NO152941B - Fremgangsmaate for aa fjerne treverdig jern fra en sulfatopploesning - Google Patents

Abstract

FREMGANGSMÅTE FOR A FJERNE TREVERDIG JERN FRA EN SULFATOPPLØSNING.

Description

Oppfinnelsen angår separering av jern fra sulfatopp-løsninger i form av en jarosit som er forurenset bare med mindre mengder av ikke-jernmetaller. Jarositforbindelser har tilnærmet den generelle formel AFe3 (S04)2 (OH)g, hvori A betegner H-jO, Na, K eller NH^. Blandede jarositer og faste oppløsninger kan også dannes som inneholder flere enn én bestanddel fra den ovennevnte gruppe.

Ved hydrometallurgiske prosesser hvori jarositforbindelser dannes, utgjør slike forbindelser som regel en del av et produkt som også kan inneholde andre materialer, omfattende f.eks. zinkferrit, gips og zinksulfid. Slike produkter betegnes vanligvis som "jarosit", og betegnelsen "jarosit" som anvendt heri, er ment å betegne rene forbindelser, faste oppløs-ninger eller blandinger av disse med andre materialer i henhold til den tekstlige sammenheng.

Utfellingen av jern i form av jarosit kan represente-res ved den følgende typiske ligning:

Ved hydrometallurgisk utvinning av verdifulle metaller, som zink, nikkel, cobolt og kobber, fra malmer, konsentrater, rester og andre råmaterialer, er det som regel nødvendig å separere oppløst jern fra sulfatoppløsninger av metallene fordi oppløst jern innvirker uheldig på de påfølgende metallutvin-ningstrinn. Selv om den foreliggende oppfinnelse spesielt angår hydrometallurgisk utvinning av zink fra zinksulfidkonsen-trater eller fra oxyderte zinkmalmer som inneholder oppløst jern, ved elektrolyse, er den ikke begrenset til å angå zink-holdige oppløsninger, man angår også separering av jern fra

sulfatoppløsninger som inneholder andre verdifulle metaller.

I de senere år er et stort antall fremgangsmåter for

å separere oppløst jern fra sulfatoppløsninger ved utfelling blitt foreslått. I australsk patentskrift nr. 401 724 er beskrevet en fremgangsmåte ved behandling av zinkrester som inneholder zinkferrit, hvor resten utlutes i en varm svovelsyre-oppløsning for å oppløse zink, jern og andre verdifulle metaller, fulgt av en oppvarming av den klarende utlutingsoppløsning til en temperatur over 60° C i nærvær av natrium-, kalium- eller ammoniumioner, slik at flerverdig jern utfelles i form av et oppløselig basisk jernsulfat av jarosittypen. Et nøytralise-ringsmiddel er nødvendig for utfellingen av jarosit ved temperaturer under kokepunktet ved atmosfæretrykk.

Et høyt innhold av fri syre er nødvendig i utlutings- ■. trinnet med varm syre for å oppløse zinkferritet, men overskuddet av fri syre innvirker uheldig på utfellingen av jarositet (se den ovenstående ligning 1). Den frie syre i utlutingstrinnet med varm syre kan senkes i en viss grad, men for å opprettholde ekstraksjon av zink fra jarositet må oppholdstiden i dette trinn økes for å kompensere for det lavere innhold av fri syre. Ved lavt innhold av fri syre blir det oppløste treverdige jern ustabilt og tilbøyelig til å hydrolyseres for tidlig og til å utfelles i form av jarosit. Dette jarosit vil da foruren-se og forringe de uoppløste faste stoffer som fjernes fra utlutingstrinnet med varm syre. Disse uoppløste faste stoffer er anriket på bly, sølv og gull, og separeres i en rekke zinkelektrolyseanlegg for påfølgende utvinning av de inneholdte verdifulle metaller. Enhver forringelse av disse faste stoffer med jarosit på grunn av en for tidlig hydrolyse er derfor uønsket. Av denne grunn opprettholdes innholdet av fri syre i utlutingstrinnet med varm syre vanligvis i et overskudd av 40 g/l, og denne surhetsgrad forsinker utfellingen av jarosit ved temperaturer under oppløsningens kokepunkt.

Det har imidlertid vist seg at for å utfelle tilstrekkelig med jern fra utlutingsoppløsningen slik at det er økonomisk mulig å behandle oppløsningen ved anvendelse av etablerte metoder, er det nødvendig å varme utlutingsoppløsningen til en temperatur godt over kokepunktet. Et slikt trinn krever bruk av autoklaver som er forholdsvis kostbare å installere og dri-ve, og denne metode er derfor ennå ikke blitt anvendt kommersielt. Jarositbunnfallet som erholde_s ved denne prosess, er ikke desto mindre forholdsvis rent og er spesielt egnet for omvandling til treverdig jernoxyd av pigmentkvalitet eller som tilførsel til en jernmasovn.

