DE2829060A1

DE2829060A1 - Verfahren und vorrichtung zum laugen und faellen von metall aus metallhaltigem feststoff

Info

Publication number: DE2829060A1
Application number: DE19782829060
Authority: DE
Inventors: Mohammed Dr Ing Esna-Ashari
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1978-07-01
Filing date: 1978-07-01
Publication date: 1980-01-10
Also published as: US4248628A; ZM5779A1; CA1122418A; ES481905A1

Description

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Anlage zum Patentgesuch der ^r'^vo*

Klöckner-Humboldt-Deutz
Aktiengesellschaft

vom 27.6.1978

Verfahren und Vorrichtung zum Laugen und Fällen von Metall aus metallhaltigem Feststoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Laugen und Fällen von Metall aus metallhaltigem Feststoff.

Es ist bereits ein Verfahren zum Laugen und Fällen von Metall aus metallhaltigem Feststoff bekannt, (DAS 26 849) bei welchem sowohl der Laugenprozeß als auch der Fällungsprozeß gleichzeitig in ein und demselben schwingenden Reaktionsgefäß vorgenommen wird. Dem bekannten Verfahren ist auch die technische Lehre zu entnehmen, daß der Laugungs- und Fällungsprozeß unter gleichzeitiger mechanischer Zerkleinerung des metallhaltigen Feststoffes vorgenommen wird.

Bei Versuchen zum gleichzeitigen Laugen und Fällen von beispielsweise Cu-Erzen unterschiedlicher Herkunft mit verdünnter HpSO. im Schwingreaktor wurde festgestellt, daß die Auflösung des H SO.-löslichen Anteiles des

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Einsatzmateriales bedeutend langsamer vor sich geht, als die Zementation der in Lösung befindlichen Cu-Ionen, und damit den geschwindigkeitsbestimmenden Teilschritt des kombinierten Verfahrens ausmacht.

Um ein einigermaßen befriedigendes Ausbringen bei dieser Betriebsweise zu erzielen, mußten daher Reaktionszeiten von durchschnittlich 300 Sekunden eingehalten werden, wogegen für die Zementation ca. 60 Sekunden ausreichend waren.

Die im Verhältnis zur Zementation lange Reaktionszeit für die Laugung würde in der Praxis dazu führen, daß für die technische Anwendung des Verfahrens in einer mittleren Anlagengröße, beispielsweise für 1,65 mio. t Erz/a eine unrealistisch große Anzahl an Schwingreaktoren erforderlich wäre.

Um die Laugungszeit im Schwingreaktor zu verkürzen und damit für die als Beispiel genannte Anlagengröße mit einer wesentlich geringeren Stückzahl an Schwingreaktoren auszukommen, könnte das gleichzeitige Laugen und Fällen in einer modifizierten Weise derart durchgeführt werden,

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daß eine Vorlaugung konventioneller Art außerhalb des Schwingreaktors, beispielsweise in Rührbehältern vollzogen und anschließend die so hergestellte Trübe im Schwingreaktor nachbehandelt wird, wobei im Schwingreaktor gleichzeitig eine Feinstmahlung, Nachlaugung und Zementation stattfindet.

Allerdings wird auch bei dieser modifizierten Verfahrensweise als Nachteil empfunden, daß wegen der kurzen Verweilzeit im Schwingreaktor ein unbefriedigender Mahleffekt, zusätzlich verstärkt durch die ungleichmäßige Form des Fällmittels, in Kauf genommen werden muß. Hierdurch wird das Ausbringen des Wertmetalles gemindert.

Versuchsergebnisse mit dieser modifizierten Arbeitsweise führten zwar zu dem Ergebnis, daß die Laugungszeit im Schwingreaktor bis auf 120 Sekunden bei einer vorangegangenen Rührlaugung von ca. 3.600 Sekunden verkürzt werden kann, um ein gleiches Ausbringen von maximal 80 % des HpSO.-löslichen Anteiles zu erzielen, wie dies in der Schwingmühle ohne Vorlaugung möglich war. Es ergab sich demnach bei dieser Arbeitsweise lediglich ein Austausch von Schwingreaktoren gegen eine ent-

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sprechende Anzahl von Rührbehältern, ohne sonstige Verbesserung der Ergebnisse.

