FI118225B - Menetelmä sulfidisen rikasteen liuotuksen tehostamiseksi - Google Patents

Description

" t 1 118225

MENETELMÄ SULFIDISEN RIKASTEEN LIUOTUKSEN TEHOSTAMISEKSI

KEKSINNÖN ALA

Keksintö kohdistuu menetelmään, jonka avulla tehostetaan sulfidisen, 5 arvometallia sisältävän rikasteen liuotusta metallin hydrometallurgisessa valmistusprosessissa. Tarkoituksena on nopeuttaa liuotuksen aikana kolmiarvoisella raudalla tapahtuvaa sulfidisen rikin hapettamista ja siten arvometallin liukenemista. Tämän aikaansaamiseksi ainakin osaa liuotuksessa muodostuneesta, kaksiarvoista rautaa sisältävästä liuoksesta hapetetaan 10 erillisessä, staattisilla sekoittajilla varustetussa putkimaisessa hapetusreaktorissa kolmiarvoisen raudan muodostamiseksi. Erityisen hyvin keksintö soveltuu sinkin hydrometallurgiseen valmistusmenetelmään, jossa raaka-aineena on sinkkirikaste ja jossa sinkkirikaste liuotetaan suoraan ilman pasutusta.

15 .

KEKSINNÖN TAUSTA

Sinkkirikasteen atmosfääristä suoraliuotusteknologiaa on kuvattu useissa patenteissa kuten US 6340450 ja Fl 109457. Toisaalta tämän keksinnön mukaista menetelmää voidaan vastaavasti käyttää myös muiden metallien, 20 kuten kuparin, hydrometallurgisessa tuotannossa, jos raaka-aineena on • · · sulfidisia kupariyhdisteitä sisältävä rikaste.

• · · • · • φ * · · · * *·:·* Ennestään on tunnettua, että sulfidisten, arvometallia sisältävien rikasteiden * · t • · *···* arvometalli, kuten sinkki, kupari tai nikkeli, voidaan liuottaa rikastemineraaleista . 25 liukoiseen muotoon käyttämällä hyväksi kolmiarvoisessa muodossa olevan • · * raudan hapetusvoimaa. Alla on esitetty liukenemisen pääreaktiot, joista näh- * · • · *!* dään, että esimerkiksi rikasteen sinkkisulfidin liuetessa ferrirauta hapettaa sulfi- * * din elementtirikiksi ja samalla ferrirauta pelkistyy ferroraudaksi. Jotta liu- * · · • · *·;·* kenemisreaktio jatkuisi, ferrorauta täytyy hapettaa takaisin ferriraudaksi. Hapet- 1 timena käytetään yleensä mahdollisimman puhdasta happikaasua. Raudan ha- • · · petuksessa neutraloituu rikkihappoa reaktioyhtälön (2) mukaisesti.

2 118225

ZnS + Fe2(S04)3 -> ZnS04 + 2 FeS04 + S° (1) 2 FeS04 + 1/2 02 + H2S04 Fe2(S04)3 + H20 (2) 5 Liuotuksessa muodostunut arvometallipitoinen sulfaattiliuos kuten sinkkisulfaattiliuos johdetaan neste-kiintoaine-erotuksen jälkeen liuospuh-distukseen ja edelleen metallin elektrolyyttiseen talteenottoon. Riittävän suuren liukenemisnopeuden saavuttamisessa liuoksessa täytyy olla riittävästi rautaa.

Rauta liuokseen saadaan raaka-aineesta eli sinkkirikasteesta tai toisaalta 10 mahdollisesti pasutteesta, jos prosessikokonaisuuteen kuuluu myös pasutteen liuotus. Raaka-aineen rautapitoisuudesta ja sen liukoisen raudan osuudesta riippuen voidaan käyttää erilaisia prosessiteknisiä ratkaisuja, kuten sisäisiä rautasakan saostuksia ja kierrätyksiä, riittävän rautapitoisuuden ylläpitämiseksi liuotusprosessissa. Kiintoaineeseen jäänyt rikki voidaan erottaa esimerkiksi 15 vaahdottamalla ja rauta saostetaan halutussa muodossa esimerkiksi jarosiittina, götiittinä tai hematiittina.