I US patentskrift nr. 3 434 947 er beskrevet en fremgangsmåte hvor jernet utfelles i form av jarosit ved en temperatur opp til kokepunktet ved atmosfæretrykk, ved å regulere oppløsningens pH til under 1,5 ved tilsetning av et nøytrali-seringsmiddel.

En fagmann vil forstå at det for utførelsen av denne fremgangsmåte anvendte nøytraliseringsmiddel er nødvendig av to grunner, dvs. 1. for å nøytralisere et overskudd av fri syre i oppløs-ningen som tilføres til utfellingstrinn for jarosit-tet, og 2. for å nøytralisere syre som i overensstemmelse med ligningen (1) frigjøres under utfellingen av jarosit.

Det rimeligste og lett tilgjengelige nøytraliserings-middel for zinkelektrolyse er zinkoxydcalcin eller -sinter fremstilt ved røsting av zinksulfidkonsentrat. På tegningene viser fig. 1 et forenklet flytskjema for denne prosess, hvor feritter i rester fra et nøytralt utlutingstrinn oppløses i et utlutingstrinn med varm syre og det erholdte oppløste jern utfelles som et jarosit.

Denne prosess byr på den fordel at det ikke er nød-vendig å anvende en kostbar autoklav, men den gir et jarosit som er forurenset med ikke-jernmetaller som forekommer i resten fra nøytraliseringsmidlet som tilsettes for å regulere pH i ut-fellingstrinnet for jarosit. Forurensningsgraden vil være avhengig av mengden og kvaliteten av det calcin eller den sinter som anvendes som nøytraliseringsmiddel.

Jarosit fremstilt ved zinkelektrolyse av "normale" konsentrater inneholder typisk, basert på vekt, 2-6% Zn, 25-30% Fe, 0,1-0,3 % Cu, 0,1 - 0,2 % Cd, 0,2 - 2 % Pb, 10 - 150 ppm Ag, o,l - 0,8 % Ca, 9,1 - 0,7 ? Mg og 1 - 5 % Si02.

Jarositavfallet inneholder i virkeligheten bare 58 - 75 % rent jarosit idet resten utgjøres av zinkferrit og andre forurensninger.

Forurensningsgraden av jarositbunnfallet kan minskes ved å utlute bunnfallet med en syre, som beskrevet i norsk patentskrift nr. 123 248. Sluttproduktet inneholder imidlertid fremdeles betydelige mengder zink og bly som gjør jarositet uaksepterbart som råmateriale for fremstilling av jern eller for omvandling til treverdig jernoxyd av p"igmentkvalitet.

Forurensningen av jarosit med giftige ikke-jernmetaller byr på problemer for deponeringen av jarosit som avfallsmateriale. Dersom det lagres på land,må stor forsiktighet ut-vises for å unngå en forurensning av omgivelsene. Forskjellige prosesser er blitt utviklet for å gjøre de forurensende ikke-jernmetaller inerte, som ved å blande jarosit med kalk eller cement, slik at jarosit kan deponeres uten risiko. Slike prosesser er kostbare og har ikke vært helt fremgangsrike.

"Rene" nøytraliseringsmidler som ikke inneholder betydelige mengder av ikke-jernmetaller, som finmalt kalk, er normalt ikke økonomisk utnyttbare alternativer til calcin-eller zinkferritholdige rester på grunn av prisen for disse, de store mengder som er nødvendige pr. vektenhet utfelt jern, og den vesentlige tilsetning av.gips til jarositavfallet som med-fører en betydelig vanskelighet for deponeringen eller som gjør jarositet uegnet for fremstilling av pigment eller jern.

Det er kjent fra teknikkens stand å tilføye et ytterligere trinn som betegnes som et fornøytraliseringstrinn, mellom utlutingstrinnet med varm syre og jarositutfellingstrinnet, hvor en del av oppløsningens innhold av fri syre nøytraliseres ved tilsetning av et egnet nøytraliseringsmiddel, som calci.n. Et typisk flytskjema er vist på fig. 2. Graden av.minskningen av innholdet av fri syre i fornøytraliseringstrinnet er typisk begrenset til ca. 30 g pr. liter på grunn av at en for tidlig hydrolyse av oppløst treverdig jern inntreffer i økende grad etter hvert som innholdet av fri syre minskes. Da de uoppløste faste stoffer fra fornøytraliseringstrinnet i alminnelighet resirkuleres til utlutingstrinnet med varm syre, må ethvert produkt fra den for tidlige hydrolyse under fornøytraliserings-trinnet oppløses i utlutingstrinnet med varm syre dersom de utvundne uoppløste faste stoffer fra det sistnevnte trinn ikke skal forringes. Dette er ofte vanskelig i praksis.