Bei den bekannten Verfahren ist weiterhin zu beachten, daß verdünnte HpSO^-metallische Reaktorwerkstoffe in erheblichem Maße angreift. Dies bedingt entweder beträchtliche Verschleißerscheinungen, oder erfordert eine Auskleidung der Reaktorwände mit Gummi oder keramischen Werkstoffen, was mit hohem Aufwand sowie nicht unbeträchtlichen Kosten verbunden ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, bekannte Verfahren zum Laugen und Fällen von Metall aus metallhaltigem Feststoff zu verbessern und zu optimieren und insbesondere die Zeitfolge des Laugungsprozesses und die Zeitfolge des Fällungsprozesses harmonisierend einander anzugleichen, um damit zu rationelleren Gesamtabläufen zu gelangen.

Als weitere Verbesserung wird eine Erhöhung des Metallausbringens erstrebt.

Schließlich soll durch möglichst weitgehende Reduzierung des Verschleißes von Reaktorwerkstoffen eine Verringerung der Investitions- und Betriebskosten erreicht werden.

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Auch soll die Zahl der notwendigen Schwingreaktoren, bezogen auf jeweils gleiche Durchsätze, möglichst weitgehend reduziert werden.

Insgesamt besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, durch die Summe der aufgezählten Verbesserungen eine Optimierung des Verfahrens bei größerer Wirtschaftlichkeit mit möglichst hohem Metallausbringen zu verwirklichen.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß mindestens die Stufe des Zerkleinerungsprozesses auf Laugungsfeinheit sowie die erste Stufe des Laugungsprozesses gemeinsam in mindestens einer Mahlkörper enthaltenden Schwingmühle unter Zugabe von konzentrierter Säure, und die zweite Stufe des Laugungsprozesses in Kombination mit dem Zementationsprozeß in einem Schwingreaktor unter Zugabe von Zementationsmittel und Wasser durchgeführt wird.

Vorzugsweise wird dabei ein stückiges Zementationsmittel, beispielsweise Schrott, Granalien, Stanzabfälle und ähnliches Gut verwendet.

Der Vorteil der Erfindung besteht in folgenden Punkten:

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1. Konzentrierte H^SO. greift Eisenwerkstoffe nicht an, weshalb auch bei Verwendung von preisgünstigen, unlegierten Eisenwerkstoffen eine Korrosion der Reaktorwerkstoffe vermieden wird.

2. Die Verwendung von konzentrierter Säure im Zusammenwirken mit mechanischer Zerkleinerungsarbeit durch Mahlkörper führt zu einer äusserst intensiven mechanochemisehen Auflösung des Feststoffes, wodurch die Verweilzeit in der Schwingmühle signifikant reduziert wird.

3. Deshalb kann in der Schwingmühle bei sehr hohen Feststoffkonzentrationen gearbeitet werden, womit der Durchsatz ebenfalls beträchtlich erhöht wird.

4. Die Verweilzeiten für Zerkleinerung und Laugung einerseits sowie für Nachlaugung und Fällung des Zementats andererseits werden auf diese Weise harmonisch einander angeglichen.

5. Die Anzahl der Reaktoren für eine bestimmte Anlagengröße werden um mindestens die Hälfte reduziert,

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dadurch wird die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens bezüglich Investitions- und Betriebskosten signifikant verbessert.

6. Der betriebliche Aufwand zur Verdünnung der Säure entfällt.

7. Starke Wärmeentwicklung infolge Verdünnung der konzentrierten Säure in der zweiten Stufe beschleunigt die restlose Auflösung des Feststoffes sowie den Zementationsprozeß.

8. Die Verwendung von konzentrierter Säure aktiviert den Laugungsvorgang derart, daß das Metallausbringen bis zu optimalen Werten ( ^- 95 %) erhöht wird.

In Ausgestaltung des Verfahrens wird die Zugabe von konzentrierter Säure in die Schwingmühle derart geregelt, daß sich im Bereich der Fließfähigkeit der Trübe eine möglicht hohe Feststoffkonzentration einstellt, während die Zugabe von Wasser im Schwingreaktor so geregelt wird,daß sich eine für den Zementationsprozeß und/oder eine anschließende Verfahrensstufe geeignete Trübekonzentration ergibt.

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Dabei kann so verfahren werden, daß der Feststoffgehalt der Trübe in der Schwingmühle zwischen 500 und 1.500 g/l und im Schwingreaktor zwischen 50 und 500 g/l eingestellt wird.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens kann alternativ auch von der Maßnahme Gebrauch gemacht sein, daß die Zugabe von Wasser im Schwingreaktor nach Maßgabe der Trübekonzentration erfolgt.

