MXPA98010394A - Desecho de arsenico a partir de soluciones que contienen dioxido de azufre - Google Patents

Abstract

El proceso entrega un método para remover arsénico desde soluciones que contienen dióxido de azufre de una forma ambientalmente aceptable. Este proceso primero oxida el arsénico, hierro y dióxido de azufre contenido en una solución acuosa para preparar la solución para la precipitación y para mejorar el control del proceso. El precipitado reciclado neutralizado siembra la solución acuosa oxidada. Una base conteniendo calcio precipita productos de neutralización en la siembra. El precipitado neutralizado final contiene compuestos de arsenato férrico estables.

Description

Desecho de arsénico a partir de soluciones que contienen dióxido de azufre Campo de la invención Está invención se refiere a un método de desecho de arsénico desde soluciones ácidicas. En particular este invento se refiere a un método ambientalmente aceptable de desechar el arsénico desde soluciones conteniendo dióxido de azufre. Antecedentes de la invención Hoy en día los procesos de limpieza de gases capturan el grueso de dióxido de azufre y basura de humos producida por la fundición de concentrados sulfurados. La limpieza del gas por depuración acuosa produce típicamente soluciones acídicas ricas en gas dióxido de azufre, disuelve metales a bajo estado de valencia, por ejemplo hierro en su estado ferroso y arsénico en su estado arsenoso y material particulado. Desgraciadamente, la neutralización de estas soluciones con neutralizadores basados en calcio que a menudo precipita un tipo de yeso que rápidamente obstruye el equipo. Además, el precipitado conteniendo los constituyentes de bajo estado de oxidación pueden sacarse fuera de las condiciones de algunas áreas de desecho de cola. REF: 28441 El hidróxido de magnesio resuelve el problema de precipitación asociado con los neutralizadores basados en calcio. Los problemas con el hidróxido de magnesio sin embargo, incluyen baja velocidad de reacción a valores de pH alto que resultan en neutralizaciones incompletas y mayores costos relativos. En vista de estos factores, el hidróxido de magnesio no es una solución favorable para neutralizar corrientes acidicas que llegan desde la limpieza húmeda desde un tubo de expulsión de gases de una fundición.

P.D.Kostenbader en la patente norteamericana N°738.932 describe un método de tratamiento del drenaje ácido de una mina o licor de adobamiento diluido de desechos con limo con gran cantidad de calcio. En este proceso, el limo es premezclado con lodo reciclado antes es neutralizada la corriente acida. El limo premezclado se neutraliza en un reactor mezclado con aire. Este aire oxida los metales de valor para facilitar el establecimiento del lodo. Aunque es efectiva para drenaje de minas y licores de adobamiento, este proceso, no entrega un proceso efectivo para desechar el arsénico contenido en soluciones conteniendo dióxido de azufre.

Hermán et al, en la patente canadiense N° 1.183.974 describe un proceso para remover metales pesados desde desechos acuosos. En este proceso el agente neutralizante es premezclado con el lodo reciclado; y este neutraliza la - suspensión en dos reactores. El proceso describe que el arsénico puede ser precipitado en presencia de hierro o plomo soluble. Este proceso sin embargo no describe un método para precipitar arsénico de manera ambientalmente estable desde soluciones que contienen dióxido de azufre. Es un objetivo de la invención entregar un método de razón de baja escala de neutralización de soluciones de limpieza de gas húmeda de tubos de gases de fundición utilizando bases conteniendo calcio con una razón de escala aceptable. Es otro objetivo de está invención entregar un método de remoción de arsénico desde soluciones que contienen dióxido de azufre. Es un objetivo adicional de está invención entregar un método para desechar arsénico en una manera ambientalmente estable.

Breve Resumen de la Invención El proceso entrega un método de remoción de arsénico de las soluciones que contienen dióxido de azufre de una manera ambientalmente aceptable. Este proceso primero oxida el arsénico, hierro y dióxido de azufre contenido en una solución acuosa para preparar la solución para precipitación y para mejorar el control del proceso. Los precipitados neutralizados reciclados siembran la solución oxidada acuosa. Una base conteniendo calcio precipita productos de neutralización en las siembras. El precipitado neutralizado final contiene compuestos arsenato férrico estables. Breve descripción de las figuras. Figura 1 es una lámina de flujo esquemático del proceso de neutralización de corrientes acidas. Figura 2 es un gráfico del crecimiento en escala versus el tiempo para el proceso de la corriente acida sin un recipiente acondicionante independiente. Figura 3 es una curva de crecimiento en escala versus el tiempo para el proceso de corriente acida que usa un tanque acondicionante independiente (Figura 1 , item 32).