Det har nå vist seg at ved å avkjøle oppløsningen fra utlutingstrinnet med varm syre er det mulig å stabilisere det oppløste jern og hindre en vesentlig for tidlig hydrolyse selv dersom konsentrasjonen av syre minskes til et lavt nivå under et fornøytraliseringstrinn.

Det har også vist seg ifølge oppfinnelsen at ved å

øke temperaturen for oppløsninger fra fornøytraliseringstrinnet og i nærvær av minst ett ion fra gruppen natrium, kalium og ammonium, er det mulig å utfelle en vesentlig andel av det opp-løste treverdige jern i form av et jarosit uten at det er nød-vendig å tilsette noe annet nøytraliseringsmiddel enn det nøy-traliseringsmiddel som kan tilsettes som utgangsmateriale for de ovennevnte ioner.

For å utføre en satsvis utfelling av jarositet er det fordelaktig å resirkulere jarositkimkrystaller da disse elimi-nerer den induksjonsperiode hvor jarositutfellingshastigheten er lav. Ved kontinuerlig drift har det ifølge oppfinnelsen vist seg at resirkulering også er fordelaktig fordi restkonsen-trasjonen av treverdig jern i oppløsningen som kommer fra den siste jarositutfellingsbeholder, minskes når jarositbunnfallet resirkuleres i ett eller flere trinn i en mengde av 50 - 400 g jarosit pr. liter tilførselsoppløsning.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte for å fjerne treverdig jern fra en sulfatoppløsning som også inneholder fri syre og verdifulle ikke-jernmetaller, spesielt en klaret sulfatoppløsning som skriver seg fra et varmsyreutlutingstrinn i en elektrolytisk sinkprosess, og hvorfra det treverdige jern utfelles som jarosit ved en temperatur ikke over oppløs-ningens kokepunkt ved atmosfæretrykk og i nærvær av minst ett ion bestående av natrium , kalium eller ammonium, og hvor utfelt jarosit skilles fra oppløsningen, og fremgangsmåten er sær-preget ved at sulfatoppløsningen avkjøles, den frie syre nøytraliseres delvis, og oppløsningen klares derefter og oppvarmes i nærvær av resirkulert jarosit og uten tilsetning av ytterligere nøytraliseringsmiddel, slik at i det vesentlige alt treverdig jern utfelles som jarosit.

Ved den foreliggende fremgangsmåte fås et

jarosit som er forurenset med bare små mengder ikke-jernmetaller, og en oppløsning som kan viderebehandles ved hjelp av kjente metoder for utvinning av oppløste verdifulle ikke-jernmetaller fra denne.

Den foreliggende fremgangsmåte er spesielt egnet

for utfelling av treverdig jern fra en klaret sulfatoppløsning som skriver seg fra et utlutingstrinn med varm syre ved elektrolytisk fremstilling av zink og som inneholder 5-50, fortrinnsvis 15 - 25, g treverdig jern pr. liter, 30 - 100, fortrinnsvis 35 - 70, g fri svovelsyre pr. liter og minst 20 g zink pr. liter og dessuten ikke-jernmetallforurensninger omfattende cadmium, kobber og nikkel. Ved denne foretrukne utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte behandles oppløsningen i fire trinn som består i:

(1) avkjøling av oppløsningen til en temperatur innen området 30 - 80° C, (2) behandling av oppløsningen fra trinn (1) i ett eller flere trinn med et nøytraliseringsmiddel eller nøytra-liseringsmidler for å minske innholdet av fri syre. i oppløsningen til innen området 0,1 - 25, fortrinnsvis 2 - 15, g pr. liter, og separering av eventuelle rester eller uoppløste nøytraliseringsmidler fra opp-løsningen, (3) oppvarming av den klarede oppløsning fra trinn (2) i ett eller flere trinn til en temperatur innen området fra 8<0>° C til oppløsningens kokepunkt ved atmosfæretrykk, fortrinnsvis over 95° C, i nærvær av minst ett ion fra gruppen natrium, kalium og ammonium,

idet molforholdet mellom disse ioner og oppløst treverdig jern er 0,1 - 10, og i nærvær av resirkulert

jarosit, fortrinnsvis i en mengde av 50 - 400 g jarosit pr. liter oppløsning, og uten tilsetning av noe ytterligere nøytraliseringsmiddel utover et eventuelt nøytraliseringsmiddel som kan tilsettes som utgangsmateriale for de ovennevnte ioner, slik at i det vesentlige alt treverdig jern utfelles som jarosit, og (4) separering av det i trinn (3) utfelte jarosit fra opp-løsningen ved fortykning, filtrering og vasking,

slik at det fås jarosit som er forurenset med bare mindre mengder av ikke-jernmetaller, og en oppløsning som kan behandles videre ved hjelp av kjente metoder for utvinning av oppløs-te verdifulle ikke-jernmetaller fra denne.

