MX2014002803A - Proceso para la purificacion del oxido de zinc. - Google Patents

Abstract

Un proceso para la separación de zinc a partir de una materia prima que contiene una mezcla de metales y compuestos de metal. El proceso incluye la lixiviación de una materia prima que contiene zinc con una solución básica concentrada, de manera opcional la dilución del lodo con una cantidad de agua suficiente para reducir la viscosidad del lodo lo que de este modo facilita la separación de un líquido impregnante que contiene zinc disuelto a partir de materiales insolubles, la separación de los materiales insolubles del líquido impregnante, y la precipitación del óxido de zinc a partir del líquido impregnante mediante la adición de un anti-disolvente al líquido impregnante. El proceso descrito también prevé el reciclado de la solución básica y el anti-disolvente.

Description

PROCESO PARA LA PURIFICACIÓN DEL ÓXIDO DE ZINC ANTECEDENTES La hidrometalurgia es un proceso para la separación de especies metálicas valiosas a partir de otros materiales menos valiosos. El proceso involucra la disolución de las especies metálicas valiosas en una solución acuosa, que se desprende a continuación del residuo insoluble. Para mejorar la velocidad de disolución de iones y para incrementar la carga de iones de metal en la solución, es una práctica común utilizar una solución ácida o básica. Un ejemplo de una solución básica particularmente útil es una mezcla de hidróxido de sodio en agua. También pueden utilizarse otros materiales alcalinos, pero el relativamente bajo costo del hidróxido de sodio por lo general lo hace la opción más económica.

La solución acuosa cargada con metales disueltos se denomina como un "líquido impregnante." Los metales disueltos pueden recuperarse a partir del líquido impregnante mediante uno o más medios, que incluyen: electrólisis, neutralización y extracción con disolventes no mezclables.

Los métodos hidrometalúrgicos para la recuperación de metales valiosos se han practicado por décadas. Las discusiones siguientes y los ejemplos se basan en la recuperación del óxido de zinc a partir de un material de materia prima mixta. El óxido de zinc soluble básico se separa a partir de materiales solubles no básicos. Los materiales no solubles incluyen (pero no están limitados a) metales y óxidos metálicos tales como hierro, óxido de hierro, níquel, cobalto, materiales preciosos, y óxidos no metálicos tales como el sílice.

Existen varios procesos identificados en la literatura para la recuperación de zinc a partir de mezclas de materia prima que contienen zinc. Estos procesos por lo general involucran tres etapas genéricas: 1. El contacto de la materia prima que contiene zinc con una base diluida para solubilizar selectivamente el zinc, por lo general a temperaturas elevadas 2. La separación del residuo de lixiviación de la solución básica mediante filtración, centrifugación u otros medios 3. La recuperación de zinc a partir de la solución básica (líquido impregnante) mediante extracción electrolítica, neutralización, u otros medios.

La etapa más difícil en este proceso por lo general es la separación del residuo de lixiviación del líquido impregnante. Las partículas finas suspendidas en el líquido impregnante son muy difíciles de eliminar por completo. La viscosidad y la tensión superficial relativamente altas del líquido impregnante hacen que la eliminación de estas partículas finas mediante filtración o centrifugación sea excesivamente lenta. Sin embargo, si las partículas esencialmente no se segregan por completo del líquido impregnante, entonces contaminarán el producto rico en zinc en la siguiente etapa, lo que hace inútil todo el proceso de purificación.

Un artículo titulado "La recuperación de plomo y zinc a partir de polvo de la fabricación eléctrica de acero mediante el proceso Cebedeau", por J. Frenay et al. resume los intentos a escala comercial y piloto para separar el zinc a partir de especies básicas insolubles. La alta viscosidad de las soluciones básicas altamente concentradas por lo general limita las operaciones comerciales a una concentración máxima de aproximadamente 25 - 30 de la base del porcentaje de peso.

El costo del procesamiento hidrometalúrgico depende en gran medida de la carga o la concentración de las especies de metal disueltas en el líquido impregnante. A medida que la carga se incrementa, la cantidad de líquido que debe ser procesado para producir una cantidad dada de producto se reduce, lo que ahorra tanto capital como gastos de operación.

Las concentraciones mayores de la base permiten cargas más altas de metales solubles en una base en la solución. Sin embargo, las concentraciones mayores de la base también producen una solución significativamente más viscosa. Esta mayor viscosidad dificulta el procesamiento aguas abajo que incluye la separación del líquido impregnante del residuo de lixiviación.