Rikasteen liuotusprosessissa rikaste syötetään ensin rikasteen liettoreaktoriin, *:*" jonne syötetään myös kolmiarvoista rautaa ja vapaata rikkihappoa sisältävää 20 vesiliuosta. Liettoreaktorista liete jatkaa matkaa varsinaisiin liuotusreaktoreihin, ♦ ·· joita on kytketty useampia sarjaan. Liuotusprosessin alkupäässä liukeneminen ··« on kiivasta ja suurin osa siitä tapahtuu ensimmäisessä ja toisessa reaktorissa.

Loput reaktorit toimivat siten liuotusprosessin kestoa kasvattavina reaktoreina, ··« *···* joissa liuotetaan loppu liukenevasta sinkistä. Perinteisesti rikasteen liuotusaika 25 on atmosfäärisessä liuotusprosessissa luokkaa 20 - 24 h.

• * * • · · .

* · « *·· * * **:*' Sinkkirikasteen atmosfäärisessä suoraliuotusprosesseissa on huomattu, että • · .

""· etenkin liuotusprosessin alkupäässä eli reaktorisarjan ensimmäisessä reakto- • * · rissa liuoksen ferrirautapitoisuus laskee liukenemisreaktion kiivauden takia hy-30 vin alas. Toisin sanoen pääosa liuoksen raudasta on ferromuodossa. Tämä joh- » ·* tuu siitä, että ferroraudan hapettuminen takaisin ferriraudaksi ei yleensä ole riittävän nopeaa ja tehokasta, vaikka reaktoreihin syötettäisiin ylimäärin happea 1 118225 3 :·- ja, koska kolmiarvoiseksi hapetettu rauta reagoi välittömästi lietteessä ylimäärin olevan rikasteen metallisulfidin kanssa. Tästä luonnollisesti seuraa se, että tehokas rikasteen liuotus estyy ja liuotukseen tarvittavan ajan sekä samalla tarvittavien reaktoreiden koko kasvaa.

5

Raudan hitaan hapettumisen ja rikasteen hitaan liuotuksen ongelmia on pyritty ratkaisemaan esimerkiksi rikasteen liuotusprosessin avulla, jota on kuvattu EP-julkaisussa 1 245 686. Menetelmälle on olennaista, että rikasteen liuotukseen käytettävä, vapaata rikkihappoa ja ferrirautaa sisältävä liuos johdetaan jo rikas-10 teen jauhatusvaiheeseen. Jotta ferrorautaa saadaan hapetettua ferriraudaksi, ainakin osa prosessista suoritetaan paineistetussa tilassa. Menetelmän mukaisesti voidaan koko rikasteen liuottaminen tehdä autoklaavissa korotetussa happipaineessa. Tällöin raudan hapettuminen ja rikasteen liukeneminen on nopeaa. Paineliuotusprosessien ongelmana ovat kuitenkin tunnetut autoklaavi-15 prosessien ongelmat, kuten korkeat investointi- ja käyttökustannukset sekä monimutkainen ja vaikea operointi korkean paineen vuoksi. Hapen dispergointi liuokseen ei ole autoklaavissa tehokasta ja tämän vuoksi joudutaan käyttämään suhteellisen korkeita paineita (0,7 - 1,0 MPa) tehokkaan raudan hapettumisen *!**: ja nopean rikasteen liukenemisen saavuttamiseksi.

·:··: 20 * · EP-julkaisussa 1 245 686 on myös esitetty tapa atmosfäärisen ja paineliuotuk- * · * " ' sen yhdistämiseksi. Sen lisäksi, että happo- ja ferrirautapitoinen liuos johdetaan jauhatusvaiheeseen, menetelmän yhteen vaihtoehtoon kuuluu paineistetun re- • · *···* aktorin yhdistäminen atmosfääriseen liuotusvaiheeseen. Paineistetun reaktorin 25 tarkoituksena on toimia prosessin osana, jossa ferrorauta hapetetaan ferri- » · · *;;;’ raudaksi. Paineistettu reaktori on julkaisun mukaan vain joko suora paineistettu • * **;·* putki tai toisaalta monimutkaisempi autoklaavilaitteisto. Pelkässä paineistetussa putkessa happi liukenee kuitenkin huonosti, koska sen dispergointi liuokseen ei • · · ole tehokasta puutteellisen sekoittumisen vuoksi.

