Rückgewinnung von Nickel
und/oder Kobalt durch saures Auslaugen des Erzes verwendet werden, Eisen als eine der hauptsächlichsten
in Säure löslichen metallischen Verunreinigungen enthalten. Das gleiche gilt für andere Aluminiumoxiden
thaltende Erze, z.B. Anorthosit, wie aus Tabelle I hervorgeht. Demzufolge ist die Entfernung des gelösten
Eisengehalts von sauren Abstreiflösungen von primärer Bedeutung.
Für den erfindungsgemäßen Zweck umfaßt der Ausdruck "organisches Extraktionsmittel11 die üblicherweise verwendeten
organischen Lösungsmittel und Ionenaustauscherharze, die in der Lage sind, selektiv gelöste Eisenverunreinigungen
aus wäßrigen sauren Auslauglösungen, die Eisen als Verunreinigung enthalten, zu entfernen.
Typische organische Extraktionsmittel, die für diesen Zweck verwendet werden, sind an sich bekannt und es
soll nicht versucht werden, diese im folgenden auszuzählen, da für die Zv/ecke des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Art und Natur dieser Extraktionsmittel nicht von Bedeutung ist.
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Es ist ebenfalls allgemein bekannt, Mineralsäuren, wie
Schwefelsäure, Salpetersäure und Salzsäure, in Form von
wäßrigen Lösungen zu verwenden, um aus den organischen Extraktionsmitteln das darin gelöste Eisen zu entfernen.
Allgemein sind die sauren Abstreiflösungen, die für diesen
Zweck verwendet werden, stark sauer, d.h. der pH-Wert dieser sauren Lösungen liegt gewöhnlich in der Nachbarschaft
von etwa 2 bis 3 oder darunter. Geringere Säurekonzentrationen, d.h. Lösungen mit einem pH-Wert von etwa
3 oder mehr, können auch zum Abstreifen verwendet werden, Jedoch ist bei diesen geringeren Säurekonzentrationen
die Entfernung des Eisengehalts des organischen Extraktionsmittels weniger wirksam.
Um den Zweck der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, d.h. gelöste Verunreinigungen aus Eisen aus den sauren
Abstreiflösungen zu entfernen, sollte das gelöste Eisen
in diesen Lösungen in dreiwertiger Form vorliegen, d.h. es sollte vorzugsweise in Form der Verbindungen Fe2 (SO2),,
Fe(NO,), oder FeCl, vorliegen. Wenn etwa zweiwertige Eisenionen
(Fe++) in den sauren Abstreiflösungen vorliegen,
können diese vor der hydrothermischen Behandlung gemäß der
Erfindung in die dreiwertige Form überführt werden. Die Oxidation von Fe++ zu Fe+++ kann gegebenenfalls durch bekannte
Oxidationsmittel durchgeführt werden, z.B. durch Zugabe von Chlor zur sauren Abstreiflösung.
Die hydrothermische Behandlung gemäß der Erfindung umfaßt
das Erhitzen der das gelöste Eisen enthaltenden sauren Lösungen in einem geschlossenen Behälter bei erhöhten
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Temperaturen, allgemein bei Temperaturen oberhalb etwa 1000C, vorzugsweise bei Temperaturen über etwa 1500C.
Die Drücke, die bei der Behandlung angewendet werden, sind allgemein die Dampfdrücke, die durch die behandelte
saure Lösung erzeugt werden. Gegebenenfalls können jedoch auch höhere Drücke als die durch die Lösung erzeugten
Dampfdrücke verwendet werden.
