IT8203479A1

IT8203479A1 - Procedimento idrometallurgico di trattamento delle polveri contenenti zinco, generate dai forni delle acciaierie elettriche

Info

Publication number: IT8203479A1
Application number: IT1982A03479A
Authority: IT
Original assignee: Ferlay Serge
Priority date: 1981-07-21
Filing date: 1982-07-09
Publication date: 1984-01-09
Also published as: FR2510141B1; IT8203479A0; IT1156625B; ES513213A0; ES8304212A1; FR2510141A1

Description

a corredo della Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

PROCEDIMENTO IDROMETALLURGICO DI TRATTAMENTO DELLE POLVERI CONTENENTI ZINCO, GENERATE DAI FORNI DELLE ACCIAIERIE ELETTRI CHE ",

La presente invenzione concerne un procedimento idrometallurgico di trattamento delle polveri contenenti zinco, genera te dai forni delle acciaierie elettriche.

Detto procedimento ? caratterizzato dal fatto di sottoporre le polveri zinchifere ad una liscivazione basica per mezzo di soda caustica, poi nell'estrarre lo zinco dalla soluzione ottenuta tramite liscivazione basica.

- E' noto che le acciaierie elettriche utilizzano come materia prima dei rottami di ferro, quali lamiere galvanizzate, automobili pressate, ecc., che contengono in bassa percentuale metalli pesanti quali Zn, Pb, Cu, Or, ecc. Alla tempera -tura di funzionamento dei forni elettrici (3.000? circa), questi metalli, che hanno un basso punto di fusione, passano istan taneamente allo stato di vapore (sublimazione) e si concentrano cos? nei fumi del forno. Questi fumi sono depurati per fil trazione a secco prima di essere immessi nell'atmosfera.

- La composizione chimica delle polveri recuperate tramite la filtrazione ? in relazione diretta con la composizione dei rot tami di ferro e dei coadiuvanti speciali alimentanti il forno elettrico. Uno studio sistematico della composizione di queste polveri, realizzato su diverse campionature prelevate in diverse acciaierie , mostra che esse sono costituite in peso da circa il 21% di Zn, il 25% di Fe, cos? come da un basso tenore di piombo e rame ed altri ossidi. Il tenore medio di zinco dell'ordine dal 20 al 21% ? scarsamente fluttuante nel tempo e nello spazio.

- Le alte temperature (3.000?) regnanti in un forno elettrico e le condizioni ossidanti dei vapori determinano la formazione di ossido di zinco ZnO e di ferrite di zinco ZnFe2O4 composta dall'alta temperatura. Per delle polveri contenenti dal 20 al 21% di Zn, dal 70 all'80% dello zinco si trova sotto forma di ZnO e dal 20 al 30% sotto forma di ZnFe O . Per un tenore di zinco dal 14 al 15%, questa proporzione ? differente, cio? il 50% sotto forma di ZnO ed il 50% sotto forma di ZnFeO4.

Queste polveri contenenti principalmente zinco non presentano alcun valore commerciale e sono attualmente gettate via in discariche controllate, il che crea seri problemi di inquinamento da metalli pesanti (Zn, Pb, Cr).

- La presente invenzione ha per oggetto un procedimento di trattamento di queste polveri il quale permette di recuperare i metalli di valore in esse contenuti (principalmente lo zinco ed in subordine il piombo) in vista di una riutilizzazione di questi metalli e di sopprimere una causa importante di inquinamento da essi fornita.

- A questo fine, questo procedimento idrometallurgico di trattamento delle polveri contenenti zinco, generate dai forni delle acciaierie elettriche, ? caratterizzato dal fatto di sottoporre le polveri.zinchifere ad una liscivazione basica per mezzo di soda caustica, e quindi nell'estrarre lo zinco dalla soluzione ottenuta tramite detta soluzione basica.