Se han desarrollado un número de procesos para recuperar el zinc a partir de diversos materiales de desecho utilizando la hidrometalurgia, pero pocos han sido exitosos comercialmente. En grande parte, esto es a causa de los altos costos de la recuperación de las especies de metal disueltas a partir del líquido impregnante. Las estrategias típicas para la recuperación de metal incluyen: • Electrólisis en donde una corriente eléctrica que fluye reduce los iones de metal al metal y baña los átomos metálicos sobre un electrodo.

• Neutralización del líquido a un pH casi neutro para precipitar diversas sales metálicas, hidróxidos, u óxidos.

• Extracción de iones o complejos metálicos con un disolvente no mezclable.

Todos estos métodos de recuperación de metal son relativamente costosos.

• La electrólisis requiere grandes cantidades de corriente eléctrica para reducir el metal desde un estado de valencia más alto a metal. Además, si un óxido de metal es el producto final deseado, entonces el metal base debe sujetarse a un proceso de oxidación para crear la forma de óxido.

• La neutralización del líquido impregnante requiere grandes cantidades de reactivo. El proceso de neutralización de manera eficaz destruye el líquido para su extracción posterior, y crea un flujo de sal residual que debe desecharse.

• La extracción con un disolvente no mezclable (tal como queroseno adicionado con una amina orgánica) por lo general requiere un gran exceso de disolvente de extracción, y un post procesamiento costoso para recuperar el metal a partir del disolvente no mezclable.

La patente de los Estados Unidos No. 4,005,061 para Lemaire divulga un método para remover zinc a partir del electrolito de zinc/aire de una batería usada que utiliza un disolvente mezclable. El único material de referencia en la patente '061 está caracterizado como un "residuo," sin embargo, este sistema químico es, de hecho, un material usado que contiene hidróxido de potasio y zincato de potasio más un pequeño porcentaje de carbonato de potasio y trazas de impurezas. El sistema descrito se refiere a baterías de celdas de almacenamiento electroquímico que tienen un electrodo negativo de zinc y es, por lo tanto, diferente de y substancialmente menos complejo que los residuos metalúrgicos y los materiales de subproductos que son objeto de la presente solicitud. El electrolito se desgasta sólo porque el polvo metálico de zinc ha sido oxidado por medio de aire a zincato de potasio. No se ha mezclado con otros materiales y sólo se ha producido una reacción química simple. Los residuos metalúrgicos y los subproductos, los catalizadores usados, etc., por otra parte, son por lo general mezclas complejas que contienen un número de diferentes elementos químicos en concentraciones significativas, y a menudo también contienen un número de aniones diferentes. La complejidad de estos materiales requiere etapas adicionales del proceso para separar el compuesto deseado de las impurezas y los compuestos indeseables. Además, no hay indicación o sugerencia de que el método descrito sería útil en otros tipos de sistemas, en particular sistemas más complejos, o en la recuperación de otros compuestos anfóteros. Las solubilidades de diferentes compuestos que contienen metales anfóteros pueden variar de manera significativa. Por ejemplo, el sulfato de plomo sólo es soluble en una solución caliente y concentrada de hidróxido de sodio, mientras que el sulfato de zinc es muy soluble en 25% de NaOH, incluso a temperatura ambiente. La solubilidad de los haluros se reduce de manera significativa por encima de aproximadamente 35% de cáustica a temperatura ambiente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente solicitud se relaciona con un método para la recuperación de zinc y el óxido de zinc a partir de una mezcla de metales, óxidos metálicos, y otros materiales. El proceso de acuerdo con ciertas modalidades comprende: 1. Disolución del zinc en una solución básica, por lo general con la concentración suficiente para disolver el zinc y aún así suprimir o evitar la disolución de los halógenos, las sales y otras especies indeseables. 2. Separación de la solución básica que contiene el zinc disuelto de los materiales no disueltos. 3. Purificación de la solución básica para retirar los materiales indeseables sin zinc que son solubles en la solución básica. 4. Precipitación del zinc con un anti-disolvente soluble tal como metanol. 5. Regeneración de la solución básica y el anti-disolvente mediante técnicas de separación tales como destilación o cristalización para recuperar una solución básica y un anti-disolvente adecuado para el reciclado dentro del proceso.

Una ventaja clave para este proceso es que el anti-disolvente reduce la solubilidad del óxido de zinc en la solución básica sin destruir la base. No la destruye químicamente como lo haría un ácido. Esto hace que sea posible regenerar fácilmente tanto la solución básica y el anti-disolvente para reciclar dentro del proceso. Una ventaja adicional de este proceso es la capacidad de sobresaturar la solución con zinc en el caso de que la dilución con agua sea necesaria para permitir la separación de los sólidos del líquido impregnante.