·:· 30 *·*·

Paineistetusta reaktorista ferrirautapitoinen liuos tai liete palautetaan takaisin jauhatukseen ja sieltä varsinaiseen atmosfääriseen liuotusreaktoriin. Julkaisun 4 118225 mukaan useampaan osaan jaettua autoklaavilaitteistoa voidaan käyttää raudan tehokkaaseen hapettamiseen ja johtaa ferriraudan sisältävä liete tai liuos edelleen atmosfääriseen liuotukseen. Toisin sanoen kysymyksessä on atmosfäärisen ja paineliuotuslaitteiston yhdistelmä, joka edelleen sisältää autoklaavilait-5 teiston ja -prosessin ongelmat.

EP-julkaisun 1 245 686 mukaisessa menetelmässä on yhtenä olennaisena piirteenä hapettavan liuoksen johtaminen rikasteen jauhatusvaiheeseen. Jauhatuksen avulla nähtävästi halutaan osaltaan tehostaa rikasteen liukenemista. Ri-10 kasteen jauhamisen sisältävän liuotuslaitteiston toteuttaminen teollisessa mittakaavassa on kuitenkin vaikeaa ja kallista. Toisaalta etenkin sinkkirikastemarkki-noilla on ollut trendinä viimeiset 20 vuotta rikasteiden partikkelikoon lasku, joten rikasteen suoraliuotusprosessille soveltuvien pienen partikkelikoon omaavien rikasteiden osuus on koko ajan kasvanut.

15

KEKSINNÖN TARKOITUS

Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän tarkoituksena on tarjota tehokkaampi metallisulfidien liuotusmenetelmä, jossa on erityisesti parannettu hapen *:*·: dispergointia ja raudan hapetusvaihetta. Siten tarkoituksena on tehostaa sulfi- ·:*·: 20 disen, arvometallia sisältävän rikasteen liuotusta hapettamalla ainakin osa liuo- tukseen käytetystä ja ferrorautaa sisältävästä liuoksesta ferriraudaksi liuotus- • * · vaiheen ulkopuolisessa hapetuslaitteistossa, joka on edullisesti varustettu te- hokkaan sekoituksen aikaansaavilla staattisilla sekoittajilla. Menetelmän mukai- • * * sesti rikasteen tehokas liuotus saadaan siten aikaan ilman koko rikastemäärän 25 syöttämistä autoklaaviin tai rikasteen jauhamista liuotuksen yhteydessä.

• · · * · · · · · ·

V KEKSINNÖN YHTEENVETO

Keksintö kohdistuu menetelmään sulfidisen, ainakin yhtä arvometallia *·* sisältävän rikasteen arvometallin liuotuksen tehostamiseksi metallin '/l· 30 hydrometallurgisessa valmistusprosessissa. Menetelmän tarkoituksena on :„.ϊ nopeuttaa liuotusvaiheen aikana tapahtuvaa sulfidisen rikin hapettamista ja siten arvometallin liukenemista, ja tämän aikaansaamiseksi ainakin osa 5 : 118225 liuotuksessa muodostuneesta, kaksiarvoista rautaa sisältävästä liuoksesta hapetetaan erillisessä, staattisilla sekoittajilla varustetussa putkimaisessa hapetusreaktorissa ja hapetettu, terrirautaa sisältävä liuos palautetaan rikasteen liuotusvaiheeseen.

5

Hapetus on edullista suorittaa mahdollisimman puhtaan hapen avulla. Rikasteen liuotusvaihe suoritetaan atmosfäärisessä paineessa ja lämpötilassa. Hapetusreaktorissa tapahtuvan hapetusvaiheen lämpötila säädetään olemaan rikin sulamispisteen alapuolella. Hapetusreaktori toimii joko atmosfäärisessä 10 paineessa tai edullisesti matalassa ylipaineessa, korkeintaan luokkaa 0,5 MPa.

Erityisesti keksintö liittyy sinkin hydrometallurgiseen valmistusmenetelmään, jossa raaka-aineena on sinkkirikaste ja joka sinkkirikaste liuotetaan suoraan ilman pasuttamista.