Preferibilmente la liscivazione basica viene effettuata in due fasi, e cio? una prima liscivazione dell'ossido di zinco con una concentrazione relativamente bassa di soda caustica, e quindi una seconda liscivazione della ferrite di zinco con una concentrazione maggiormente elevata di soda caustica. - Il procedimento secondo l'invenzione offre il vantaggio che la liscivazione basica determina la precipitazione del ferro contenuto nelle polveri sotto forma di idrossido ferrico Fe(HO) , il che semplifica la separazione del ferro. In effetti, se venisse utilizzata una liscivazione acida, lo zinco passerebbe in soluzione sotto forma di solfato di zinco (ZnSO4) ed egualmente con detto attacco acido il ferro passerebbe in soluzione sotto forma di solfato ferrico Fe2 SO4)3, il che richiederebbe la purificazione delle soluzioni di ferro, operazione particolarmente delicata e foriera di residui ingombranti nonch? maleodoranti. Un tale attacco acido com'? usato attualmente necessita dunque di materia prima povera di ferro non essendo esso applicabile a scorie d'acciaieria contenenti il 25% di ferro.

- In mezzo basico con pH superiore a 10, lo zinco ? solubile sotto forma di zincato ZnO2. In una soluzione di soda concen trata, l'ossido di zinco e le ferriti di zinco sono poste in soluzione secondo le seguenti equazioni:

oppure

- Il piombo ed il rame passano egualmente in soluzione sotto forma di piombato e di ramato.

Il ferro, presente sotto forma di ossido, precipita sotto forma di idrossido ferrico, secondo la reazione:

- La silice viene attaccata e forma un silicato di sodio solu bile che pu? essere fatto precipitare aggiungendo ioni Ca sotto forma di calce spenta Ca(OH) o per la presenza di calcio nelle polveri.

I diversi parametri condizionanti il trattamento delle polveri zinchifere sono la concentrazione di soda nella soluzio ne liscivante, la concentrazione di solido di pasta e la durata di liscivazione. Lo studio di questi diversi parametri ? stato realizzato su deicampionaricontenenti in media dal 20 al 21% di zinco.

- La concentrazione di soda della soluzione liscivante, posto che essa sia superiore a 100 g/1, non ? un fattore essenziale per l'attacco dell'ossido di zinco. Questa concentrazio ne deve tuttavia essera tale che la saturazione di zincato della soluzione non sia raggiunta. Dato che la conduttivit? di una soluzione di soda ? massima per delle concentrazioni da 200 a 250 g/l, viene di preferenza scelta una concentrazione di 250 g/l per la liscivazione dell'ossido di zinco.

- Al contrario, l'attacco della ferrite di zinco necessita di concentrazioni di soda pi? elevate. L'esperienza ha mostrato che per una concentrazione di solido del 20% ed una durata di liscivazione di due ore alla temperatura di ebollizione, il tasso di recupero totale cresce con la concentrazione di soda, e cio? :

- La concentrazione di solido ha una debole influenza tra il 10 ed il 30% (in peso) di solido a condizione che la saturazio ne di zinco della soluzione non sia raggiunta. La concentrazione di solido ? scelta di preferenza tra il 20 ed il 30% secondo la concentrazione di zincato necessaria all'ottimizzazione delle operazioni di estrazione dello zinco.

- Al contrario, la temperatura di liscivazione ? un fattore essenziale. Cos?, per una concentrazione di soda costante di 250 g/l, una concentrazione di solido costante del 20% ed un tempo di liscivazione costante di 2 ore, risulta che il tasso di recupero cresce sensibilmente linearmente tra il 50% a 20?C ed il 75% a 105?C. Ci? corrisponde naturalmente all'aumento della velocit? di reazione. Perci? la temperatura di liscivazione sar? scelta alla temperatura di ebollizione delle soluzioni, ossia a circa 105?C per una soluzione di soda a 250 g/1. Per contro, il porre in soluzione delle ferriti di zinco non risulta interferire con l'ebollizione delle soluzioni liscivanti tenendo in considerazione le durate abituali di liscivazione, cio? da 150 a 200?C per delle soluzioni a 1.500 e 2.000 g/l di soda.

- La durata di liscivazione ? legata alla temperatura (7 gior ni a 20?C equivalgono a 120 minuti a 95?C). Cos?, per una concentrazione di soda costante di 250 g/l, una concentrazione di solido costante del 20% ed una temperatura di liscivazione costante di 105?C, ? possibile constatare che il tasso di recupero dalla liscivazione dell'ossido di zinco ZnO tende verso un asintoto all'80%, nell'ipotesi di amalgama contenente il 20-21% di zinco. Per amalgama contenente dal 14 al 15% di zinco, questo asintoto si trova al 55% del recupero. Questa conclusione sta a dimostrare un rapporto nelle polveri da liscivare. Cos? sar? preferibilmente scelta una durata di liscivazione dell'ossido di zinco di 4 ore per ottenere il miglior tasso di recupero.