El proceso hidrometalúrgico como se divulgó en el presente documento puede incrementar la carga de zinc en los flujos del líquido impregnante, lo que de este modo incrementa la capacidad de un proceso hidrometalúrgico, al tiempo que evita grandes incrementos en la viscosidad de manera que las operaciones aguas abajo pueden proceder sin obstáculos.

Las concentraciones extraordinariamente altas de zinc se pueden lograr en soluciones básicas de relativamente baja viscosidad por medio de primero hacer que el zinc o el óxido de zinc entren en contacto con una solución básica concentrada (si el zinc es metálico, un agente oxidante también debe añadirse para oxidar el zinc), y a continuación diluir la solución con agua para lograr la viscosidad deseada. De acuerdo con ciertos aspectos, las cargas de metal que se pueden obtener son de aproximadamente 3 a 5 veces la carga de metal lograda por medio de poner en contacto simplemente el metal o el óxido de metal con la base diluida.

Uno esperaría que mediante la adición de agua a una solución de base concentrada y la reducción de la concentración de la base, el sistema se sobresaturaría con iones metálicos disueltos, y daría como resultado la precipitación. Los solicitantes han demostrado que de manera muy inesperada, los iones metálicos deseados permanecen en la solución y no se precipitan durante el procesamiento subsecuente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una gráfica de la solubilidad determinada experimentalmente del óxido de zinc en la solución básica en concentraciones variables de NaOH en agua.

La Figura 2 es un diagrama de flujo que ilustra un proceso para recuperar el óxido de zinc de acuerdo con una modalidad de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Todos los documentos citados están, en su parte pertinente, incorporados en el presente documento como referencia; la mención de cualquier documento no debe interpretarse como una admisión de que es el estado de la técnica con respecto a la presente invención.

El siguiente proceso se describe para la recuperación del óxido de zinc a partir de un material de materia prima mixta. Un experto en la técnica también podría aplicar estas técnicas para la separación del óxido de zinc de otros metales y óxidos de metal, que incluyen níquel, cobalto, manganeso y cobre, cuyo valor sería incrementado substancialmente si se separaran del zinc. El proceso descrito también puede utilizarse para reemplazar la purificación convencional de zinc durante la producción de zinc.

El material de materia prima que contiene el zinc se mezcla con una solución básica tal como una solución de hidróxido de sodio. Si el zinc es metálico, un agente oxidante adecuado, tal como el aire, también debe añadirse para oxidar el zinc en Zn+2. Las cargas más altas de metal disuelto por lo general se logran mediante una mayor concentración de la base. Las bases útiles de acuerdo con la presente invención son las bases inorgánicas que son altamente solubles en agua (al menos 25% del peso) y producen un incremento en OH pero el catión no forma un complejo con zinc. Los ejemplos específicos de las bases que pueden usarse incluyen, pero no están limitados a, las bases de metales alcalinos tales como hidróxido de sodio, hidróxido de litio e hidroxido de potasio.

La Figura 1 es una gráfica que ilustra la solubilidad del óxido de zinc en la solución básica en concentraciones variables de NaOH en agua.

La reacción del óxido de zinc con una solución de hidróxido de sodio puede escribirse como: ZnO + 2 NaOH + H20? Na2 Zn (OH)4 Sobre una base molar, dos cationes de sodio están asociados con cada anión zincato divalente. Por lo tanto, las concentraciones mayores de zinc pueden disolverse en las concentraciones mayores de la base. Esto incrementa dramáticamente la eficiencia del proceso de extracción disolvente y resulta en cargas de zinc significativamente mayores.

Los datos de solubilidad mostrados en la Figura 1 claramente indican el incremento en la carga de óxido de zinc que se puede obtener mediante la utilización de una mayor concentración de la solución básica. Un incremento de aproximadamente seis veces se obtiene por medio de incrementar la concentración de la solución básica desde 25% a 50%. De acuerdo con ciertas modalidades, un hidróxido de sodio concentrado se utiliza en donde la solución puede contener más de 30% % del peso NaOH, más de 40 % del peso en ciertos aspectos de la invención y en aún otras modalidades más de 50 % del peso NaOH.

Lamentablemente, una solución con una base de 50 % del peso y más de 200 gramos de óxido de zinc disuelto por litro de la solución básica es extremadamente viscosa - incluso a temperaturas cercanas a la ebullición. La eliminación de las partículas finas suspendidas de una solución de este tipo es extremadamente difícil. Aunque en algunos casos es posible flocular y asentar los sólidos de las soluciones con 50% de NaOH que contienen más de 200g/L de zinc.