15

Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille oheisista vaatimuksista. KUVALUETTELO

*:**: Kuvassa 1 on esitetty virtauskaavio eräästä keksinnön mukaisesta suoritus- *:**: 20 muodosta, jossa sinkkirikasteen liuotus suoritetaan sulfaattipohjaisena liuotuk- sena, ja kuva 2 on graafinen esitys staattisen sekoittimen sisältävän reaktorin ja pelkän putkireaktorin sisältävän laitteiston vertailusta sinkkirikasteen liuotuksessa liuo- • · * tuksen saantikäyrien avulla esitettynä.

25 ♦

KEKSINNÖN YKSITYISKOHTAINEN SELOSTUS

* · · • · *·"* Keksinnön mukaisesti sulfidisen rikasteen liuotuksen yhteydessä kaksiarvoi- seksi ferroraudaksi pelkistynyt rauta hapetetaan takaisin ferriraudaksi ainakin * * * .

osittain varsinaisen liuotusvaiheen ulkopuolella olevassa lisälaitteistossa. Luonti· 30 noliisesti hapetuksessa käytettävää happea voidaan syöttää myös varsinaisen liuotusvaiheen liuotusreaktoreihin. Tässä tapauksessa mainittua lisälaitteistoa käytetään vain esimerkiksi reaktoreihin menevän happisyötön lisäksi reaktori- ' 6..

118225 sarjan ensimmäisen reaktorin yhteydessä, jossa liukeneminen on kaikkein nopeinta ja jossa raudan hapetusvaikutus on usein riittämätöntä tehokkaan liukenemisen kannalta. Pienissä ferrirautapitoisuuksissa on jo pienenkin ferrirautapi-toisuuden lisäyksen todettu nopeuttavan merkittävästi rikasteen liuotusta.

5

Hapen dispergoinnin ja raudan hapettumisen tehostamiseksi ja nopeuttamiseksi keksinnön mukaisessa menetelmässä käytetään hapetusreaktorina edullisesti putkimaista reaktoria, joka on varustettu staattisilla sekoittimilla. Staattisilla sekoittimilla saadaan happikaasun kuplakokoa pienennettyä ja siten aineensiir-10 topinta-alaa suurennettua. Lisäksi kaasu-nesteaineensiirtokerrointa saadaan parannettua. Näiden asioiden seurauksena saadaan happikaasun liukenemista ja edelleen raudan hapettumista nopeutettua.

Staattiset sekoittimet ovat yleensä putkireaktoriin liitettäviä sekoittimia, jotka ei-15 vät sisällä liikkuvia osia, vaan niiden sekoitustehokkuus perustuu putken sisälle eri tavoin muotoiltuihin elementteihin. Putkeen syötettävä neste ja kaasu joutuvat muuttamaan suuntaansa jatkuvasti ja samalla jakautumaan useaksi osavir-raksi, jotka taas hetkellisesti yhtyvät ja jakaantuvat sitten uudelleen satunnai-*:··· siksi osavirroiksi. Kun putki on varustettu staattisella sekoittimella, esimerkiksi *:··: 20 kaasun dispergoiminen nesteeseen tehostuu moninkertaiseksi pelkkään put- :***: keen nähden. Lisäksi staattisella sekoittimella sekoitus on tasaista siten, että * · · ' ·[[[· konsentraatioprofiili on putken poikkipinnan suhteen on tasaista ja aksiaalinen dispersio on vähäistä. Tästä syystä pitoisuudet ja muut olosuhteet reaktorissa • · · ovat tasaisia, mikä helpottaa prosessin hallintaa. Olosuhteet putki reaktorissa 25 vaikuttavat siten, että virtausnopeus ja paine putkessa tehostavat putkireaktorin φ , toimintaa.

