FI69489B - Foerfarande foer avlaegsnande av arsenik ur en svavelsyrahaltig loesning - Google Patents

Description

ί 69489

Menetelmä arseenin poistamiseksi rikkihappoisesta liuoksesta Tämän keksinnön kohteena on menetelmä, jolla poistetaan arseeni rikkihappoisesta liuoksesta. Menetelmä sopii erityisen hyvin käytettäväksi metalleja elektrolyyttisesti puhdistettaessa, tavallisimmin puhdistettava metalli on kupari. Kuparin elektrolyyttisessä puhdistuksessa arseenia liukenee elektrolyyttiin kuparianodien epäpuhtaustasosta riippuvassa määrässä. Arseenin ja muiden liuenneiden epäpuhtauksien kuten esim. Ni, Fe, Zn, Co, Sb, Bi pitoisuuksien kontrolloimiseksi elektrolyyttiä on otettava pitoisuuksista riippuva määrä puhdistettavaksi.

Yleisin menetelmä arseenin poistamiseksi elektrolyytistä on liuoksen elektroly-sointi altaissa, joissa on liukenemattomat lyijyanodit ja kuparikatodit. Altaisiin syötettävä elektrolyytti sisältää normaalisti - 50 g/1 Cu, 150 - 200 g/1 rikkihappoa, 1 - 15 g/1 As sekä vaihtelevia määriä muita epäpuhtauksia. Elektrolyysin alkuvaiheessa liuoksesta saostuu katodille kuparia. Kun liuos on tarpeeksi köyhtynyt kuparista alkaa myös arseenia kerasaostua katodille ja edelleen elektrolyysiä jatkettaessa on mahdollista erittäin myrkyllisen arseenivedyn kehittyminen katodilla. Elektrolysointi lopetetaan normaalisti kun on saavutettu liuoksen kuparipitoisuus 1 - 0,5 g/1, jolloin liuos tavallisesti menee jatkokäsittelyyn, jos se sisältää nikkeliä, tai neutralointiin tai palautetaan kuparieiektrolyysiin.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, jolla arseenivedyn kehittyminen voidaan estää sen vaikuttamatta haitallisesti kuparin ja arseee-nin saostumiseen katodille. Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1.

Keksintöä selostetaan alla lähemmin viitaten piirustuksiin, joissa kuva 1 esittää laboratoriomittakaavakokeen tuloksia kuparin ja arseenin katodisen saostumisen virrantiheyden riippuvuutta katodipotentiaalista. Kuva 2 esittää käytetyn systeemin rajavirrantiheyden liuoksen kuparipitoisuuden funktiona.

Tarkastetaan kuvan 1 mukaisia laboratoriomittakaavakokeen tuoksia jotka esittävät kuparin ja arseenin katodisen saostumisen virrantiheyden riippuvuutta katodi-potentiaalista.

Liuos sisälsi 2 g/1 Cu, 5 g/1 As ja 250 g/1 rikkihappoa. Kuparikatodi ja lyijyanodi oli upotettu liuokseen, jossa ei ollut sekoitusta, lämpötilassa 45° C . Virtageneraatto- 2 69489 ri syötti elektrolyysikennoon virtaa, joka muuttui nollasta 500 A/m2;iin vakionopeudella 3,3 A/m2 . s. Katodipotentiaali mitattiin käyttäen vertailuelektrodina kyllästettyä kalomelielektrodia (SCE).

Kuvan 1. mukaisissa olosuhteissa pelkästään kuparia saostuu matalalla virrantiheydellä < 100 A/m2. Virrantiheyden kasvaessa myös katodin ylijännite kasvaa ja mahdollistaa seuraavan elektrodiprosessin, joka on arseenin kerasaostuminen kuparin kanssa. Virrantiheyden edelleen kasvaessa saavutetaan rajavirrantiheys i]_, joka kuvaa kuparin ja arseenin saostumisen suurinta nopeutta näiden aineiden diffuusion kontrolloidessa tällöin reaktionopeutta. Virrantiheyden edelleen noustessa elektrodipotentiaali kasvaa jyrkästi ja saavuttaa seuraavaksi vedyn purkautumisen potentiaalin. Samanaikaisesti vedyn purkautumisen kanssa alkaa elektrodilla purkautua myös arseenivetyä.

Käytännössä on siis toimittava virrantiheydellä joka on alle rajavirran, tällöin ei kehity arseenivetyä. Toisaalta on pyrittävä toimimaan mahdollisimman lähellä rajavirrantiheyttä, koska silloin saavutetaan laitteiston paras tehokkuus kuparin ja arseenin saostumisnopeuksien ollessa suurimmillaan. On huomattava, että vaikka ylitettäisiinkin rajavirrantiheys, ei kuparin ja arseenin saostumisnopeus kasva, vaan rajavirran ylittävä osuus kuluu hyödyttömään vedynkehitykseen ja haitalliseen arseenivedyn kehitykseen.

Rajavirrantiheyden suuruuteen vaikuttavat liuoksen kupari- ja arseenipitoisuudet, lämpötila sekä sekoitus, eli tekijät, jotka edistävät reagoivien aineiden diffuusiota katodille nostavat rajavirrantiheyttä. Koska kupari- ja arseenipitoisuudet muuttuvat prosessin kuluessa ja näiden mukana rajavirrantiheys, on prosessin tehokkuuden kannalta edullista muuttaa käytettävää virrantiheyttä näiden muutosten suhteessa. Tätä valaisee seuraava esimerkki.