Die Zeitdauer, die für die hydrothermische Behandlung
erfordert wird, hängt von den angewendeten Temperaturen und auch von der Konzentration der der Behandlung unterzogenen
Abstreiflösung an freier Säure ab. Im allgemeinen wurde gefunden, daß eine erhebliche Umwandlung
der gelösten Eisensalze in festes F«2°3 als Niederschlag
in weniger als etwa 1 Stunde bei Temperaturen im Bereich von etwa 150 bis 250°C bei Lösungen erreicht werden kann,
deren Konzentration an freier Säure etwa 0,05 bis 0,1 normal beträgt. Es wurde weiter gefunden, daß mit Ansteigen
der Konzentration der Lösung an freier Säure die Zeit, die zur Überführung der in Säure löslichen Eisenverbindung
in das unlösliche Oxid benötigt wird, ansteigt. Für die erfindungsgemäßen Zwecke bezeichnen die Ausdrücke "erhebliche
Umwandlung" und "erhebliche Menge" eine Umwandlung von wenigstens 50 % des gelösten Eisensalzes in das
in Säure unlösliche Eisenoxid unter Bedingungen der hydrothermischen Behandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es wurde gefunden, daß bei der Verwendung der gleichen Temperatur- und Druckbedingungen für den gleichen Zeitraum
bei entsprechenden Konzentrationen von Fe und von freier Säure der Umwandlungsgrad von gelöstem Eisensalz in das
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unlösliche Eisenoxid in der folgenden Reihenfolge verläuft:
Fe(NOj)3>
Fe2(S04)3
> FeCl3 .
Dies bedeutet, daß unter den gleichen Behandlungsbedingungen mehr Eisen-III-nitrat in Eisen-III-oxid
überführt wird, als aus Eisen-III-sulfat. Tabelle II
zeigt vergleichsweise die Umwandlungsprozentsätze dieser Eisensalze unter den gleichen Behandlungsbedingungen.
überraschenderweise wurde auch gefunden, daß durch Zugabe einer Aluminiumverbindung zur sauren Abstreiflösung
der Prozentsatz von Fe2(SO^), und FeCl-, der
in unlösliches Eisen-III-oxid überführt werden, erheblich erhöht werden kann. Geeignete Aluminiumverbindungen,
die diesen Effekt bewirken, sind solche, die in der Lage sind, in saurer Lösung mit einem pH-Wert
unter etwa 2 gelöst zu werden. Representative· Aluminiumverbindungen, die für diesen Zweck verwendet
werden können, umfassen Gibbsit (AIpO, . 3HpO),
Boehmit (Al2O5 . HpO) und andere hydratisierte Aluminiumoxide
der Formel Al2O5 . xH20, wobei χ = 0,01 bis 3,0
ist. Dieses Kennzeichen der Erfindung wird besonders wichtig in dem Fall, wenn Aluminiumoxid durch saures
Auslaugen von Tonen, Erzen oder ähnlichen Stoffen, z.B. aus Bauxiterzen mit niedrigem Aluminiumgehalt, gewonnen
werden soll. In diesen Fällen kann die saure Lösung, die aus dem Abstreifen des organischen Extraktionsmittels resultiert, leicht mit der Aluminiumverbindung
dotiert werden, da nach der Umwandlung des löslichen
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Eisensalzes in das unlösliche Eisen-III-oxid durch
die hydrothermische Behandlung gemäß der Erfindung
und Abtrennung der hergestellten festen Stoffe die gereinigte Lösung, die gelöstes Aluminiumoxid enthält,
mit der sauren Auslauglösung kombiniert werden kann, aus welcher die Verunreinigung aus Eisen bereits
durch Extraktion mit einem organischen Extraktionsmittel entfernt worden ist. Aus den kombinierten,
eisenfreien sauren Auslauglösungen kann der Aluminiumoxidgehalt leicht z.B. durch Kristallisation zurückgewonnen
werden, wobei ein Aluminiumsalz erzeugt wird, das dann thermisch in Aluminiumoxid überführt werden
kann und auch zum Dotieren verwendet werden kann.