- Riassumendo, saranno preferibilmente scelti, per i diversi parametri che intervengono nel procedimento secondo l'invenzione, i valori qui sotto indicati:

liscivazione dello ZnO -concentrazione di soda 250 g/l

- concentrazione di solido 20%

- temperatura 95-105?C durata 4 ore

- liscivazione dello Zn Fe2 O4

- concentrazione di soda 1.500 g/l concentrazione di solido 20% temperatura 150?C

durata 4 ore

- L'estrazione dello zinco dalla soluzione ottenuta dopo la fase di liscivazione basica pu? essere realizzata per solforazione, carbonatazione, idrolisi od elettrolisi.

- Viene di preferenza utilizzata l'elettrolisi perch? questo processo necessita delle pi? semplici installazioni e produce il valore aggiunto massimo dalle soluzioni ottenute. Lo zinco prodotto tramite l'elettrolisi deve essere molto puro perci? ? necessaria la depurazione della soluzione generata dalla liscivazione.

- Gli elementi pi? abbondanti nella soluzione sono, oltre lo zinco, il ferro, il piombo ed il rame.

- La presenza di ferro deriva essenzialmente dalla presenza, nel filtrato, di idrossido di ferro non ritenuto durante la filtrazione. Il piombo, nelle condizioni di liscivazione dello ZnO indicate precedentemente, ? posto in soluzione con un rendimento equiparabile a quello dello zinco, cio? dal 70 al 75%. Il rame passa egualmente in soluzione ma il basso tenore di rame dell'amalgama non permette di fare un bilancio coerente di questo elemento. Da notare egualmente che il cromo non passa in soluzione.

Per eliminare questi elementi ? sufficiente trattare la soluzione con polvere di zinco:

- Questa operazione consume evidentemente della polvere di zinco, ma lo zinco posto in soluzione ? recuperato successivamente. I pochi idrossidi di ferro esistenti sono precipitati con detta depurazione tramite trattenimento delle particelle con i residui di piombo e di rame. L'esperienza mostra che lai depurazione della soluzione di zinco di cui allo schema di liscivazione dato precedentemente necessita di 10Kg di polvere di zinco per tonnellata di amalgama trattata.

- Dopo un'agitazione di 4 ore a 75?C della soluzione da purificare con la polvere di zinco il residuato della purificazione ha la seguente composizione:

- Zn = 16,5 %

- Pb = 52,1 %

- Cu = 0,05 %

- Cr = 0,045 %

- Ag 5= 0,005 %

Questo residuo , parecchio ricco di piombo, pu? essere trattato per pirometallurgia al fine di recuperare il piombo. - Per quel che concerne l'elettrolisi propriamente detta, risulta che le soluzioni di soda hanno conduttanza massima per delle concentrazioni da 160 a 280 g/l di soda e, di conseguen -za, ? in questa gamma di concentrazioni che ? necessario lavorare. Queste concentrazioni risultano egualmente convenienti per la liscivazione dell'ossido di zinco. Al contrario, come si ? visto in precedenza, la liscivazione della ferrite di zinco necessita di concentrazioni di s?da pi? elevate il che comporta per conseguenza di diluire la soluzione prima dell'elettrolisi e di riconcentrarla per il riciclaggio della soluzione liscivante. D'altro canto, il rendimento energetico decresce con il diminuire della concentrazione di zinco ma una troppo forte concentrazione di zinco comporta l'inconveniente della formazione di particelle grossolane e quindi di diminuire l'at tivit? catalitica della polvere di zinco formata.

- Per tutte queste ragioni, l'elettrolisi sar? realizzata di preferenza con una concentrazione di soda di 250 g/1 contenente da 10 a 55 g/l di Zn.

- Per quel che concerne gli elettrodi utilizzati, il miglior materiale in considerazione della corrosione per realizzare 'anodo ? una piastra di nichel o di acciaio nichelato e per il catodo una piastra di magnesio. La densit? ottimale della corrente ? di 12,9 A/dm con uno spazio tra anodo e catodo di 3,8 cm. La temperatura della soluzione tende a salire dalla temperatura ambiente a 40-45?C. E' quindi opportuno raffreddare gli elettrodi perch? sopra i 50?C la ridissoluzione della polvere di zinco formata aumenta rapidamente.