Trinn (1) av denne foretrukne utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte kan utføres i ett eller flere trinn ved hjelp av forskjellige metoder. Oppløsningen kan således avkjø-les ved anvendelse av varmevekslere, kjøletårn, sugeapparater, sprøyteapparater eller ved anvendelse av andre egnede metoder, enkeltvis eller sammen, og kan utføres på en energibevarende måte. Den temperatur som oppløsningen avkjøles til, ligger innen området 30 - 80° C. Oppløst treverdig jerns stabilitet øker med synkende temperatur, og det foretrekkes derfor å av-kjøle til en lav temperatur for å unngå en vesentlig utfelling av oppløst treverdig jern i form av jarosit på grunn av én for tidlig hydrolyse enten i trinn (1) eller trinn (2). Det tolererbare omfang av en for tidlig hydrolyse er avhengig av den påfølgende behandling av faste stoffer fra trinn (2).

Fornøytraliseringen i trinn (2) kan utføres i ett eller flere trinn ved anvendelse av forskjellige egnede nøytra-liseringsmidler. For å knytte fornøytraliseringen til den elektrolytiske fremstilling av zink har det vist seg ifølge oppfinnelsen at underløp fra fortykningsapparatet fra det nøy-trale utlutingstrinn eller calcin er de best egnede nøytrali-ser ingsmidler som kan anvendes adskilt eller sammen. Foreliggende oppfinnelse er imidlertid ikke begrenset til denne spesielle kombinasjon eller dette spesielle valg av nøytralise-ringsmidler.

Det kan, avhengig av det anvendte nøytraliseringsmid-del, være nødvendig å separere rester eller uoppløst nøytrali-seringsmiddel før trinn (3) utføres.

I trinn (3) av fremgangsmåten utfelles oppløst treverdig jern i det vesentlige som et jarosit ved å oppvarme den klarede oppløsning fra trinn (2) i nærvær av natrium-, kalium-eller ammoniumioner til en temperatur opp til oppløsningens kokepunkt ved atmosfæretrykk. Temperaturer innen området fra 80° C til oppløsningens kokepunkt ved atmosfæretrykk er egnede, fortrinnsvis temperaturer over 95° C. Oppvarmingen kan utføres ved injisering av fersk damp (vanndamp), ved forbrenning i neddykket tilstand, ved indirekte oppvarming under anvendelse.av egnede varmevekslere eller ved andre metoder som er kjente for fagmannen, og enkeltvis eller i kombinasjon.

Omfanget av utfellingen av treverdig jern og konsen-.trasjonen av oppløst treverdig jern i oppløsningen fra trinn (3) er avhengig av flere variable. Enkelte av disse star i forbindelse med hverandre, og de valgte optimale betingelser vil være avhénige av hvorvidt den foreliggende fremgangsmåte best kan utføres i tilknytning til en ny eller eksisterende produk-sjonskrets for elektrolytisk fremstilling av zink.

For å oppnå en maksimal utfelling av oppløst treverdig jern foretrekkes det å anvende en høy temperatur, en lang oppholdstid, lave konsentrasjoner av opprinnelig treverdig jern og fri syre, en høy konsentrasjon av et egnet kimmateriale og en høy konsentrasjon av natrium-, kalium- og ammoniumioner. Konsentrasjoner av disse ioner i en samlet mengde av over 0,8 ganger den støkiometriske mengde for dannelse av jarosit er foretrukne. De ovennevnte ioner kan tilsettes som en oppløse-lig, basisk forbindelse ved begynnelsen av eller under trinn (3), slik at den basiske forbindelse vil nøytralisere en del av den frie syre i oppløsningen i trinn (3), hvorved fås en mer fullstendig utfelling av det treverdige jern. Oppholdstiden bør fortrinnsvis være 5-24 timer.

Den opprinnelige konsentrasjon av treverdig jern i oppløsningen som tilføres til trinn (3), bør fortrinnsvis være 15 - 25 g pr. liter og den opprinnelige konsentrasjon av fri syre 2 - 15 g pr. liter.

I trinn (4) av den foreliggende fremgangsmåte skilles jarositet fra oppløsningen ved faststoff-væskeseparerings-metoder og vaskes for å fjerne mesteparten av de inneholdte oppløste ikke-jernmetaller. Forskjellige faststoff-væskesepa-rerings- og vaskemetoder er vel kjente for fagmannen.

Oppløsningen fra trinn (4) kan overføres til det nøy-trale utlutingstrinn for den elektrolytiske fremstilling av zink eller den kan behandles på kjent måte i et eget trinn for fjernelse av jern, hvor et nøytraliseringsmiddel tilsettes, eventuelt toverdig jern oxyderes til treverdig jern, og en hovedsakelig del eller alt treverdig jern utfelles for erholdelse av en oppløsning med lavt jerninnhold som deretter til-bakeføres til den elektrolytiske zinkfremstilling. De faste stoffer fra det egne trinn for fjernelse av jern kan resirkuleres som et nøytraliseringsmiddel til trinn (2) av den foreliggende fremgangsmåte. De kan også resirkuleres til det nøy-trale utlutingstrinn eller til utlutingstrinnet med fortynnet syre for den elektrolytiske zinkfremstilling. Hele mengden av underløpsoppslemningen fra fortykningsapparatet eller av fil-terkaken fra det egne trinn for fjernelse av jern kan også resirkuleres til utlutingstrinnet med varm syre og calcin eller et annet egnet nøytraliseringsmiddel tilsettes til fornøytra-1iseringstrinnet.