Descripción de las formas preferentes Está invención entrega un método para neutralizar corrientes acidas resultantes del tratamiento de los gases de una fundición y material particulado. Este proceso se basa en la iniciación de oxidación de arsénico, hierro y dióxido de azufre para facilitar la neutralización completa de la solución. Además reciclando una porción del lodo neutralizado en un tanque de acondicionamiento prepara la corriente oxidada para neutralizarse por saturación de la solución con yeso, el cual también entrega una cantidad suficiente de yeso sembrado. Luego una base conteniendo calcio neutraliza la corriente acídica acondicionada en un tanque de neutralización separado. Los productos de neutralización precipitan predominantemente en el lodo reciclado sembrado o en solución, no en las paredes del tanque. Refiriéndonos a la Figura 1 , primero la corriente acídica de limpieza del gas humedecido de la fundición 10 fluye en un espesante 12. El espesante fluye hacia abajo 14 es filtrado y los sólidos son devueltos a la fundición. Una corriente hacia arriba 20, rica en arsénico hierro y dióxido de azufre fluye al tanque de oxidación 22. Un mezclador 24 agita el aire 26 en el tanque de oxidación 22 para lograr una oxidación uniforme y completa del arsénico, hierro y dióxido de azufre antes de la neutralización. El producto oxidado 30 fluye en el tanque de acondicionamiento 32. En el tanque de acondicionamiento 32, el mezclador 34 agita el producto neutralizado reciclado 36 con el producto oxidado 30 para preparar la solución para neutralizar y entregar siembra para el paso de neutralización. Una bomba de aire 38 en el tanque de acondicionamiento 32 completa además la oxidación de la corriente acondicionada. La solución sembrada y parcialmente neutralizada 40 fluye en un primer tanque de neutralización 42, donde es agregada una base conteniendo calcio 44. La base es rápidamente dispersada en el tanqe 42 por el mezclador 46 en la presencia de aire 48. La base dispersada reacciona con la solución oxidada y sembrada para precipitar el producto neutralizado suministrado en el tanque de acondicionamiento 32. Una corriente neutralizada 50 fluye a un segundo tanque de neutralización 52. El mezclador 54 entrega la agitación en este tanque para complementar la neutralización de la corriente acida. La bomba de aire 56 en el tanque 52 asegura la oxidación completa del precipitado. Finalmente, la mezcla neutralizada 60 fluye al espesador 62. Una porción del espesador fluye hacia abajo 64 y un sobre flujo 66 se recombina como corriente de desecho 70 que fluye al área de cola para desechar. Una porción del espesado neutralizado fluye hacia abajo 36 se recicla en el tanque de acondicionamiento 32 para resembrar el proceso. Opcionalmente es posible adaptar este proceso para recuperar metales de valor presentes en la corriente alimentada sin modificar significativamente el circuito. Por ejemplo, el níquel puede ser removido de la corriente 40 con una primera neutralización a pH bajo alrededor de 6 en el reactor 42 para precipitar principalmente iones distintos a níquel. Luego de esta precipitación inicial, el material sólido en una corriente agitada fluyendo hacia arriba 70 es removido y el pH del licor resultante es aumentado además por adición de la base para precipitar níquel. Los sólidos de níquel precipitados pueden luego ser recuperados de la mezcla neutralizada. El licor neutralizado luego puede ser mezclado con los sólidos sacados de la corriente 70 y el pH de esta corriente mezclada puede ser además bajado a un pH de 9 a 9,5 si se requiere. Específicamente, las reacciones principales en el tanque de oxidación son las siguientes: 2FeS04 + SOj + Ü2 ? Fe2(S04)3 (1) 2SO2 + 2H20 + Oj ? 2H2SO4 (2) El aire es el agente oxidante más económicamente ventajosos para este paso. Otros agentes oxidantes tales como ozono y oxígeno comercialmente puro también pueden servir para oxidar la fuente alimentada. Este paso de oxidación también sirve para oxidar el arsénico contenido en la solución. Ventajosamente, este paso de oxidación ocurre en un tanque separado, ya que la oxidación y neutralización simultanea de una solución conteniendo dióxido de azufre con la base conteniendo calcio puede precipitar sulfito de calcio. La oxidación de las corrientes antes de la neutralización permite eliminar estas reacciones laterales adversas. La oxidación de Fe+2 en la solución acídica es normalmente lenta con aire solo. La presencia de dióxido de azufre sin embargo, acelera la oxidación de hierro (ver reacción 1). Por esta razón, es más ventajoso, el uso de un único recipiente para oxidar la solución alimentada. Así, durante las operaciones continuas del proceso, el único recipiente recibe un flujo constante de SO2 desde la solución alimentada que promueve la oxidación de hierro. En presencia de suficiente SO2, el proceso logra una razón de oxidación de 2 (kg 02/m3)/h a 75 °C con aireación (aire) de 0,2 - 0,4 (L/min, por litro de volumen de tanque) y un tiempo de residencia en el recipiente de 45 a 60 ' min.