* * * • · * * * * * *:*·: Sulfidisen rikasteen liuotusmenetelmää kuvataan ohessa viitaten virtauskaavi- M» ;...i oon 1. Rikasteen liuotus tapahtuu rikasteen liuotusreaktorissa 1, johon rikaste- ··· 30 liete 5 syötetään. On huomioitava, että tässä koko liuotusvaihe on kuvattu yh- ··«* :***: dellä reaktorilla, vaikka liuotus normaalisti käsittää useamman reaktorin. Rikas- • * · te ja ferrirautaa ja vapaata rikkihappoa sisältävä prosessiliuos sekoitetaan erilli- 7 118225 sessä liettoreaktorissa (ei tarkemmin kuvassa), jolloin rikasteessa mahdollisesti olevat karbonaattiset yhdisteet liukenevat ja muodostunut hiilidioksidi vapautuu. Rikasteen liukenemisen aikana liuoksessa oleva ferrirauta pelkistyy ferro-raudaksi ja liuoksen hapetusvoima heikkenee. Tämän vuoksi osa lietteestä 5 pumpataan pumpulla 2 putkireaktorin 3 läpi. Ennen putkireaktoria 3 lietteen sekaan syötetään happea 4. Lietteeseen syötetty happi dispergoidaan putkireak-torissa staattisten sekoittimien ja mahdollisesti pienen korotetun paineen (ylipaine 1 - 5 bar = 0,1 - 0,5 MPa) avulla ja liuoksen ferrorauta saadaan tehokkaasti hapetettua takaisin ferriraudaksi. Liete, jossa kaikki rauta on ferrirautana, 10 palautetaan liuotusreaktoriin 1. Lisäksi on huomattava, että happea voidaan syöttää myös suoraan ensimmäiseen reaktoriin, jolloin putkireaktoria käytetään lisäprosessilaitteena hapen dispergointia ja raudan hapetusta tehostamaan. Jatkuvatoimisessa prosessissa liuotusreaktoriin syötettyä määrää vastaava lie-temäärä 6 otetaan ulos reaktorista.

Ί5

Kun putkireaktori varustetaan staattisilla sekoittimilia, hapen dispergointi rikasteen liuotukseen käytettävään liuokseen tehostuu huomattavasti. Samalla hapen käytön hyötysuhde kasvaa ja hapen kulutusta voidaan pienentää. Suurin *:··; hyöty putkireaktorista saadaankin, kun hapen syöttömäärä on mahdollisimman ·:· : 20 lähellä tarvittavaa määrää, toisin sanoen, kun ei käytetä suurta happiylimäärää.

Lisäksi putkireaktorilla saavutettavat hyödyt korostuvat vielä teollisessa mitta-kaavassa, kun pienen mittakaavan laitteistosta johtuvat putkireaktorin seinämä- :.·.ϊ vaikutukset pienenevät.

• · · ··'· • · • * · .i 25 Keksintömme mukaisessa menetelmässä ei rikasteen liukenemisnopeuden te- :*i.: hostamiseksi ei tarvita muita laitteita kuin liuotusvaiheen ulkopuolinen, edulli- • · * • · *·;·* sesti matalassa ylipaineessa toimiva, staattisilla sekoittimilia varustettu putki- **·*“· mainen reaktori, jonne ainakin osa rikasteen liuotusreaktioihin tarvittavasta ha- pestä syötetään. Keksinnön mukainen ratkaisu on helposti liitettävissä olemas- ··· 30 sa olevan prosessilaitteiston yhteyteen. Tällöin ei varsinaisen prosessin olosuh- ·*·* teitä tarvitse muuttaa vaan rikasteen liuotusvaiheen lämpötila, liuoksen koostu-• · · 1 " 8' ^ ' 118225 mus, atmosfääriset olosuhteet ja lietteen klintoainepitoisuus voidaan pitää ennallaan.

Keksintöä kuvataan vielä oheisten esimerkkien avulla.