De acuerdo con ciertos aspectos de la presente invención, las concentraciones altas de iones de zinc complejos se pueden lograr en una solución básica relativamente diluida por medio de seguir una ruta específica o secuencia de etapas. Sin embargo, no todos los aspectos de la presente invención requieren una secuencia particular de etapas. El diagrama de flujo provisto en la Figura 2 ilustra un proceso para recuperar el óxido de zinc de acuerdo con una modalidad de la invención.

Normalmente, los equilibrios sólido-líquido son independientes de la ruta. El "estado final" es importante, y la ruta para lograr ese estado final es irrelevante. De manera inesperada, los solicitantes han descubierto que una ruta específica le permite a uno producir cargas de zinc mucho mayores que las esperadas.

El proceso aprovecha tres fenómenos: 1. Las soluciones básicas concentradas disuelven más zinc que las soluciones básicas diluidas. 2. Cuando se añade agua a una solución concentrada de iones de zinc, diluyendo la básica, el zinc no se precipita fácilmente. 3. Las soluciones básicas diluidas son significativamente menos viscosas y más fáciles de manipular y procesar que las soluciones básicas concentradas.

Por lo tanto, mediante la carga de la solución básica con zinc en concentraciones básicas altas y a continuación la dilución de la solución con agua para reducir la concentración de la base, uno puede producir una solución con ambas alta carga de zinc y relativamente baja viscosidad.

La relativamente baja viscosidad permite el fácil procesamiento aguas 1 abajo, que incluye la separación sólido-líquido (sedimentación, centrifugación, filtración, etc.).

Una solución básica al 50 % del peso de NaOH se satura con zinc en aproximadamente 600 gramos de óxido de zinc por litro de la solución básica. La solución puede diluirse con agua a una concentración básica equivalente de 35 % del peso de NaOH. La solución final creada por medio de seguir esta ruta contiene aproximadamente 420 gramos de óxido de zinc por litro de la solución básica. Por comparación, disolver inicialmente el óxido de zinc en una solución básica al 35 % del peso de NaOH, sólo aproximadamente 220 gramos de óxido de zinc se disuelven por litro de la solución básica. La dilución al 35% de NaOH reduce la viscosidad de la solución y mejora la separación de los residuos sólidos del líquido impregnante pero no incrementa de manera significativa la solubilidad de las impurezas tales como las sales de haluro.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención, una carga de zinc aproximadamente tres veces mayor que la carga de zinc posible, se puede obtener por medio de comenzar simplemente con una solución cáustica al 25 % del peso de la base. Incluso mayores cargas de zinc finales se pueden lograr mediante la utilización de una solución cáustica con más de 50 % del peso de la base. La concentración máxima de la base y el zinc está limitada sólo por consideraciones del procesamiento, tal como la viscosidad excesiva.

Tampoco existe un requisito específico para diluir la solución concentrada a sólo 25 % del peso de la concentración básica. Dependiendo de los requisitos del equipo de procesamiento aguas abajo, uno sólo debe añadir suficiente agua para reducir la viscosidad al nivel deseado. Desde un punto de vista práctico, la solución por lo general se diluirá a una concentración de desde aproximadamente 15-30 % del peso de la concentración básica. En otros casos, la solución puede diluirse a una concentración de desde aproximadamente 30 - 35% de la concentración básica. Esta solución básica más alta, por ejemplo, puede ser particularmente útil si los halógenos se van a separar del zinc. Por supuesto, las concentraciones fuera del intervalo especificado también están dentro del alcance de la presente invención.

Como se divulgó en el presente documento, se puede añadir agua a una solución concentrada de zincato de sodio lo que proporciona la dilución y una reducción de la viscosidad para producirse sin la precipitación de ninguna partícula portadora de zinc. La iones de zinc permanecen en la solución en concentraciones mucho mayores que las predichas por la curva de solubilidad proporcionada en la Figura 1. Esto permite una más fácil separación de las partículas suspendidas del líquido impregnante al tiempo que retiene una carga alta de zinc en la solución.

En algunos aspectos el procesamiento posterior puede lograrse sin la dilución del líquido impregnante. De acuerdo con otras modalidades, el líquido impregnante puede diluirse mediante la adición de una cantidad de agua de hasta 30% del peso de la solución original de NaOH para proporcionar una solución de baja viscosidad que facilita la separación posterior de sólidos y líquido. El líquido impregnante puede diluirse con suficiente agua para reducir la viscosidad del lodo en al menos 10%, y de acuerdo con ciertos aspectos de la invención en al menos 50% y en aún otros aspectos en al menos 75%.