El proceso opera mejor con un tanque de acondicionante de siembra separado. La mezcla reciclada que precipita en la solución oxidada acidica en el tanque de acondicionamiento prepara la solución para los agentes de neutralización basados en calcio por saturación de esta con yeso y limpieza la superficie del yeso sembrado. La neutralización de la solución acondicionada disminuye significativamente la razón de crecimiento en las paredes de los tanques.

En el tanque de neutralización, los agentes neutralizantes basados en calcio neutralizan la dicha corriente oxidada a un pH final de al menos alrededor de 7. Más ventajosamente, el proceso neutraliza a un pH de al menos alrededor de 9 para promover la remoción de metales divalentes no ferrosos, tales como níquel, cobalto y zinc. Fuentes comunes de bases conteniendo calcio incluyen caliza, desecho de calera, cal, cal apagada. Cuando se utiliza cal apagada para la neutralización, ocurren las siguientes reacciones: Neutralización H2S04 + Ca(OH)2 ? CaS04«2H20 @) Fe2(S04)3 + 3Ca(OH)2 + 6H2O ? 2Fe(OH)3 + 3CaS04«2H20 (4) Si la solución acídica recibió siembra y acondicionamiento independiente, se forma una cantidad mínima de yeso. Manteniendo una razón molar de hierro a arsénico de al menos alrededor de 2 se facilita la formación de un precipitado de arsenato férrico ambientalmente estable. Más ventajosamente, el proceso mantiene una razón molar de hierro arsénico de al menos alrededor de 4. Ejemplo La carta de flujo de la Figura 1 en combinación con el equipamiento de la Tabla 1 logra el proceso neutralizante. Tabla 1 Velocidad de flujo de alimentación de mezclas de licores de fundición 300 Número total de tanques de oxidación 1 Tiempo total de residencia de oxidación, min* 60 Número de tanques de acondicionamiento sembrados 1 Tiempo total de residencia de acondicionamiento, min* 60 Número de tanques de neutralización 2 Tiempo total de residencia de neutralización, min* 120 Temperatura de tanque oxidación/neutralización, °C 75 Razón de aireación tanque oxidación/neutralización, 0,4 L/min por L vol tanque Carga marcada circulante, % de sólidos > 100 * El tiempo de residencia superficial total igual es la capacidad volumétrica total del tanque de reacción o serie de tanques, divida por la razón de flujo volumétrico alimentado. El volumen total de mezcla durante la operación normal es 15 L El alimentado acuoso contenía las concentraciones que varían de acuerdo a los rangos de valores de la Tabla 2 a continuación.

Tabla 2 * Requerimiento de oxígeno para oxidación de arsénico, hierro y azufre.

Enviar el alimentado ácido de la Tabla 2 a través del circuito de prueba descrito por la Figura 1 y la Tabla 1 neutraliza rápidamente la solución a un pH de al menos 9 a 9,5 con una base de cal apagada. Este proceso entrega un buen control de pH y produce un precipitado estable.