På fig. 3 er vist et typisk eksempel på denne foretrukne utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte anvendt for fjernelse av jern fra en sulfatoppløsning som inneholder treverdig jern som skriver seg fra utluting av zinkoxydcalcin. For å bevare energien anvendes en varmeveksler for å avkjøle oppløsningen i trinn (1).

Det er under visse omsteridigheter fordelaktig å fortynne oppløsningen ved å resirkulere en del 'av overløpsoppløs-nlngen fra jarositfortykningsapparatet til fornøytraliserings-trinnet for å senke konsentrasjonen av treverdig jern i for-nøytraliseringstrinnet. Det kan også være fordelaktig å resirkulere en del av overløpet fra fortykningsapparatet for den nøytrale utluting til fornøytraliseringstrinnet eller jarosit-utf ellingstrinnet for å fortynne oppløsningene i disse trinn. Den optimale kombinasjon og omfanget av den ønskede fortynning vil være avhengig av en rekke variable og kan best utvikles ved forsøk i anlegget. Alle arbeidsmetoder med resirkulering er ment å dekkes av foreliggende oppfinnelse, og det ovenfor an-gitte surhetsområde av 0,1 - 25 g pr. liter tar hensyn til virkningen av enhver slik fortynning. Det er fordelaktig å fortynne i fornøytraliseringstrinnet fordi konsentrasjonen av treverdig jern derved senkes, slik at muligheten for en vesentlig for tidlig hydrolyse nedsettes. En fortynning under eller straks før jarositutfellingstrinnet er også fordelaktig da sur-hetsgraden derved reduseres uavhengig av om syren opprinnelig var tilstede eller er blitt dannet på grunn av jarositutfel-lingsreaksjonen. På fig. 4 er vist et typisk eksempel ifølge oppfinnelsen med resirkulering av en nøytral oppløsning som for-tynningsmiddel i jarositutfellingstrinnet.

Det kan også være fordelaktig å resirkulere en opp-løsning som er blitt erholdt ved delvis å nøytralisere den frie. syre i hele mengden eller en del av overløpsoppløsningen fra fortykningsapparatet fra jarositutfellingstrinnet, slik at sur-heten reduseres til 0,1 - 30, fortrinnsvis 0,1 - 10, g pr. liter uten vesentlig utfelling av det oppløste treverdige.jern som er tilbake i oppløsningen. Denne delvise nøytralisering er. heretter betegnet som "etternøytraliseringstrinnet". For opp-nåelse" av de beste resultater bør denne etternøytraliserte opp-, løsning resirkuleres til jarositutfellingstrinnet.

Det har også vist seg ifølge oppfinnelsen at under visse forhold, f.eks. dersom surheten'i oppløsningen fra utlutingstrinnet med varm syre allerede har et egnet lavt nivå, kan en tilfredsstillende utfelling av jern i form av jarosit oppnås ved å fortynne oppløsningen fra utlutingstrinnet med varm syre tilstrekkelig, fulgt av en oppvarming av den fortynnede oppløs-ning, til en temperatur opp til kokepunktet ved atmosfæretrykk.

i nærvær av natrium-, kalium- eller ammoniumioner eller blandinger av disse ioner og i nærvær av resirkulert jarosit, hvorved trinnene (1) og (2) for den tidligere beskrevne fremgangsmåte blir unødvendige.

Ifølge en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen utfelles treverdig jern i form av jarosit fra en sulfatopp-løsning som også inneholder fri syre og verdifulle ikke-jernmetaller. Denne oppløsning fortynnes med en fortynningsopp-løsning med lav surhet, slik at den fortynnede oppløsning får en konsentrasjon av treverdig jern innen området 5 - 35 g pr. liter og en konsentrasjon av fri syre innen området 5 - 40 g pr. liter, den fortynnede oppløsning oppvarmes

til en temperatur opp til dens kokepunkt ved atmosfæretrykk i nærvær av minst ett ion fra gruppen natrium-, kalium- og ammoniumioner i nærvær av resirkulert jarosit bg uten tilsetning av noe nøytraliseringsmiddel, slik at i det vesentlige alt treverdig jern utfelles i form av jarosit, hvoretter jarositet skilles fra oppløsningen -Denne kan behandles videre ved anvendelse av kjente metoder for utvinning av oppløste verdifulle ikke-jernmetaller, slik at det fås jarosit som bare er forurenset med små mengder av ikke-jernmetaller.

