DE2809535C2

DE2809535C2 - Verfahren zur Zementation eines Metalls

Info

Publication number: DE2809535C2
Application number: DE2809535A
Authority: DE
Inventors: Rupprecht Dipl.-Ing. 5000 Köln Graf; Reinhard Dipl.-Ing. Dr. Nissen
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-03-06
Filing date: 1978-03-06
Publication date: 1984-09-06
Also published as: BE874630A; AU4462279A; JPS54145305A; US4309215A; CA1123613A; DE2809535A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zementation eines Metalles aus einer Metall-Ionen enthallenden Lösung unter Zugabe eines feinkörnigen metallischen Ze- jo mentationsmittels, insbesondere Metall-Pulver und/ oder -Staub, wobei die Zementation im Schwingreaktor durchgeführt wird und der Reaktor mindestens zum Teil mit gegenüber den Reagentien inerten, harten Mischoder Mahlkörpern gefüllt ist, deren spezifisches Ge- J5 wicht deutlich größer als das der Trübe ist.

Ein in der Naßmetallurgie bekanntes Verfahren zur Zementation von Metallen aus Laugen ist die Zink-Neutrallaugen-Reinigung. Nach dem Stand der Technik wird dabei als Zementationsmittel Zink-Stai'b oder Zink-Pulver eingesetzt. Bei diesem bekannten Verfahren besteht jedoch ein erheblicher Nachteil darin, daß die Reaktionsgeschwindigkeit sehr gering ist. Dies ist u. a. eine Folge der Entstehung immunisierender Überzüge beispielsweise als ZnS(X auf der Oberfläche des feinkörnigen Zementationsmittcls. Um dem reaktionshemmenden Einfluß dieser Erscheinung zu begegnen, wird von einer Reihe von Gegen-Maßnahmen Gebrauch gemacht, zum Beispiel wird eine weit überstöchiometrische Menge von Zink-Pulver oder Zink-Staub eingesetzt. Darüber hinaus wird ein relativ niedriger pH-Wert im Bereich zwischen pH 4,2 und 4,5 durch permanente Zugabe von Säure aufrechterhalten, und schließlich wird die Charge vorzugsweise durch ein schnellaufendes Rührwerk mit hoher Energie agitiert.

Dabei ergibt sich der weitere Nachteil, daß sich ein Teil der Zink-Staub-Partikeln nach Bildung eines Überzuges aus basischem ZnSO« mit dem Zementatmetall mischen und mit diesem in Mischung ausgeschieden werden. Diese Verunreinigung des Zementatmetalles bedarf nachfolgend weiterer aufwendiger Behandlungsschritte, um das Metall schließlich in reiner Form zu gewinnen.

Der Anmeldung liegt die Aufgabe zu Grunde, die geschilderten Nachteile zu überwinden. Insbesondere soll die Entstehung passivierender Überzüge auf den Metallstaub-Partikeln des Zementationsmittels verhindert werden, um den Ablauf des Verfahrens zu optimieren und dadurch die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Dabei soll die Zugabeme.ige von teurem Metall-Pulver reduziert und eine laufende Zugabe von Säure sowie die hierfür notwendige Kontrolle des pH-Wertes entfallen. Eine Verunreinigung des Zementatmetalles soll wirksam verhindert und damit insgesamt eine signifikante Verbesserung des Prozeßablaufes mit einer wirtschaftlicheren und übersichtlicheren Prozeßgestaltung erreicht werden, mit dem Ziel, möglichst reines Zementatmeiall zu erhalten.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Misch- oder Mahlkörper aus einem elastischen, abriebfesten Material verwendet werden.

Es ist bereits durch die DE-OS 24 57 660 bekanntgeworden. Kupfer im Schwingreaktor unter Zugabe von Eisenkörpern, beispielsweise Eisenschrott und/oder Eisengranulat, zu zementieren. Dieses Verfahren gelingt deshalb annähernd optimal, weil das Zementationsmittel in Form von stückigen, festen Körpern vorliegt, welche, imstande sind, die vom Schwingreaktor erzeugten Rütie/bewegungen infolge ihrer Schwingbewegungen auf den gesamten Raum des Reaktors zu übertragen. Dabei ergibt sich ein permanenter Abrasionsvorgang an den Oberflächen des Zementationsmittels, welche dadurch »aktiviert« werden, daß passivierende Metall-Überzüge sich dauernd gegenseitig abscheuern. Infolgedessen läuft die Zementationsreaktion ununterbrochen mit annähernd gleichbleibendem elektrochemischen Potential und infolgedessen mit zufriedenstellender Reaktionsgeschwindigkeit ab.