Las cargas altas de zinc son importantes en el diseño de una planta hidrometalúrgica. La velocidad de disolución también por lo general se incrementa con el incremento de la temperatura de la solución y el incremento de la intensidad de la mezcla, ambas de las cuales favorecen un incremento de la transferencia de la masa del sólido al líquido. Mientras más alta sea la carga de zinc, menor será la velocidad básica de circulación requerida para la recuperación de una cantidad dada de zinc. Una reducción de la velocidad básica de circulación tiene un impacto importante sobre el costo de capital y de operación.

El líquido impregnante (la solución básica que contiene el zinc disuelto) puede separarse del material residual mediante cualquier número de técnicas disponibles de manera comercial que incluyen sedimentación, centrifugación, y filtración.

Aunque el líquido impregnante ha sido diluido, la carga de metal resultante es todavía superior a la carga de metal que podría haberse logrado si la solución previamente no se hubiera concentrado tanto durante la etapa de extracción del proceso. En suma, la solución está súper saturada. Mediante la creación de una solución súper saturada de este tipo, uno puede incrementar la eficiencia del procesamiento por medio de minimizar la cantidad de líquido impregnante que debe ser procesado por unidad de metal recuperado.

Para reducir la cantidad de material que debe manejarse, el líquido impregnante puede reconstituirse, después de que se han eliminado las impurezas, a una concentración de la base o cerca de la concentración inicial. Como se usa en el presente documento, el término "reconstituida" significa el incremento de la concentración de la base del líquido impregnante a los niveles que se acercan a aquellos de la solución de lixiviación inicial. De acuerdo con ciertas modalidades, la solución impregnante se reconstituye para obtener una concentración de la base mayor que aproximadamente 25%. De acuerdo con modalidades particulares la concentración de la base se reconstituye a más de aproximadamente 30%, más de aproximadamente 35%, más particularmente más de aproximadamente 40% y en ciertas modalidades aproximadamente 50% a más de 50% de la básica. Mediante la reconstitución del líquido impregnante a las concentraciones mayores de la base, la cantidad de la solución que debe ser procesada se reduce y la cantidad de anti-disolvente que se requiere para precipitar el óxido de zinc también se reduce.

Reconstituir la solución para obtener una solución más concentrada puede lograrse de acuerdo con métodos convencionales, tal como la evaporación.

Cabe señalar que ciertos materiales disueltos tales como cobre, plomo, alúmina, sílice, algunos halógenos y calcio pueden eliminarse de una solución de zincato de sodio antes de la precipitación del anti-disolvente mediante técnicas conocidas tales como precipitación, electrólisis o cementación. Esto resulta en la producción subsecuente de un producto de óxido de zinc extremadamente puro. Los procedimientos exactos de purificación dependerán de la combinación de las impurezas y las propiedades particulares de la composición. La precipitación con óxido de calcio u otros óxidos metálicos alcalinos y la cementación con metal de zinc son métodos particularmente útiles que pueden emplearse con muchos materiales comunes. No siempre es necesario filtrar el lixiviado antes de someter la composición a la cementación y/o la precipitación.

El óxido de zinc puede precipitarse a partir de un líquido impregnante mediante la adición de un anti-disolvente soluble. Los anti-disolventes son solubles en el líquido impregnante y de manera eficaz obligan al zinc disuelto a precipitarse del líquido impregnante. Un anti-disolvente soluble reduce la solubilidad del zinc en la solución básica, lo que provoca que las especies disueltas se precipiten · por lo general como el óxido de metal, hidróxido, o una mezcla de óxidos e hidróxidos.

Las moléculas anti-disolventes solubles a menudo tienen una parte de hidrocarburo no polar y una parte polar que contiene heteroátomos tales como oxígeno, nitrógeno, o azufre. Es esta funcionalidad polar la que permite que el anti-disolvente sea soluble con el líquido impregnante. Los ejemplos específicos de anti-disolventes útiles en la presente invención incluyen, pero no están limitadas a, metanol, etanol, propanol, etc. El metanol es particularmente útil y produce la precipitación de las especies disueltas en relativamente bajas cantidades.

El anti-disolvente soluble reduce la solubilidad de las especies disueltas en el líquido impregnante, lo que provoca que se precipiten. Sin embargo, el anti-disolvente soluble no neutraliza permanentemente o destruye los componentes básicos de la solución. Más bien, forma una nueva solución que puede fácilmente separarse para regenerar tanto la solución básica y el anti-disolvente.

La etapa de la precipitación se lleva mejor a cabo muy por debajo del punto de ebullición del anti-disolvente para evitar la evaporización excesiva del anti-disolvente. La temperatura y la presión óptimas son una función de las propiedades físicas del anti-disolvente.