Ifølge en annen foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen utfelles treverdig jern fra en sulfatoppløsning som skriver seg fra et utlutingstrinn med varm syre ved elektrolytisk fremstilling av zink og som etter klaring inneholder 5-50, fortrinnsvis 5 - 25, g treverdig jern pr. liter,

30 - 100, fortrinnsvis 30 - 50, g fri svovelsyre pr. liter

og minst 20 g zink pr. liter og dessuten ikke-jernmetallforurensninger omfattende cadmium, kobber og nikkel. Denne oppløsning fortynnes med en fortynningsoppløsning som inneholder 0-15 g treverdig jern pr. liter,30, fortrinnsvis 0-10, g fri svovelsyre pr. liter og minst 20 g zink pr. liter, idet forholdet mellom fortynnings-oppløsningen og den nevnte oppløsning er slik at det fås en fortynnet oppløsning som inneholder 5-35, fortrinnsvis 5 - 20, g treverdig jern pr. liter, 5-40, fortrinnsvis 5 - 20, g fri svovelsyre pr. liter og minst 20 g zink pr. liter, den fortynnede oppløsning oppvarmes til en temperatur innen området fra 80° C til oppløsningens kokepunkt ved atmosfærisk trykk, fortrinnsvis til en temperatur over 9 5° C, i nærvær av minst ett ion fra gruppen natrium-, kalium- og ammoniumioner, idet mol-

forholdet mellom disse ioner og oppløst treverdig jern er 0,1 - 10, i nærvær av resirkulert janosit, fortrinnsvis 50 - 400 g jarosit pr. liter fortynnet oppløsning, og uten tilsetning av noe nøytraliseringsmiddel annet enn et eventuelt nøytraliser-ingsmiddel som kan tilsettes som råmateriale for de ovennevnte ioner, slik at i det vesentlige alt treverdig jern utfelles i form av jarosit som skilles fra oppløsningen ved fortykning, filtrering og vasking. Derved fås en oppløsning som kan behandles ytterligere ved anvendelse av kjente metoder for utvinning av oppløste verdifulle ikke-jernmetaller,og jarosit som er forurenset med bare små mengder ikke-jernmetaller.

På fig. 5 er vist et typisk eksempel på denne foretrukne utførelsesform av den foreliggende fremgangsmåte.

Det er også fordelaktig dersom minst én del av oppløs-ningen fra jarositutfellingstrinnet etter fraskillelsen av jarositet blandes på regulert måte med et nøytraliseringsmiddel, fortrinnsvis zinkoxydcalcin, for fremstilling av en oppløsning som inneholder 0 - 30, fortrinnsvis 0 - 10, g svovelsyre pr. liter, og etter fraskillelse av en eventuell rest fra nøytra-liseringsmidlet anvendes i det minste en del av den således erholdte oppløsning som fortynningsoppløsningen.

En eventuell restoppløsning fra jarositutfellingstrinnet og som ikke er blitt behandlet på denne måte, kan med fordel overføres for ytterligere behandling ved den elektrolytiske zinkfremstilling på samme måte som en eventuell rest av den behandlede oppløsning som ikke resirkuleres som fortynnings-middel.

Etternøytraliseringstrinnet kan utføres uten å av-kjøle oppløsningen, og det har ifølge oppfinnelsen vist seg at

■en kort oppholdstid er fordelaktig for å unngå en vesentlig utfelling av det gjenværende jern i form av jarosit. Egnede nøytraliseringsmidler omfatter underløp fra fortykningsapparatet fra det nøytrale utlutingstrinn, calcin, kalksten eller kalk, og disse kan anvendes adskilt eller sammen med hverandre. Det kan avhengig av det anvendte nøytraliseringsmiddel være fordelaktig å fraskille rester eller uoppløst nøytralise-ringsmiddel før oppløsningen resirkuleres. Etternøytralise-

ringstrimnet kan utføres for en del eller hele mengden av over-løpsoppløsningen fra jarositfortykningsapparatet, idet et eventuelt overskudd utover den mengde som er nødvendig for resirku-leringen, overføres for videre behandling.

En slik videre behandling kan utgjøres av et nøytralt utlutingstrinn som utføres på en måte som er velkjent for fagmannen, eller et annet trinn med jarositutfelling som utføres under lignende betingelser hva gjelder temperatur, tilstede-værelse av ioner fra gruppen natrium-, kalium- og ammoniumioner og ved nærvær av resirkulert jarositmateriale som anvendes i jarositutfellingstrinnet ved foreliggende fremgangsmåte.

Fagmannen vil forstå at fortynningen ikke behøver å utføres før jarositutfellingen påbegynnes, men at de to oppløsninger (sulfatoppløsning og fortynningsoppløsning) kan innføres adskilt i jarositutfellingstrinnet i de forholdsvise mengder som er nødvendige for erholdelse av en fortynnet opp-løsning med den ønskede sammensetning, slik at fortynningen og jarositutfellingen finner sted i det samme trinn.