Anders verhält sich ein Zementationsvorgang mit einem feinkörnigen metallischen Zementationsmittel. Hierbei hat sich gezeigt, daß auch die Verwendung eines Schwingreaktors keine Verbesserung der Reaktionsgeschwindigkeit bewirkt und beispielsweise die weit überstöchiometrische Zugabe von Zementationsmitteln sowie die Säurezugabe nicht vermieden werden können. Als Beispiel hierfür kann die DD-PS 64 891 genannt werden.

Bei diesem bekannten Verfahren zum Entfernen von Metallen aus Metallsalzlösungen, insbesondere für die Feinreinigung von Metallsalzlösungen durch Zementation mit fein zerteiltem Metall, ist vorgesehen, daß dieses vor und bzw. oder während der Einwirkung auf die Metallsalzlösung einer Schwingmahl- oder Strahlmahlbearbeitung ausgesetzt wird.

Aus den in dieser Schrift angegebenen Beispielen in Spalte 4 geht jedoch hervor, daß das bekannte Verfahren einen fünffachstöchiometrischen Überschuß an Zinkpulver benötigt, wobei der Anteil an Zinkpulver im Zementat noch 48% beträgt. Dies sind schwerwiegende Nachteile des bekannten Verfahrens. Fernerhin soll, um das Agglomerieren des Zinkpulvers zu verhindern, dieses mit festem Zinksulfat in einer Schwingmühle unter Inertgasatmosphäre eine Stunde gemahlen und auf diese Weise vorbehandelt werden. Der hierfür benötigte Aufwand ist beträchtlich und das Ergebnis angesichts des hohen Überschußbedarfs an Zinkpulver, der langen Reaktionszeit und der hohen Verunreinigung des Zementats völlig unbefriedigend, insbesondere unter Berücksichtigung einer gemäß Anspruch 3 beim Zementationsvorgang gleichzeitigen Schwingmahlbearbeitung in einem mit demselben Metall ausgekleideten und mit aus eben diesem Metall bestehenden Kugeln gefüllten Behälter.

Ein anderes bekanntes Verfahren zur Durchführung naßmetallurgischer Prozesse schlägt die Verwendung im Schwingbehälter freibeweglicher Misch- und Mahl-

körper für die Zerkleinerung eines Feststoffes vor (DE-OS 25 33 755).

Das bekannte Verfahren dient jedoch, anders als der Anmeldungsgegenstand, im wesentlichen der gleichzeitigen Laugung und Zerkleinerung von metallhaltigem Erz bei dessen naßmetallurgischem Aufschluß.

Eine Anregung ?ur Anwendung des bekannten Verfahrens bei der Gewinnung von Zementatmetall unter Verwendung von feinkörnigem oder pulverförmigem Fällmittel ist beim bekannten Verfahren vorgesehen, abgesehen davon, daß die Mahlkörper aus Metall oder keramischem Werkstoff eine zu intensive Zerkleinerungswirkung auf das Fällmittel ausüben würden. Dies würde zu ebenso schlechten Resultaten führen, wie sie der vorgenannten DD-PS 64 891 entnehmbar sind.

Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung mit Vorteil in überraschender Weise überwunden.

Diese überraschend vorteilhafte Wirkung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß durch das Zusammenwirken der vom Schwingreaktor erzeugten Rüttelbewegungen und den dadurch zu ständigen Stoßbewegungen angeregten Agitationskörpern diese eine fortgesetzte »Aktivierung« durch Abrieb der Oberflächen des Metallpulvers bewirken. Zugleich setzen die Körper den Flüssigkeitsinhalt des Reaktionsraumes in turbulente Ei-wegung. Dabei geraten die feinen Partikel des Zemetationsmittels immer wieder zwischen die Reibflächen der Agitationskörper und weiden durch intensive Rüttel-, Scheuer- und Stoßbeanspruchungen am Aufbau passivierender Oberflächenschichten gehindert. Dabei ergibt das elastische, abriebfeste Material der Körper sehr vorteilhaft eine »schonende« Reib- und Scheuerwirkung, ohne das Metallpulver gewaltsam zu quetschen und ohne selbst dabei einen nennenswerten Abrieb zu erleiden. J5

Daher bleibt das elektrochemische Potential des feinkörnigen Fällmittels über die Dauer des Zementationsprozesses intakt, weshalb die entsprechenden Reaktionen mit hoher Geschwindigkeit und ohne Säurezugabe sowie mit der annähernd stöchiometrischen Zementationsmittelmenge überraschend vorteilhaft ablaufen.