5 ESIMERKIT:

Esimerkki 1

Kokeissa käytettiin laitteistoa, joka koostui 200 litran sekoitussäiliöstä sekä 10 kolmen metrin pituisesta putkireaktorista (putkikoko DN 32). Sekoitussäiliö kuvaa menetelmän liuotusvaihetta. Kokeissa käytetyn liuoksen kokonaismäärä oli 60 litraa. Ennen kokeen alkamista liuoksen koostumus oli seuraavanlainen: 40 g/l rikkihappoa, 10 g/l ferrosulfaattia, 1 g/l kuparisulfaattia ja 120 g/l sinkkirikas-tetta. Kuparisulfaatilla säädetään liuoksen kuparipitoisuus vastaamaan suunnil-15 leen normaalia prosessiliuosta, sillä kuparilla on ferroraudan hapettumisessa katalyyttinen vaikutus. Rikasteen koostumus analyysin perusteella oli seuraavanlainen: 51,8 % sinkkiä, 35,1 % rikkiä, 3,08 % rautaa, 2,96 % lyijyä ja 0,052 % kuparia. Koeajojen aikana liuoksen rikkihappopitoisuus pidettiin suunnilleen ·:**: vakiona. Tämä tapahtui lisäämällä liuotuskokeen aikana useammassa erässä ·:· : 20 sellainen määrä rikkihappoa, mitä rikasteen liukenemisessa arvioitiin kuluneen sekä seuraamalla liuosnäytteistä lietteen rikkihappopitoisuutta.

• · · • · ♦ · * *·.·.: Kokeen alussa liuos syötettiin sekoitussäiliöön ja lämmitettiin lämpötilaan * · · hieman alle 100 °C. Tämän jälkeen säiliöön lisättiin rikaste ja kuparisulfaatti. 25 Rikasteen syöttöhetki katsottiin kokeen alkuhetkeksi. Kokeet suoritettiin lämpötilassa 105 °C ja 3 bar (abs) paineessa eli 0,2 MPa ylipaineessa.

* * · * · • · ··· "“· Sekoitussäiliöstä pumpattiin liuosta 37,5 l/min keskipakopumpulla ·»· putkireaktoriin. Putkireaktorin alkupäässä liuoksen sekaan syötettiin puhdasta ··· 30 happea. Putkireaktori oli tyhjä eli siellä ei ollut staattisia sekoittimia ···« :***: tehostamassa aineen- ja lämmönsiirtoa reaktioseoksessa.

i 118225 9 : . .

Putkireaktorista liuos palautettiin takaisin sekoitussäiliöön, jossa liukenematon kaasu erotettiin liuosfaasista ja johdettiin ulos säiliöstä. Poistokaasut jäähdytettiin, jolloin saatiin erotettua kaasuun sitoutunut vesi. Vettä ei palautettu takaisin reaktoriin, mutta sen massa otettiin huomioon massataseita 5 laskettaessa.

Kokeen ollessa käynnissä otettiin reaktorista lietenäytteitä. Näyte suodatettiin, jotta saatiin liuosfaasi ja kiintoainefaasi erotettua toisistaan. Liuosnäytteestä analysoitiin liuenneen sinkin määrä sinkkisaannon määrittämiseksi ja 10 määritettiin liuoksen rikkihappopitoisuus. Kiintoainenäytteet pestiin ja osa kiintoainenäytteistä analysoitiin jäljellä olevan sinkin määrä. Tällä pyrittiin varmistamaan liuosnäytteiden paikkansapitävyys. Analyysien perusteella lasketut sinkkisaannit kokeissa eri ajanhetkellä on esitetty taulukossa 1.

15 Taulukko 1 Sinkin liuotussaannit esimerkkikokeessa 1.

Aika Sinkin saanti Sinkin saanti sakka- liuosanalyysin analyysin perusteella ·:*·: perusteella ·*.·*: [rnini [%] [%] »»* --- : .* 0 O , 15 15 ' :.i.: 3Ö 26 * * * ! ’*···: 6Ö 49 ~~ 9Ö 66 • » t 120 76 ~ * * **:** iso 83 ' *;*/ 24Ö 91 ' • * V* 360 94 97 • · * - -- _ ,| I__ ···« * · · » · * · ··· 10 118225