Det vil også være klart for fagmannen at minst én av de to oppløsninger som tilsammen danner den fortynnede oppløs-ning, kan oppvarmes før fortynningen slik at den fortynnede oppløsning får en temperatur ved eller over den ønskede temperatur for jarositutfellingen, hvorved unngås nødvendigheten av å oppvarme den fortynnede oppløsning til den ønskede temperatur.

På fig. 6 er vist et eksempel på denne foretrukne ut-førelsesform av den foreliggende fremgangsmåte.

Én av fordelene ved den foreliggende fremgangsmåte sammenlignet med teknikkens stand er at utfellingen av jarosit er selvregulerende og at intet komplekst pH-reguleringssystem er nødvendig for å regulere tilsetningen av et nøytraliserings-middel under utfellingen av jarositet. Det utfelte jarosit har jevne bunnavsetnings- og filtreringsegenskaper, og dette fører til en fremgangsmåte som er enkel å utføre og til jarosit med jevne fysikalske og kjemiske egenskaper.

Det ved den foreliggende fremgangsmåte fremstilte jarosit er bare forurenset med små mengder ikke-jernmetaller og kan derfor deponeres som avfallsprodukt med færre miljøproblemer. Det er dessuten et mer egnet råmateriale for andre, fremstillingsprosesser, som fremstilling av råjern eller pigmen-. ter.

For fremstilling av råjern kan det ved den foreliggende fremgangsmåte fremstilte jarosit sintres eller pelletiseres

ved forhøyet temperatur for å spalte jarositet under samtidig erholdelse av et agglomerert jernoxyd. Da en rekke ikke-jernmetaller forflyktiges under sintring eller pelletisering ved forhøyede temperaturer, vil innholdet av ikke-jernmetaller i produktet' fra sintrings- eller' pelletiseringsprosessen være lavere enn det innhold som kunne forventes ut fra innholdet av ikke-jernmetaller i det jarosit som tilføres til sintrings-eller pelletiseringsprosessen. Det er dessuten fra teknikkens stand kjent metoder, f.eks. klorering, som bevirker en ytterligere forflyktigelse av en rekke av ikke-jernmetaller under sintring eller pelletisering. Disse metoder kan derfor om ønsket anvendes for erholdelse avet agglomerert jernoxyd med ennå høyere renhet.

Et eksempel på den foreliggende fremgangsmåte med påfølgende sintring av jarositproduktet for dannelse av et agglomerert jernoxyd er gitt i eksempel 5.

For fremstilling av treverdig jernoxyd av pigmentkvalitet kari det ved den foreliggende fremgangsmåte fremstilte jarosit f.eks. kalsineres som beskrevet i australsk patentsøk-nad nr. 87973/75. På grunn av at jarositet fremstilt ved den foreliggende fremgangsmåte er forurenset med mindre mengder ikke-jernmetaller enn jarositet som for tiden fremstilles i kom-mersielle zinkelektrolyseanlegg, er det klart at det treverdige jernoxyd som fås ved kalsinering<*> av slike jarositer, vil være mindre forurenset enn det treverdige jernoxyd som for tiden fremstilles ved kalsinering av kommersielt fremstilt jarosit. Dersom jarositet før kalsineringen inneholder natrium eller kalium, kan det være gunstig å vaske det treverdige jernoxyd for å fjerne eventuelle oppløselige salter, omfattende salter av natrium og kalium, som kan være tilstede. Oppløsningen som inneholder slike oppløselige salter, kan om ønsket tilbakeføres til jarositutfellingstrinnet.

Det er også mulig å omvandle jarositproduktet hydro-termisk til treverdig jernoxyd ved å oppvarme jarositet med vann (eller med fortynnet svovelsyre) i en autoklav ved en temperatur av 140 - 260° C. Under disse betingelser omvandles jarositet til findelt treverdig jernoxyd av høy renhet som er utmerket egnet for anvendelse som pigment. Fordelen med denne metode er at under autoklavbehandlingen frigjøres svovelsyre og kationene Na<+>, K<+> eller NH4<+> som opprinnelig var kombinert i jarositutfellingen, og gjenfinnes i oppløsningen som kan skilles fra det treverdige jernoxyd ved anvendelse av standard metoder etter uttømningen fra autoklaven. Denne oppløsning kan med fordel resirkuleres, fortrinnsvis til fornøytralise-ringstrinnet i zinkelektrolyseanleggets reduksjonskrets. Her nøytraliseres et overskudd av syren, og kationene blir tilgjengelige for utfelling av mer jarosit.

Et eksempel på den hydrotermiske omvandling av jarosit til treverdig jernoxyd av høy renhet er gitt i eksempel 6.