Es kann jedoch auch so vorgegangen werden, daß die Zugabe von Wasser nach Maßgabe der durch die Verdünnungswärme entstehenden Temperatur der Trübe erfolgt.

Eine Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Zugabe von Wasser nach Maßgabe des pH-Wertes der Trübe erfolgt.

Und schließlich kann auch die Maßnahme ergriffen werden, daß die Zugabe von Wasser nach Maßgabe der Flotierfähigkeit der ablaufenden Trübe erfolgt.

Welche der im Endeffekt gleichwertigen Maßnahmen ange-

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wendet werden, hängt von den jeweiligen Begleitumständen, beispielsweise der technischen Ausrüstung der Anlage ab, und liegt im Ermessen des Fachmannes.

In zweckmäßiger Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, daß der in die Schwingmühle aufgegebene Feststoff auf eine Korngröße unter 10 mm, vorzugsweise auf 0 bis 3 mm zerkleinert wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung umfasst mindestens eine Schwingmühle mit mindestens einem vorzugsweise horizontal angeordneten Mahlrohr aus einem unlegierten Eisenwerkstoff ohne korrosionsfeste Schutzauskleidung, und mindestens einen Schwingreaktor mit einem vorzugsweise rohrförmigen, horizontal angeordneten Reaktionsraum in korrosionsbeständiger Ausführung.

In vorzugsweiser Ausgestaltung besteht die korrosionsbeständige Ausführung des Schwingreaktors aus einer säurebeständigen Auskleidung.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß eine Schwingmühle und ein Schwingreaktor mit einem Schwingantrieb au einem Schwingungssystem miteinander vereinigt sind.

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Und schließlich ist es von Vorteil, wenn die Vorrichtung so beschaffen ist, daß die Schwingmühle und/oder der Schwingreaktor mit hoher Energie erregt ist, wobei der Schwingkreisdurchmesser vorzugsweise eine Größenordnung von 10 mm und die Frequenz vorzugsweise eine Größenordnung von 15 Hz auf v/eist.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines im Verfahrensstammbaum schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Fig. zeigt einen Vorratsbehälter 1 für das Ausgangsrnaterial, den metallhaltigen Feststoff. Der Feststoff wird mittels einer volumetrisch dosierenden Abzugsvorrichtung einer Brechanlage 3 aufgegeben, welche das Gut beispielsweise auf eine Korngröße von 0 bis 3 mm zerkleinert, wobei ein Überkornsieb 4 mit nachgeschaltetem Elevator das ausgeschiedene Überkorn in die Brechanlage 3 zurückfördert. Das zerkleinerte, klassierte Gut wird in den Zv/i schenbehäl ter 6 abgeworfen, aus welchem es mittels einer gravimetrisch dosierenden Bandwaage 7 in den Aufgabetrichter 8 der Schwingmühle 9 aufgegeben wird. Gleichseitig wird konzentrierte Schwefelsäure (HpSO.) aus dem

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Vorratsbehälter 10 mittels einer dosierend arbeitenden Säurepumpe 11 ebenfalls dem Aufgabetrichter 8 der Schwingmühle 9 aufgegeben.

Beide Stoffe, nämlich einerseits die konzentrierte Schwefelsäure und andererseits der metallhaltige, vorzerkleinerte und klassierte Feststoff, werden durch die exakte Mengenbestimmung in ein definiertes Mengenverhältnis zueinander gesetzt, wodurch man die Konsistenz der in der Schwingmühle entstehenden Trübe exakt einstellen kann.

Dabei wird die Zugabe der konzentrierten Säure so bemessen, daß sich eine fließfähige dicke Trübe ergibt. Eine solche Dicktrübe enthält beispielsweise 1500 gr Feststoff im Liter Trübe.

In der Schwingmühle 9 findet innerhalb einer Verweilzeit von ca. 120 Sekunden eine intensive Mahlung, Mischung und Aktivierung des Einsatzmaterials, mithin eine hohe mechanochemisehe Auflösung statt. Dies wird erreicht durch den äusserst intensiven Angriff der konzentrierten Säure im Zusammenwirken mit der Mahlwirkung der Schwingmühle, welche zu ca. 60 bis 70 % mit Mahlkörpern gefüllt ist.