Esimerkki 2

Kokeissa käytettiin laitteistoa, joka koostui 200 litran sekoitussäiliöstä sekä kolmen metrin pituisesta putkireaktorista (putkikoko DN 32). Sekoitussäiliö kuvaa menetelmän liuotusvaihetta. Kokeissa käytetyn liuoksen kokonaismäärä oli 5 60 litraa. Ennen kokeen alkamista liuoksen koostumus oli seuraavanlainen: 40 g/l H2S04( 10 g/l ferrosulfaattia, 1 g/l kuparisulfaattia ja 120 g/l sinkkirikastetta. Kuparisulfaatilla säädetään liuoksen kuparipitoisuus vastaamaan suunnilleen normaaliksi prosessiliuokseen verrattuna, koska kuparilla on ferroraudan hapettumisessa katalyyttinen vaikutus. Rikasteen koostumus analyysin perusteella oli 10 seuraavanlainen: 51,8 % sinkkiä, 35,1 % rikkiä, 3,08 % rautaa, 2,96 % lyijyä ja 0,052 % kuparia. Koeajojen aikana liuoksen rikkihappopitoisuus pidettiin suunnilleen vakiona. Tämä tapahtui lisäämällä liuotuskokeen aikana useammassa erässä sellainen määrä rikkihappoa, mitä rikasteen liukenemisessa arvioitiin kuluneen sekä seuraamalla liuosnäytteistä lietteen rikkihappopitoisuutta.

15

Kokeen alussa liuos syötettiin sekoitussäiliöön ja lämmitettiin lämpötilaan hieman alle 100 °C. Tämän jälkeen säiliöön lisättiin rikaste ja kuparisulfaatti. Rikasteen syöttöhetki katsottiin kokeen alkuhetkeksi. Kokeet suoritettiin ·:··· lämpötilassa 105 °C ja 3 bar (abs) paineessa eli 0,2 MPa ylipaineessa.

...: 20

Sekoitussäiliöstä pumpattiin liuosta 37,5 l/min keskipakopumpulla putkireaktoriin. Putkireaktorin alkupäässä liuoksen sekaan syötettiin puhdasta happea. Putkireaktoria, joka oli varustettu Sulzer SMX - tyyppisillä staattisilla • · · sekoittimilla, käytettiin tehostamaan aineen- ja lämmönsiirtoa reaktioseoksessa. 25

Putkireaktorista liuos palautettiin takaisin sekoitussäiliöön, jossa liukenematon * * * ·...* kaasu erotettiin liuosfaasista ja johdettiin ulos säiliöstä. Poistokaasut *:*·: jäähdytettiin, jolloin saatiin erotettua kaasuun sitoutunut vesi. Vettä ei palautettu '·"/· takaisin reaktoriin, mutta sen massa otettiin huomioon massataseita * 30 laskettaessa.

···· • · · • · • · • · · „ 118225

Kokeen ollessa käynnissä otettiin reaktorista lietenäytteitä. Näyte suodatettiin, jotta saatiin liuosfaasi ja kiintoainefaasi erotettua toisistaan. Liuosnäytteestä analysoitiin liuenneen sinkin määrä sinkkisaannon määrittämiseksi ja määritettiin liuoksen rikkihappopitoisuus. Kiintoainenäytteet pestiin ja osa 5 kiintoainenäytteistä analysoitiin jäljellä olevan sinkin määrä. Tällä pyrittiin . varmistamaan liuosnäytteiden paikkansapitävyys. Analyysien perusteella lasketut sinkkisaannit kokeissa eri ajanhetkellä on esitetty taulukossa 2.

Taulukko 2 Sinkin liuotussaannit esimerkkikokeessa 2.

10

Aika Sinkin saanti Sinkin saanti sakka- liuosanalyysin analyysin perusteella perusteella irnini i%i i%j Ö — ^9 3Ö 37 — — * • · ·«· ^— _ ' . . .. _ * ; 90 77 — 85 • ·

Tsö 90

• I

’"f 24Ö 94 » · · • · * _________ __ 360 96 97 • · * · · L ......... _ _ . - — < • · · • '

Sinkin liuotussaannin eroja on havainnollistettu kuvassa 1, jossa on esitetty * · · esimerkeissä 1 ja 2 esitetyt koetulokset. Liuotussaantikäyrät osoittavat, että • * ,*···. 15 staattista sekoitinta käyttämällä päästään nopeampaan sinkkirikasteen liuotuk- • · • · · *, seen. Samassa kuvassa on esitetty prosentuaalinen ero näiden kahden kokeen • * * I", liuotussaantien välillä. Tämä käyrä osoittaa yksiselitteisesti, että etenkin liuo- • · » • · · tusprosessin alkuvaiheessa, jolloin liukeneminen on nopeinta ja jolloin ferri-raudasta on liuotusreaktorissa puutetta, staattisen sekoittimen sisältävän putki- ' ' 12 : 118225 reaktorin käytöllä saavutetaan suurin liukenemisnopeuden kasvu. Juuri tähän tarkoitukseen staattisen sekoittimen sisältävän erillisen hapen dispergointi- ja raudan hapetuslaitteiston yhdistelmä lisättynä varsinaisen liuotusreaktorin lisäksi tarjoaa merkittävän parannuksen nykyisiin rikasteen liuotuslaitteistoihin.