La cantidad de metal precipitada (como un porcentaje del metal total en la solución) por lo general se incrementa a medida que la cantidad de anti-disolvente se incrementa. La cantidad del anti-disolvente requerido variará basada en las condiciones del procesamiento particular y del anti-disolvente utilizado. Por lo general, aproximadamente 1 a 5 volúmenes de anti-disolvente por 1 volumen de líquido impregnante provocarán la precipitación de más de aproximadamente 90% del óxido de metal en el líquido impregnante.

La proporción real de anti-disolvente soluble a líquido impregnante es una función de la concentración de zinc en la solución, la concentración de la base en la solución, y la recuperación deseada en el proceso.

La precipitación empieza inmediatamente tras la adición del anti-disolvente y está completa al cabo de unos cuantos minutos. El tamaño de las partículas de óxido de zinc formadas inicialmente es < 2 µ?t?. Si al lodo se le permite mezclarse antes de que el óxido de zinc se separe del líquido, el tamaño de las partículas se incrementará. Este proporciona un método para producir productos de óxido de zinc de diversos tamaños de partícula y áreas de superficie específicas. El tamaño de la partícula y el área de superficie específica son importantes en algunos usos del óxido de zinc.

Por lo general, a mayor concentración inicial de zinc en la solución básica y a mayor concentración cáustica, mayor porcentaje de zinc se recupera para una dosificación dada de anti-disolvente.

Una destilación simple por lo general recuperará anti-disolventes con puntos de ebullición de bajos a moderados del líquido impregnante usado, lo que regenera tanto el anti-disolvente y la solución básica. La recristalización y otros medios convencionales también pueden utilizarse para regenerar la solución básica y el antidisolvente. Tanto la solución básica y el anti-disolvente pueden a continuación reciclarse dentro del proceso para tratar el siguiente lote de material de materia prima.

Tal esquema de regeneración es significativamente menos costoso que aquellos que involucran la destrucción de la solución básica a través de una reacción con ácido (que forma una solución de sal residual), seguido por la compra de base fresca para tratar el siguiente lote de material de materia prima.

La cristalización y la separación de la membrana son ejemplos de métodos de regeneración que pueden usarse en esta etapa. Otros métodos de regeneración también pueden usarse como podría determinarse por alguien de experiencia ordinaria en la técnica.

Ciertos aspectos de la presente invención se ilustran con mayor detalle mediante el siguiente ejemplo no limitativo.

Ejemplo específico para la recuperación del óxido de zinc La materia prima para esta demostración del proceso fue un polvo de la cámara de filtros de un fabricante de lingotes de latón. Fue procesado para recuperar un óxido de zinc muy puro como se describe en detalle más adelante.

La materia prima, denominada en la industria como "humo de latón," se formó durante la producción de aleaciones de latón. Contenía aproximadamente 65 % del peso de zinc, junto con cantidades menores de plomo, cobre, y otros materiales. El material de materia prima se analizó utilizando ICP (por sus siglas en inglés, Plasma Acoplado Inductivamente) para determinar las concentraciones de diversas especies metálicas. Un análisis de la materia prima puede encontrarse en la Tabla 1.

Tabla 1 Muestra de alimentación de ZnO Otros Mg, Al, Cr, Mn, Fe, Bi 0.01-0.1% Ti, Ni, As, Mo, Ag, Sb, W 0.001 -0.01 % Elementos buscados para pero no detectados Be, Ca, Co, Ge, En, Nb, Sr, V, Zr Etapa 1 : Disolución Doscientos gramos de este material de materia prima se mezclaron con 650 gramos de una solución básica que contenía 50% de hidróxido de sodio en peso. La mezcla de la materia prima y la solución básica se calentó a 100 °C por aproximadamente una hora con agitación continua. Una gran porción del material de materia prima disuelto en la solución básica. La carga calculada de zinc fue de más de 250 gramos de zinc por litro de la solución.

Después de una hora, la solución se enfrió a aproximadamente 50°C y se agregaron unos 325 gramos adicionales de agua, lo que reduce la resistencia básica efectiva al equivalente de 33% de la base. No se observó ningún precipitado. La carga de zinc en este punto en el proceso fue de más de 167 gramos por litro. Nótese que la solubilidad del zinc en una solución básica al 33% sólo es de aproximadamente 145 gramos por litro, lo que hace que esta solución esté súper saturada como se describió anteriormente.

Etapa 2: Separación Sólido - Líquido El líquido impregnante se separó del material de desecho mediante filtración a través de un filtro de fibra de vidrio a temperatura ambiente, utilizando una aspiradora para mejorar la velocidad de filtración. Aproximadamente 10 gramos de residuos finos negros permanecieron en el filtro.