Als weiterer Vorteil ist das Zementatkupfer von Verunreinigungen wie Zinksulfat und/oder unverbrauchtem Fällmittel weitgehend frei.

Insgesamt wird mit der Erfindung ein überraschend vorteilhaft verbessertes Produktionsergebnis, welches qualitativ und quantitativ gegenüber dem Stand der Technik wesentlich ergiebiger ist, erreicht.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 angegeben.

Diese Ausgestaltungen ergeben den weiteren Vorteil, daß die Agitationskörper annähernd verschleißfrei arbeiten, weshalb auch eine abriebbedingte Verunreinigung des Zementat-Metalles weitgehend vermieden wird.

Überraschend haben Versuche mit dem Verfahren nach der Erfindung ergeben, daß die Zementationsgeschwindigkeit unter streng vergleichbaren Bedingungen, daß heißt bezogen auf gleiche Konzentrationen, gleiche Zementationsmittel sowie gleiche pH-Werte, annähernd um einen Faktor 100 schneller abläuft als bei vergleichbaren Zementationsverfahren nach dem Stand der Technik.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel I betrifft die Durchführung einer Zink-Neutrallaugenreinigung nach dem Stand der Technik in einem Rührtank.

Beispiel Ii betrifft die Zink-Neutrallaugenreinigung mit den gleichen Ausgangsstoffen und -Konzentrationen nach der Erfindung in einem Schwingreaktor mit einer Füllung von Agitationskörpein.

Beispiel I

Aus einer Zink-Neutrallauge wurden im Rührtank unter folgenden Bedingungen folgende Zementate ausgefällt.

— Zusammensetzung der Lauge:

Zn =	150 g/l
Cu =	400 mg/1
Cd =	285 mg/1
As =	35 mg/1
Co =	11 mg/1
Ni =	4 mg/1
Laugentemperatur:
92° C

— Zusätze:(Zementationshilfsmittel, Beschleuniger) As₂O₁ = 80 mg/1

— Fällmittel:

Zn-Pi>lve; = 3,2 g/l (entspricht 7facher stöchiometrischer Menge)

— pH-Wert:

zwischen 3,8 und 4,5 durch laufend zugegebene Zellensäure

— Fälldauer:
60 Minuten

Reinlauge-Restgehalte (Mittelwert aus einer Serie von 10 Versuchen)

Cu = 0,18 mg/1
Co = 0,7 mg/1
Ni = 0,8 mg/1

Nach Auszementieren von Cd und As in der zweiten Stufe bei 8O⁰C mit Fällmittel Zn-Staub = 1,0 g/l ergab sich ein Reinlaugen-Restgehalt

für Cd
für As

0,65 mg/I 0,7 mg/1

Beispiel 11

Durchführung im Schwingreaktor mit 70% Füllung erfindungsgemäßer Misch- oder Mahlkörper in Kugelform ca. 80 mm 0, spezifisches Gewicht 2,6 kg/dm³.

— Schwingkreis-Durchmesser:
8 mm

— Frequenz:
16Hz

— Zusammensetzung der Lauge: unverändert wie I

— Temperatur:
unverändert 92° C

Zusätze:

As₂Oj = 80 mg/1

Fällmittel:

Zn-Pulver = 1,1 g/l (entspr. I.efachirrstöchiometri- 5 scher Menge)

pH-Wert: (keine Zugabe von Zellensäure) 5,5

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Zeit:	0,04 mg/1
50 see	0,08 mg/1
	0,05 mg/1
	0.03 mg/1
Reinlaugen-Restgehalte:	0,05 mg/1
Cu =
Co =
Cd =
Ni =
As =

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Zementation eines Metalles aus einer Metall-Ionen entbsltenden Lösung unter Zugabe eines feinkörnigen metallischen Zementationsmittels, insbesondere Metall-Pulver und/oder -Staub, wobei die Zementation im Schwingreaktor durchgeführt wird und der Reaktor mindestens zum Teil mit gegenüber den Reagentien inerten, harten-Misch- oder Mahlkörpern gefüllt ist, deren spezifisches Gewicht deutlich größer als das der Trübe ist, dadurch gekennzeichnet, daß Misch- oder Mahlkörper aus einem elastischen, abriebfesten Material verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elastisches Material Kautschuk oder ein Kunststoffelastomer verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß Misch- oder Mahlkörper aus einem Feststoff, vorzugsweise Metall, mil einem Überzug aus elastischem, abriebfestem Material verwendet werden.

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