Muestras teniendo una razón molar de hierro a arsénico de al menos 5 formado por neutralización después de la oxidación entregan compuestos muy estables. En efecto, la digestión de 5 g de sólidos secos (0,2 a 0,6 por ciento en peso de arsénico), a temperatura ambiente, en 100 mi de solución tampón ácido acético/acetato de sodio, a pH 5, por Ontario Reg.N°309 (309), para 18 horas disolvió menos de 0,01 mg por litro de arsénico. Aún después de 18 horas de digestión adicional, se mantiene el pH aproximadamente 5 con ácido acético, lixiviando menos de 0,01 mg por litro de arsénico. La combinación de los pasos de oxidación y neutralización para propósitos comparativos precipita un compuesto menos estable. Las muestras probadas en estos prosesos disuelven sobre 0,2 mg por litro de arsénico con la prueba de regularización 309. Para propósitos de comparación, la Figura 2 muestra la velocidad de crecimiento en escala de alrededor de 0,2 mm por día que resultó de este pre- mezclado de lodo reciclado con cal. La Figura 3 muestra una razón de crecimiento en escala de solo 0,2 mm por día cuando se utiliza un paso de acondicionamiento de siembra separado. Así, un recipiente de acondicionamiento independiente disminuye la escala de razón de crecimiento por un factor de 10 en comparación al método de lodo pre-mezclado. El proceso de entrega un método de baja razón de crecimiento en escala de soluciones neutralizantes de un depurado húmedo de un tubo de gas de fundición con bases de bajo costo conteniendo calcio. Además, el método remueve arsénico de soluciones que contienen dióxido de azufre difíciles de tratar. En suma, el proceso produce un precipitado neutralizado que contiene compuestos arsenato-férrico estables. De acuerdo con los estatutos, esta especificación ilustra y describe formas específicas de la invención. Aquellos entendidos en el arte entenderán que las reivindicaciones cubren cambios en la forma de la Invención. Por ejemplo, la adición de hierro cuando la razón hierro a arsénico en el alimentado es menor que la requerida y la adición de dióxido de azufre cuando el dióxido de azufre en el alimentado también es menor. Además, ciertas características de la invención pueden operar ventajosamente sin un uso correspondiente de las otras características.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido • por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención. Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo conte^do en las siguientes:

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para remover arsénico desde soluciones conteniendo dióxido de azufre caracterizado porque comprende los pasos de: introducir una solución acuosa en un reactor de oxidación, conteniendo dicho reactor de oxidación hierro, arsénico y dióxido de azufre; oxidar el hierro, arsénico y dióxido de azufre no oxidado contenido en dicha solución acuosa; sembrar dicha solución acuosa oxidada con un precipitado neutralizado; neutralizar dicha solución acuosa sembrada con una base conteniendo calcio para precipitar dicho precipitado neutralizado, incluyendo este compuestos de arsenato férrico; y reciclar una porción de dicho precipitado neutralizado para dicho paso de siembra.
2. 2. El método de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque la siembra ocurre independiente del paso de neutralización para acondicionar la solución acuosa oxidada para dicho paso de neutralización.
3. 3. El método de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque dicha neutralización precipita un compuesto de arsenato de hierro teniendo una razón molar de hierro a arsénico de al menos cerca de 2.
4. 4. El método de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque dicha neutralización precipita un producto neutralizado teniendo un pH de al menos cerca de 7.
5. 5. El método de acuerdo a la reivindicación 4 caracterizado porque cal neutraliza dicha solución acuosa sembrada.
6. 6. El método de acuerdo a la reivindicación 1 caracterizado porque el paso de oxidación utiliza aire para oxidar el arsénico, hierro y dióxido de azufre.
7. 7. Un método para remover arsénico desde soluciones conteniendo dióxido de azufre caracterizado porque comprende los pasos de: introducir una solución acuosa en un reactor de oxidación, conteniendo dicho reactor de oxidación hierro, arsénico y dióxido de azufre; oxidar el hierro, arsénico y dióxido de azufre no oxidado contenido en dicha solución acuosa; sembrar dicha solución acuosa oxidada con un precipitado neutralizado; retener dicha corriente acuosa sembrada en un recipiente para acondicionar dicha corriente acuosa sembrada; neutralizar dicha solución acuosa acondicionada con una base conteniendo calcio para precipitar dicho precipitado neutralizado, incluyendo este compuestos de arsenato férrico; y reciclar una porción de dicho precipitado neutralizado para dicho paso de siembra.
8. 8. El método de acuerdo a la reivindicación 7 caracterizado porque dicha neutralización precipita un compuesto de arsenato de hierro teniendo una razón molar de hierro a arsénico de al menos cerca de 4.
9. 9. El método de acuerdo a la reivindicación 7 caracterizado porque dicha neutralización precipita un producto neutralizado teniendo un pH de al menos cerca de 9.
10. 10. El método de acuerdo a la reivindicación 7 caracterizado porque cal neutraliza dicha solución acuosa sembrada.
11. 11. El método de acuerdo a la reivindicación 7 caracterizado porque el paso de oxidación utiliza aire para oxidar el arsénico, hierro y dióxido de azufre.