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Wegen der besonderen Eigenschaften der konzentrierten
Säure, Eisenmaterial nicht anzugreifen, können die Zuleitungen und das Mahlrohr sowie die Mahlkörper aus einer unlegierten Eisenqualität bestehen. Dies ergibt einen
weiteren wirtschaftlichen Vorteil.

Der Austrag der Schwingmühle, dargestellt durch den
Pfeil 10, wird unmittelbar in den Schwingreaktor 11
in dessen Einlaufstutzen 12 aufgegeben. In den Schwingreaktor 11 wird außerdem Wasser über ein Zähl- und Meßwerk 13 zugegeben. Dieses wird einem Wasserbehälter 14 entnommen, welcher sowohl Frischwasser aus der Zulauf— leitung 15 als auch Kreislaufwasser aus der Leitung 16 enthält. Aus dem Vorratsbehälter 17 wird als Fällmittel Eisenschrott in gravimetrisch definierter Menge, abgewogen durch die Dosierbandwaage 18, dem Schwingreaktor 11 aufgegeben, wie dies durch den Pfeil 19 angedeutet ist.

Der Schwingreaktor 11 enthält demnach die aus der
Schwingmühle 9 zufliessende Dicktrübe 10, verdünnt
durch die dosierte Zugabe von Wasser, zusammen mit einer definierten Menge Fällmittel 19. Diese Reagenzien durchlaufen in einem kontinuierlichen Massenstrom den Schwingreaktor, wobei die Feststoffteile in der Trübe durch

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stückiges Fällmittel zerrieben und von der Säure restlos ausgelaugt werden, und wobei gleichzeitig durch Ionenaustausch zwischen dem edleren Wertmetall und dem elektrochemisch unedleren Fällmittel das Wertmetall als Zementat aus der Lösung ausgefällt wird. Dabei wird zweckmäßig so viel HpO zugesetzt, daß ein pH-Wert von bis 4,5 erreicht wird, und die Feststoffkonzentration einen Wert zwischen 400 und 500 g/l annimmt.

Bei der Verdünnung erwärmt sich die Lauge, so daß eine Laugentemperatur von 50 bis 60 ohne zusätzliche Zuführung von Fremdwärme entsteht. Die Lösung fließt kontinuierlich in Richtung des Pfeiles 20 durch den Schwingreaktor 11, wobei die Zementation bei erhöhter Temperatur sehr schnell stattfindet.

Durch entsprechende Gestaltung der Querschnitte kann erreicht werden, daß die Verweilzeit der Lösung bzw. der Trübe in dieser Kammer annähernd 30 bis 60 Sekunden betragt«. Anschließend wird die mit Zementat und restlichem Sulfid beladene Trübe durch den Überlauf 21 aus dem Schwingreaktor Il ausgetragen und beispielsweise einer Flotationszelle 22 zugeführt, wie dies rein schematisch im Verfahrens-Stammbaum der Figur dargestellt ist.

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Dabei passiert die ablaufende Trübe, angedeutet durch den Pfeil 23, eine Meßzelle 24, welche je nach Ermessen des Betriebes zur Messung der Trübekonsistenz, oder des pH-Wertes oder der Temperatur eingerichtet sein kann, gegebenenfalls auch zur Erfassung mehrerer oder aller dieser genannten Meßdaten.

Aus der Flotationszelle 22, welche mit einem zur Beschickung mit Luft geeigneten Rührwerk 25 in an sich bekannter Weise ausgestattet ist, wird das Konzentrat, angedeutet durch Pfeil 26 abgezogen, während Abgänge durch die Leitung 27 einem Eindicker 28 zugeführt werden, dessen Schlammaustrag 29 einer Deponie 30 zugeleitet wird, während der Überlauf Kreislauf-Wasser mit der Leitung 31 einer Pumpe 32 zuführt, welche das Kreislaufwasser durch die Leitung 16 in den Wasserbehälter 14 fördert.

Die im Anlagenstammbaum beispielhaft dargestellte und beschriebene Anlage stellt lediglich eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dar. Diese kann nach Belieben des Fachmannes entsprechend den jeweiligen betriebstechnischen Gegebenheiten sowie nach Maßgabe von Erfahrung und durchgesetztem Material und sonstigen Parametern in i'/eiten Grenzen modifiziert werden. Beispielsweise kann die

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Zerkleinerung vor Aufgabe des Grundstoffes in die Schwingmühle so weit geführt werden, daß annähernd 100 % des vorzerkleinerten Erzes kleiner 2 mm anfällt.