Die Menge von Aluminiumoxid, die zu der sauren Abstreiflösung zugesetzt wird, wird im allgemeinen so
ausgewählt, daß sie wenigstens etwa 20 % der stöchiometrischen
Menge beträgt, welche den GesamtSäuregehalt
der Lösung (freie Säure plus freigesetzte Säure) aufzulösen in der Lage ist. Vorzugsweise beträgt die
Aluminiumoxidmenge, die zugesetzt wird, innerhalb des Bereichs von etwa 20 % der stöchiometrisehen Menge
bis etwa die stöchiometrische Menge, die durch den Säuregehalt der Lösung gelöst werden kann. Die Menge
an Aluminiumoxid wird somit durch diese Überlegung geregelt, da in den meisten Fällen die Ausfällung von
reinem Eisen-III-oxid angestrebt wird und nicht so sehr die Herstellung eines Gemisches aus Fe?0, und
AIpO;,. Trotzdem können auch größere als die stöchiometrischen
Mengen (bezüglich des GesamtSäuregehalts) zugefügt werden, wenn besonderer Wert auf die gesamte
überführung der löslichen Eisensalze in unlösliches
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Eisen-III-oxid angestrebt wird.
Die hydrotherm!sehe Überführung gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren ergibt ein leicht filtrierbares Eisen-III-oxid als Produkt. Spuren von etwa suspendiertem
Eisen-III-oxid können gegebenenfalls durch Zugabe kleiner Mengen eines Flockungsmittels absitzen gelassen
werden. Das hergestellte Eisen-III-oxid kann nach der Abtrennung aus dem sauren Medium gewaschen und getrocknet
werden und das trockene Produkt kann wegen der hohen Reinheit und der gleichmäßigen Teilchengröße für viele
Zwecke verwendet werden, bei denen solche Eigenschaften erwünscht sind, z.B. für Pigmentierungs-Zwecke.
Die gereinigte Abstreiflösung kann je nach dem, ob sie
mit Aluminiumoxid dotiert worden ist oder nicht, entweder für erneutes Abstreifen zurückgeführt werden oder
wie oben erwähnt, mit der eisenfreien sauren Auslauglösung kombiniert werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Eine wäßrige Schwefelsäurelösung aus dem Abstreifen
eines organischen, Eisen als Verunreinigung enthaltenden Extraktionsmittels wurde der erfindungsgemäßen hydro—
thermischen Behandlung unterworfen. Die saure Lösung enthielt 13,77 g/kg gelöstes Fe3+ und 0,008 g/kg freie
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Schwefelsäure, ausgedrückt als H+. Von dieser Lösung
wurden 20g in 15 min auf 200°C in einer geschlossenen Bombe aus Tantal erhitzt, wonach die Lösung bei dieser
Temperatur noch 30 min gehalten wurde. Anschließend wurde die Bombe auf Raumtemperatur abgekühlt und das
ausgefällte Eisen-III-oxid wurde von der Mutterlauge abgetrennt. Die hydrothermische Behandlung ergab eine
Umwandlung von 76,8 % des gelösten Eisen-III-sulfats
in unlösliches Eisen-III-oxid. Die Mutterlauge, die erheblich an Fe verarmt war, wa:
Rückführung in die Abstreifstufe.
erheblich an Fe verarmt war, war geeignet für die
Der Versuch von Beispiel 1 wurde mit einer wäßrigen Salpetersäurelösung v/iederholt, die vom Abstreifen
eines Eisen enthaltenden organischen Extraktionsmittels erhalten worden war. Die Salpetersäurelösung
enthielt 13,77 g/kg gelöstes Fe und der freie Säuregehalt betrug 0,008 g/kg, ausgedrückt als H+. Die
hydrothermische Behandlung unter den in Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen ergab eine Überführung von
98,4 % des gelösten Eisengehalts in unlösliches Eisen-III-oxid.
Es wurde eine Abstreiflösung aus Salzsäure, die 39,10
g/kg gelöstes FeCl, und 0,3 g/kg freie Salzsäure enthielt in 15 min auf 200°C in einer geschlossenen Bombe
aus Tantal erhitzt und bei dieser Temperatur 30 min gehalten. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde
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das feste Eisen-III-oxid abgetrennt, wobei eine Um
wandlung von 52,6 % löslichem Fe in unlösliches
Eisen—III—oxid erreicht wurde.