La cementación se utilizó a continuación para retirar estaño, cadmio, plomo, y cobre no deseados del líquido impregnante. El lodo se calentó a 80° C por 30 minutos con agitación constante y a continuación aproximadamente 15 gramos de metal de zinc finamente pulverizado se mezclaron en el líquido impregnante. El polvo de zinc reaccionó con los iones de plomo y cobre en la solución. Después de 30 minutos, los sólidos se separaron del líquido impregnante mediante la filtración por aspiradora.

Para garantizar la pureza, se repitió el procedimiento de cementación anterior. Se notó poco cambio en la apariencia del polvo de zinc durante la segunda cementación, lo que indica que todos los metales debajo del zinc en la serie electromotriz habían reaccionado con el zinc metálico y fueron eliminados del líquido impregnante.

Etapa 3: La precipitación del óxido de zinc con Anti Disolvente El líquido impregnante se filtró como antes, se enfrió a temperatura ambiente y se trató con cuatro volúmenes de metanol a temperatura y presión ambientales. Un precipitado blanco se formó inmediatamente tras la adición del metanol al líquido impregnante.

Los sólidos precipitados se recuperaron de la mezcla de la solución básica y el anti-disolvente usados mediante la filtración por aspiradora. El filtrado primero se lavó con metanol para eliminar la cáustica y después se lavó repetidamente con agua caliente para eliminar cualquier solución básica o anti-disolvente residuales, y a continuación se secó a 100° C. Se recuperaron aproximadamente 150 gramos de polvo blanco, seco, brillante.

El producto precipitado se analizó utilizando ICP (por sus siglas en inglés, Plasma Acoplado Inductivamente) para determinar las concentraciones de diversas especies metálicas. La muestra se lavó sólo parcialmente. Por lo general, las operaciones a gran escala que utilizan lavado y purificación completos de la muestra proporcionarían muestras de mayor pureza y menos impurezas. Las impurezas pueden reducirse a menos de 10 ppm. Los resultados para el producto de ZnO se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 Muestra del producto de ZnO Otros Mg, Cr. Sn 0.01-0.1% B, Al, Mn, Fe, Ni, Cu, As, Sr, Sb, Pb 0.001 - 0.01 Elementos buscados pero no detectados Ag, Be, Bi, Cd, Co, Ge, In, Mo, Nb, Ti, V, W, Zr Etapa 4: Regeneración de la solución básica y el anti-disolvente La mezcla del anti-disolvente y la base usada se regeneró a continuación mediante destilación. Una etapa de la destilación resultó en una pureza del metanol de aproximadamente 90 %. Se ha demostrado que una solución de metanol de este tipo y el agua son un anti-disolvente aceptable. Si se desea, se puede lograr una purificación posterior del metanol mediante la rectificación en una columna de destilación de múltiples etapas.

Los "sedimentos" de la destilación o el producto líquido pesado fue una solución básica que contiene aproximadamente 35 % del peso de hidróxido de sodio. El calentamiento adicional provocaría la vaporización adicional del agua y la concentración del hidróxido de sodio podría incrementarse fácilmente hasta 50% (o más) para utilizarse en la lixiviación de lotes subsecuentes de materia prima.

El incremento de la carga de metal neta resulta en ahorros de costos de capital, equipo y operación. Se requiere menos solución para recuperar la misma cantidad de metal, lo que lleva a tanques, bombas, filtros, etc., más pequeños. Se requiere también menos energía térmica lo que da como resultado costos de operación reducidos.

Al no incrementar de manera significativa la viscosidad del líquido impregnante, uno es capaz de continuar utilizando el mismo equipo aguas abajo del proceso de lixiviación sin impedimentos a la transferencia de masa. Esto resulta en un incremento significativo en la tasa de producción a través de toda la planta hidrometalúrgica.

Claims (31)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la separación del óxido de zinc a partir de una materia prima que contiene una mezcla de metales y compuestos de metal que comprende las siguientes etapas: a. la lixiviación, y oxidación si el zinc está presente como metal, una materia prima que contiene zinc con una solución básica inorgánica concentrada que contiene más de 25 % del peso de la base para formar un lodo caracterizado porque la base contiene un catión que no forma un complejo con el zinc; b. de manera opcional, la dilución del lodo con una cantidad de agua suficiente para reducir la viscosidad del lodo lo que de este modo facilita la separación de un líquido impregnante que contiene zinc disuelto a partir de materiales insolubles; c. la separación de los materiales insolubles del líquido impregnante; y d. la precipitación del óxido de zinc a partir del líquido impregnante mediante la adición de un anti-disolvente al líquido impregnante.

2. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado porque comprende además: e. la recuperación del óxido de zinc precipitado del líquido impregnante usado.