Esimerkki 1: Teollisuusmittakaavassa elektrolyyttiä, joka sisälsi W g/1 Cu, 8 g/1 As, 17 g/1 Ni ja 182 g/1 H2SO4 johdettiin kaksivaiheisen kuparinpoistoallasryhmän läpi. Kummassakin ryhmässä oli 5 allasta rinnakkain; joissa 30 katodia kussakin. Käytetty virrantiheys oli 180 A/m2. Tällöin ainoastaan kupari saostui kompaktina katodille, arseenivetyä ei kehittynyt kun ulostulevan liuoksen kuparipitoisuus oli laskenut 8 grammaan litrassa. Tätä liuosta kerättiin kiertosäiliöön 51 m3. Liuosta kierrätettiin 10 rinnakkain olevan altaan kautta nopeudella 3 m3/h · allas, lämpötilan ollessa n. W°C. Altaiden ylivuodon kokoojaputkesta pumpattiin näyte 3 69489 jatkuvatoimiseen Outokumpu Courier -30 röntgenanalysaattoriin, joka mittasi jatkuvasti ylivuodon kupari-, arseeni-, nikkeli-, antimoni- ja vismuttipitoisuutta. Altaat on peitetty kannella tiiviisti ja ilmastoitu omalla poistopuhaltimeila. Katolle johtavaan poistokaasuputkeen oli asennettu Dräger arseenivety analysaattori.

Kun arseenivetyä havaittiin poistokaasuissa virrantiheyttä pienennettiin kunnes sen kehitys lakkasi. Elektrolyysiä jatkettiin 21 tunnin ajan, jolloin saavutettiin liuoksen kuparipitoisuus 0,5 g/1 ja arseenipitoisuus 4 g/1. Tällöin elektrolysointi iopetetiin ja liuos pumpattiin haihdutukseen nikkelisulfaatin erottamiseksi.

Kokeen perusteella voitiin määrätä kokeellisesti käytetylle systeemille rajavirran-tiheys, jonka yläpuolella tapahtuu arseenivedyn kehitystä, liuoksen kuparipitoisuuden funktiona. Tämä käyrä on esitetty kuvassa 2.

3atkuvatoimiseen iiuosanalysaattoriin liitettyyn mikroprosessoriin ohjelmoitiin kuvan 2 esittämät virrantiheydenarvot liuoksen kuparipitoisuuden funktiona. Tämän jälkeen mikroprosessori kytkettiin ohjaamaan k.o. altaiden virrantiheyttä liuos-analysaattorin antaman kuparipitoisuuden mukaisesti. Seuraavissa ajoissa uusilla liuoksilla ei arseenivetyanaiysaattorilla havaittu arseenivedyn kehitystä, mutta prosessi toimi tehokkaasti, mikä voitiin havaita kuparin ja arseenin poistumis-nopeudesta.

Periaatteessa prosessin ohjaus voidaan tehdä myös katodipotentiaalin mukaan, jos se on suurempi kuin -400 mV (SCE) ei arseenivetyä kehity. Teollisessa sovellutuksessa on kuitenkin vaikeaa mitata useamman altaan edustavaa katodipo-tentiaalia luotettavasti. Katodipotentiaaliin verrannollinen on kennojännite mutta siihen vaikuttavat myös monet muut tekijät, joten se on ohjauksen kannalta vielä epävarmempi. Arseenivetydetektori soveltuu hälytykseen, mutta huonosti prosessin ohjaukseen. Edullisimmin prosessin ohjaus on suoritetavissa esimerkin mukaisesti, jolloin liuoksen pitoisuuksia seuraamalla valvotaan prosessin kulku.

Esimerkissä käytettiin panosprosessia, tiettyä liuosmäärää kierrätettiin kunnes haluttu Cu-pitoisuus oli saavutetttu. Prosessi voidaan myös rakentaa jatkuvatoimiseksi, jolloin liuosanalysaattorilia analysoidaan jatkuvasti eri vaiheiden pitoisuuksia ja säädetään virta niiden perusteella. Tietysti on selvää että eri olosuhteet, kuten esimerkiksi virtausnopeus, lämpötila, pitoisuussuhteet liuoksessa, elektrodit ym. vaativat kukin oman kuvan 2 mukaisen ohjauskäyrän kokeellisen , 69489 määrityksen.

Jos arseenia on paljon liuoksessa, esimerkiksi yli 10 g/1, ja se halutaan poistaa kokonaan niin liuokseen kannattaa lisätä kuparia esimerkiksi elektrolyyttiä lisäämällä siten että liuoksen kuparipitoisuus pysyy 0,1 - 3 g/1 välillä niin kauan kuin liuoksessa on arseenia, sillä tällöin arseenin saostumisnopeus on suurin; noin 30 -70 % virrasta kuluu arseenin saostamiseen. Jos kupari loppuu liuoksesta arseenin saostumisnopeus pienenee.

Claims (4)

69489

1. Menetelmä arseenin poistamiseksi kuparipitoisesta rikkihappoisesta liuoksesta, erityisesti metallien elektrolyyttisessä puhdistuksessa käytettävistä liuoksista, elektrolyyttisesti seostamalla, tunnettu siitä, että virrantiheyttä ohjataan liuoksen kuparipitoisuutta seuraamalla siten, että toimitaan lähellä kullekin systeemille ominaista virrantiheyttä, jonka yläpuolella arseenivedyn kehittyminen alkaa, mutta kuitenkin tämän rajavirrantiheyden alapuolella.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuoksen kupari- ja arseenipitoisuutta seurataan jatkuvatoimisella liuosanalysaattorilla.

3. Jokin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuoksen kuparipitoisuus > 0,1 g /1 arseenin poistovaiheessa.

4. Jokin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kullekin systeemille määrätään erikseen raja- virrantiheys kuparipitoisuuden funktiona.