Des weiteren kann in maschineller Hinsicht die Vorrichtung so ausgestaltet sein, daß die Schwingmühle und der Schwingreaktor mit dem Schwingantrieb ein gemeinsames, untereinander fest verbundenes Schwingungssystem darstellen. Dabei könnte in an sich bekannter Weise das Schwingungssystem so ausgelegt sein, daß je zwei parallel geschalteten Mahlrohren ein Schwingreaktor zugeordnet ist, womit erreicht wird, daß die Durchsätze pro Zeiteinheit einerseits des Mühlenteiles und andererseits des Reaktorteils besonders zweckentsprechend aufeinander abgestimmt sind.

Auch ist der Fachmann frei in der Wahl der vorgeschalteten und/oder nachgeschalteten Aggregate, beispielsweise der Brechanlage wie andererseits auch beispielsweise der Flotationseinrichtung, an deren Stelle beispielsweise auch ein ganz anderer Anlagenteil , wie etwa eine Entwässerungseinrichtung, eine Trocknungsanlage mit einer pyrometallurgxsehen Gewinnungsanlage etc. installiert sein kann.

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Alle derartigen Modifikationen der Einrichtung fallen jedoch unter die Erfindung, sofern sie einem der geltenden Patentansprüche genügen.

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Claims

KHD H 78/43 Patentansprüche

1. Verfahren zum Laugen und Fällen von Metall aus metallhaltigem Feststoff, wobei der Feststoff in Stufen bis auf Laugungsfeinheit zerkleinert und der Metallgehalt durch einen Laugungsprozeß in Lösung gebracht wird, aus welcher Metall durch Ionenaustausch gegen ein elektrochemisch unedleres Metall, das sogenannte Zementationsmittel, als Zementat ausgefällt wird, und wobei jeweils mindestens ein Teil des Laugungs- und Fällungsprozesses in einem Schwingreaktor durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Stufe des Zerkleinerungsprozesses auf Laugungsfeinheit sowie die erste Stufe des Laugungsprozesses gemeinsam in mindestens einer Mahlkörper enthaltenen Schwingmühle unter Zugabe von konzentrierter Säure, und die zweite Stufe des Laugungsprozesses in Kombination mit dem Zementationsprozess in einem Schwingreaktor unter Zugabe von Zementationsmittel und Wasser durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von stückigem Zementationsmittel.

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3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von konzentrierter Säure darart geregeItwird, daß sich im Bereich der Fließfähigkeit der Trübe eine möglichst hohe Feststoff-Konzentration einstellt, während die Zugabe von Wasser so geregelt i«/ird, daß sich eine für den Zementationsprozeß und/oder eine anschließende Verfahrensstufe geeignete Feststoffkonzentration ergibt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt der Trübe in der Schwingmühle zwischen 500 und 1.500 g/l und im Schwingreaktor zwischen 50 und 500 g/l eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Wasser nach Maßgabe der Trübekonzentration erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Wasser nach Maßgabe der durch die Verdünnungswärme entstehenden Temperatur der Trübe erfolgt.

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7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von Wasser nach Maßgabe des pH-Wertes der Trübe erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe von V/asser nach Maßgabe der Flotierfähigkeit der ablaufenden Trübe erfolgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff vor der Aufgabe in die Schwingmühle auf eine Korngröße unter 10 mm, vorzugsweise auf 0 bis 3 mm zerkleinert wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens eine Schwingmühle mit mindestens einem vorzugsweise horizontal angeordneten Mahlrohr (9) aus einem unlegierten Eisenwerkstoff ohne korrosionsfeste Schutzauskleidung sowie einen Schwingreaktor (11) mit einem vorzugsweise rohrförmigen, horizontal angeordneten Reaktionsraum in korrosionsbeständiger Ausführung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

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daß die korrosionsbeständige Ausführung des Schwingreaktors (11) vorzugsweise aus einer säurebeständigen Auskleidung besteht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwingmühle (9) und ein Schwingreaktor (11) mit einem gemeinsamen Schwingantrieb zu einem integrierten Schwingungssystem miteinander vereinigt sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingmühle (9) und/ oder der Schwingreaktor (11) mit hoher Energie erregt ist, wobei der Schwingkreisdurchmesser vorzugsweise eine Größenordnung von 10 mm und die Frequenz vorzugsweise eine Größenordnung von 15 Hz aufweist.

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