3. El proceso de la reivindicación 2 caracterizado porque comprende además: f. la regeneración de dicha solución básica y de dicho anti-disolvente para reutilizarse.

4. El proceso de la reivindicación 3 caracterizado porque comprende además: g. la repetición de las etapas a hasta 1.

5. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado además porque dicha etapa de lixiviación se lleva a cabo a temperaturas mayores que la temperatura ambiental y menores que o iguales a, el punto de ebullición del lodo.

6. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado además porque dicha etapa de lixiviación se lleva a cabo a temperaturas mayores al punto de ebullición normal del lodo y a presiones mayores a 1 atmósfera.

7. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado además porque dicha solución básica comprende hidróxido de sodio.

8. El proceso de la reivindicación 7 caracterizado además porque la solución de hidróxido de sodio comprende más de 35% de NaOH en peso.

9. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado además porque la etapa opcional b se omite.

10. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado además porque el lodo se diluye con agua a una concentración equivalente de 35% de la básica.

11. El proceso de la reivindicación 10 caracterizado además porque el lodo se diluye a una concentración equivalente de 25% de la básica.

12. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado además porque dicho anti-disolvente comprende metanol.

13. El proceso de la reivindicación 12 caracterizado además porque de aproximadamente uno a cinco volúmenes del anti-disolvente se añaden por cada un volumen de líquido impregnante.

14. El proceso de la reivindicación 13 caracterizado además porque dicho anti-disolvente provoca la precipitación de más de aproximadamente 90% del óxido de metal en el líquido impregnante.

15. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado además porque la etapa c además comprende la reconstitución de dicho líquido impregnante después de la separación del líquido impregnante de dichos materiales insolubles.

16. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado porque comprende además: el retiro de los componentes disueltos indeseables de dicho líquido impregnante.

17. El proceso de la reivindicación 16 caracterizado además porque dichos componentes se retiran mediante al menos una de la precipitación y la cementación.

18. El proceso de la reivindicación 1 caracterizado además porque dicho lodo se diluye mediante la adición de al menos 30% de agua con base en el peso original del agua en el lodo.

19. Un proceso para la separación del zinc a partir de una materia prima que contiene zinc que comprende las siguientes etapas: a. poner en contacto una materia prima que contiene zinc con una solución básica inorgánica concentrada que comprende una base caracterizado porque la base contiene un catión que no forma un complejo con el zinc, para formar un lodo en donde el lodo comprende materiales sin disolver y líquido impregnante que contiene materiales disueltos; b. la separación del líquido impregnante que contiene zinc disuelto a partir de materiales insolubles; c. la purificación del líquido impregnante para eliminar los materiales sin zinc solubles en la solución básica; y d. la precipitación del óxido de zinc a partir del líquido impregnante purificado mediante la adición de un anti-disolvente al líquido impregnante.

20. El proceso de la reivindicación 19 caracterizado porque comprende además: e. la recuperación del óxido de zinc precipitado del líquido impregnante usado.

21. El proceso de la reivindicación 20 caracterizado porque comprende además: f. la regeneración de dicha solución básica y dicho anti-disolvente para reutilizarse por medio de someter dicho líquido usado a la destilación.

22. El proceso de la reivindicación 21 caracterizado porque comprende además: g. la repetición de las etapas a hasta f.

23. El proceso de la reivindicación 19 caracterizado además porque dicha etapa de contacto se lleva a cabo a temperaturas elevadas.

24. El proceso de la reivindicación 19 caracterizado además porque dicha solución básica comprende hidróxido de sodio.

25. El proceso de la reivindicación 24 caracterizado además porque la solución de hidróxido de sodio comprende más de 35% de NaOH en peso.

26. El proceso de la reivindicación 19 caracterizado además porque dicho anti-disolvente comprende metanol.

27. El proceso de la reivindicación 26 caracterizado además porque de aproximadamente uno a cinco volúmenes del anti-disolvente se añaden por cada un volumen de líquido impregnante.

28. El proceso de la reivindicación 19 caracterizado además porque la etapa b comprende un método de separación seleccionado del grupo que consiste de sedimentación, filtración, centrifugación y combinaciones de los mismos.

29. El proceso de la reivindicación 19 caracterizado además porque la etapa b además comprende la reconstitución de dicho líquido impregnante después de la separación del líquido impregnante de dichos materiales insolubles.

30. El proceso de la reivindicación 19 caracterizado además porque la solución básica comprende desde aproximadamente 25% a 50% de la base en peso.

31. El proceso de la reivindicación 20 caracterizado además porque el óxido de zinc precipitado se filtra, se lava para eliminar la cáustica y se seca.