La polvere di zinco elettrolitica ottenuta attraverso questo processo con le caratteristiche di cui sopra, presenta delle particelle monocristalline molto fini, il che favorisce le caratteristiche catalitiche del prodotto.

La granulometria media ? la seguente:

28,7 % del passato a 325 micron - 54 % del passato a 250 micron

- La densit? della polvere di zinco asciugata ? da 1,2 a 1,5. - Il procedimento di trattamento delle polveri zinchifere che ? stato precedentemente descritto pu? essere riassunto come sotto nell'ipotesi di liscivazione in due stadi, e cio? una prima liscivazione dell'ossido di zinco ed una seconda liscivazione della ferrite di zinco.

- L'esperienza ha mostrato che la quasi totalit? dell'ossido di zinco ? posta in soluzione con la prima liscivazione. D'altro canto, il carattere piuttosto ferromagnetico della ferrite di zinco permette, attraverso una separazione magnetica a bassa intensit?, di isolarla e di riciclarla nella seconda liscivazione. Cos? il 97,5% dello zinco contenuto nelle polveri ? posto in soluzione e lo scarto sterile contiene meno dell'1% di zinco (0,85%).

- Il procedimento indicato qui sopra offre il vantaggio di permettere un recupero del 97,5% dello zinco contenuto nelle polveri ma ? poco economico perch? consuma molta energia. In effetti l'evaporazione della soluzione liscivante per ricostituire le condizioni della seconda liscivazione consuma molte termie. Il bilancio energetico dello schema di trattamento mostra che ? maggiormente redditizio di non liscivare che lo ossido di zinco. Cos? pu? essere adottato un procedimento semplificato che pu? essere riassunto come segue:

- Il procedimento di trattamento secondo l'invenzione non richiede, per la sua attuazione, che del materiale conosciuto e largamente diffuso in idrometallurgia. Esso permette il recupero economico dello zinco dalle polveri delle acciaierie ed il loro disinquinamento dai metalli pesanti, dal che un duplice vantaggio dal punto di vista economico ed igienico.

1)- Procedimento idrometallurgico di trattamento delle polveri contenenti zinco generate dai forni delle acciaierie elettriche, caratterizzato dal fatto che le polveri zinchifere so no sottoposte a liscivazione basica in due fasi, e cio? una prima liscivazione dell'ossido di zinco con concentrazione relativamente bassa di soda caustica, poi una seconda liscivazi ne della ferrite di zinco con concentrazione pi? elevata di soda caustica, quindi estrazione dello zinco dalla soluzione ottenuta da detta liscivazione basica.

2)- Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che per la liscivazione dell'ossido di zinco viene utilizzata una soluzione di soda avente una concentrazione che va da 200 a 250 g/l.

3)- Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che per la liscivazione della| ferrite di zinco viene utilizzata una soluzione di soda avente una concentrazione che va da 250 a 2000 g/l.

4)- Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che viene utilizzata una pasta avente una concentrazione di solido che va dal 10 al 30% del peso.

5)- Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che la liscivazione viene effettuata alla temperatura di ebollizione della soluzione. 6)- Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che la liscivazione dell?os sido di zinco viene effettuata con una concentrazione di soda di 250 g/l, una concentrazione di solido del 20%, ad una temperatura che va da 95 a 105?C e con una durata di circa 4 ore.

7)- Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto che la liscivazione della ferrite di zinco viene effettuata con una concentrazione di soda di 1500 g/l, una concentrazione di solido del 20%, ad una temperatura di 105?C circa con una durata di circa 4 ore.

8)- Procedimento secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che la soluzione generata dalla liscivazione viene depurata aggiungendovi della polvere di zinco ed agitando la soluzione stessa, effettuando una decantazione per eliminare il residuato della depurazione contenente piombo e rame e sottoponendo la soluzione cosi depurata ad elettrolisi riportando, se necessario, la concentrazio ne della soluzione di soda a 160 a 280 g/l, preferibilmente a 250 g/l.

9)- Procedimento secondo le rivendicazioni precedenti e sostan zialmente come sopra descritto ed illustrato e per gli scopi sopra specificati .