Der Versuch wurde wiederholt, jedoch wurde diesmal 0,3112 g Al2O, . 3 H2O vor der hydrothermischen Behandlung der Abstreiflösung
zugesetzt. Die Zugabe von Aluminiumoxid ergab eine Umwandlung von löslichem
Eisen-III-chlorid zu Eisen-III-oxid von 86,1 %. Wach
Abtrennung des löslichen Eisenoxids wurde die restliche Lauge, die das gelöste Aluminiumtrichlorid enthielt,
in die Lauglösung, die Aluminiumtrichlorid enthielt, zurückgeführt, welch letztere durch Auslaugen von Ton
aus Georgia mit Salzsäure erhalten war, um den Aluminiumchloridgehalt in üblicher Weise zurückzugewinnen.
Die Ergebnisse der Beispiele zeigen deutlich die wirksame und wirtschaftliche Reinigung, die erfindungsgemäß
erzielt wird, ohne den Erfindungsumfang zu beschränken.
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Zusammensetzung Lateritisches Ton (2) Gew.-56 Erz (1)
Anorthosit (3)
Ni | 0,92 | nicht | bestimmt nicht bestimmt |
Co | 0,12 | Il | It Il It |
Fe | 40,0 | 0,65 | 1,87 |
Al | 1,6 | 8,25 | 14,21 |
Mg | 0,4 | 0,13 | nicht bestimmt |
SiO2 | nicht bestimmt | 62,1 | 52,9 |
CaO | η η | 0,20 | 10,75 |
H2O | 32,0 | 1,03 | 1,76 |
(1) oxidisches Laterit aus Nev/ Caledonia
(2) Tagebau-Ton aus North Carolina (Trockenbasis)
(3) Anorthosit aus Laramie, Wyoming (Trockenbasis).
Behandlungs bedingungen |
Temp. Zeit in Fe^+ konz in 0C min. g/l 200 30 13.7 |
Fe2(SO4J3 | freies H+ konz. g/l 0.008 |
Umwandlung in Fe2O3 in % |
Fe(NO3J3 | 76,8 | FeCl3 |
98,4 | 52,6 |
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Claims (4)
1. Verfahren zur Entfernung von gelösten Eisensalzen
aus wäßrigen sauren Abstreiflösungen, die durch Abstreifen organischer mit Eisen beladener Extraktionsmittel mit einer wäßrigen sauren Lösung erhalten
worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß man die wäßrige saure Abstreiflösung, die ein gelöstes
Eisensalz aus der Gruppe bestehend aus Eisen-III-sulfat
(Fe2(SO^)7) und üisen-III-chlorid (FeCl3) enthält,
einer hydrothermischen Behandlung bei einer Temperatur
über etwa 100°C in Gegenwart einer Aluminiumverbinduni der Formel Al2O, · xH20, in der χ den Wert 0,01 bis
3,0 hat unterwirft, wobei diese Verbindung in einer Menge innerhalb eines Bereichs von etwa 20 (;i der
stÖchiometrisehen !l^nge bis etwa der stöchiometrischen
Menge derart zugesetzt wird, daß sie durch die gesamte freie Säure und die freigesetzte Säure der
sauren Abstreiflösung, die behandelt wird, aufgelöst
v/ird und die Behandlungsdauer ausreicht, die Aluminiumverbindung zu lösen und wenigstens 50 % des gelösten
Eisensalzes in die feste, in Säuren unlösliche Form von Eisen-III-oxid Fe-O35 überführt v/ird und anschließend
das feste Fe2°3 ab-trennt und die an gelöstem
Eisen verarmte saure Lösung zurückgewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Aluminiumverbindung in einer Menge zufügt, die über derjenigen Menge liegt, die durch
den gesamten Säuregehalt der sauren Abstreiflösung gelöst werden kann.
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ORIGINAL INSPECTED
-Z-
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gelöste Eisensalz Eisen-III-sulfat (Fe2
(SO^)3) ist.
(SO^)3) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das gelöste Eisensalz Eisen-III-chlorid (FeCl,)
ist.
5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die hydrothermische Behandlung innerhalb des
Temperaturbereichs von etwa 150 bis etwa 250°C
durchgeführt wird.
Temperaturbereichs von etwa 150 bis etwa 250°C
durchgeführt wird.
7C9882/O784
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