5

Kuvasta 2 nähdään, että esimerkiksi 85 %:n liuotussaannin saavuttamiseksi tarvitaan staattista sekoitinta käyttäen vain noin 120 minuuttia, kun ilman staattista sekoitinta saman liuotussaannin saavuttamiseksi tarvitaan noin 200 minuuttia.

10

Tekniikan tason kuvauksessa todettiin, että esimerkiksi perinteisesti tapahtuvan sinkkirikasteen liuotusaika on 20 - 24 h. Edellä kuvatun esimerkin mukaisesti yli 95 % saantiin päästään 4 - 6 h aikana, joka on täysin riittävä prosessin muut vaiheet huomioiden. Kun keksinnön mukaisesti ainakin osa liuotusvaiheen liet-15 teestä johdetaan putkimaisessa reaktorissa tapahtuvaan hapetusvaiheeseen, jossa lietteeseen dispergoidaan happea, liuotusvaiheen pituus lyhenee vähintään neljänteen osaan. Menetelmälle on edullista, että hapetus suoritetaan matalassa ylipaineessa, jolloin reaktorille asetettavat vaatimukset ovat huomatta-vasti vähäisemmät kuin korkeamman paineen vaativissa reaktoreissa. Toisaalta 20 putki reaktorissa korkeammankin paineen käyttäminen on edullisempaa kuin ·1· esimerkiksi autoklaavilaitteistoissa. Tehokas hapetus saadaan aikaan matalas- ·1 · sa ylipaineessa tai jopa atmosfäärisissä olosuhteissa, kun reaktori varustetaan **i.: staattisilla sekoituselimillä.

# 1 · • · • 1 ♦ · · • · · • · · * 1 1 ·1· • · *···· • · · ·2#· • · m · · • · · · • · * · · • 1 ··.'> • · · · 1 · • ·« • · 2 • · • · ·

Claims (8)

118225

1. Menetelmä sulfidisen, sinkkirikasteen liuotuksen tehostamiseksi hydrometallurgisessa valmistusprosessissa, jolloin rikastetta liuotetaan 5 kolmiarvoista rautaa ja vapaata rikkihappoa sisältävän vesiliuoksen avulla, tunnettu siitä, että rikasteen rikin hapettumisen ja arvometallin liukenemisen yhteydessä muodostunut kaksiarvoinen rauta hapetetaan kolmiarvoiseksi ainakin osittain erillisessä, staattisilla sekoittajilla varustetussa putkimaisessa hapetusreaktorissa ja hapetettu, ferrirautaa 10 sisältävä liuos palautetaan rikasteen liuotusvaiheeseen liuotusreaktoriin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetusreaktori toimii atmosfäärisessä paineessa. 15

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetusreaktori toimii matalassa ylipaineessa.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että • · 20 hapetusreaktorin ylipaine on korkeintaan luokkaa 0,5 MPa. • · · * * • · * · ·

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1- 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • * · : että rikasteen liuotusvaihe suoritetaan atmosfäärisessä paineessa ja • φ * lämpötilassa. • · * 25

• · • *·· 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1- 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · että hapetusreaktorissa tapahtuvan hapetusvaiheen lämpötila ·:··· säädetään olemaan rikin sulamispisteen alapuolella. • · * * · • · * * * .···. 30

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · a * · että osa kaksiarvoisen raudan hapetukseen käytettävästä hapesta syö- • · tetään liuotusvaiheeseen. 118225

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rikasteen liuotusvaihe käsittää useamman reaktorin, jolloin hape-tusreaktorissa hapetettu liuos palautetaan vaiheen ensimmäiseen reak-5 toriin.