Fagmannen vil forstå at både hastigheten og omfanget av jarositutfellingen ved den foreliggende fremgangsmåte kan økes ytterligere ved tilsetning av nøytraliseringsmidler til jarositutfellingstrinnet. Den mengde nøytraliseringsmiddel som er nødvendig for å oppnå den samme grad av jernutfelling, vil være langt mindre enn den mengde som ville ha vært nødvendig ved anvendelse av jarositprosessen i overensstemmelse med teknikkens stand. Denne tilsetning av nøytraliseringsmidler for å øke utfelling av jarosit faller inn under den foreliggende oppfinnelse .

Nøytraliseringsmidler som vil kunne anvendes, vil være avhengige av hvorvidt jarositet skal opparbeides eller deponeres som avfallsprodukt. For at jarositet skal være egnet for opparbeidelse bør det ha et meget lavt innhold av ikke-jernmetaller, og nøytraliseringsmidler som ikke etterlater noen rest, omfattende nøytraliseringsmidler som zinkoxyd, basisk zinksulfat, zinkcarbonat, treverdig jernoxyd og treverdig jern-hydroxyd, vil kunne anvendes.

Dersom jarositet skal deponeres som avfallsmateriale, kan små mengder av nøytraliseringsmidler, som kalksten eller kalk som ikke inneholder ikke-jernmetaller som er skadelige for omgivelsene, være egnede. Tilsetningen av små mengder nøytra-liseringsmidler, som calcin som etterlater en rest som inneholder giftige ikke-jernmetaller, kan utføres i forbindelse med foreliggende fremgangsmåte, og det således erholdte jarosit vil være mindre forurenset med ikke-jernmetaller enn det jarosit som fremstilles i henhold til teknikkens stand.

Eksempel 1

En typisk utlutingsoppløsning med høyt syreinnhold og inneholdende

ble avkjølt til 50° C og nøytralisert med calcin.

Etter at uoppløste faste stoffer var blitt skilt fra oppløsningen, var analysen av denne som følger:

Denne oppløsning ble deretter holdt ved 50° C i 20 timer, og intet jern ble utfelt.

Ved slutten av denne periode ble oppløsningen oppvarmet til 100° C og holdt ved denne temperatur i 6 timer. Ammoniumhydroxyd ble tilsatt for å opprettholde en tilnærmet konstant ammoinumkonsentrasjon. Fast jarosit ble utfelt, og etter separering og vasking ga moderluten og de tørkede, vaskede, faste stoffer den følgende analyse:

Det fremgår for fagmannen at det utfelte jarosit har en langt høyere renhet enn det som normalt fremstilles (se den typiske analyse som er gjengitt på s. 3 og 4).

Eksempel 2

En utlutingsoppløsning med høyt syreinnhold etter for-nøytralisering og tilsetning av ammoniumhydroxyd ble analysert og viste seg å inneholde

Oppløsningen ble delt i 6 porsjoner som ble behandlet på følgende måte: Porsjon 1 - Holdt ved 100° C under omrøring og uten kimtilset- ning

Porsjon 2 - Holdt ved 100° C under omrøring og med en jarositkimtilsetning på 50 g/l

Porsjon 3 - Holdt ved 100° C under omrøring og med en jarositkimtilsetning på 100 g/l

Porsjon 4 - Holdt ved 100° C under omrøring og med en jarositkimtilsetning på 200 g/l

Porsjon 5 - Holdt ved 100° C under omrøring og med en jarositkimtilsetning på 300 g/l

Porsjon 6 - Fortynnet med et likt volum av en nøytral ZnSO^-oppløsning og holdt ved 100 C under omrøring og med en jarositkimtilsetning på 150 g/l.

Prøver ble tatt med jevne mellomrom og filtrert, og konsentrasjonen av treverdig jern i filtratprøvene ble bestemt med de følgende resultater:

Det fremgår av den ovenstående tabell at både fortynning og tilsetning av jarositkim fører til forbedrede ut-fellingshastigheter for treverdig jern.

Eksempel 3

En typisk utlutingsoppløsning med høyt syreinnhold og med lignende sammensetning som den utlutingsoppløsning som ble anvendt i eksempel 1, ble avkjølt til 50° C, og syreover-skudd ble nøytralisert med calcin. Etter at de uoppløste faste stoffer var blitt skilt fra oppløsningen, var analysen for denne som følger:

Denne oppløsning ble deretter kontinuerlig pumpet i en mengde av 2 liter pr. time inn i den første av en rekke på 4 dampoppvarmede reaksjonsbeholdere av rustfritt stål, hvorav hver var utstyrt med skjermer og et mekanisk røreverk. Oppslemningen strømmet over fra hver beholder og inn i den neste beholder i rekken. Volumet for hver beholder var 6 liter, og temperaturen for hver beholder ble holdt ved 100° C ved inji-ser ing av damp i beholdernes kapper. Injiseringen av damp ble styrt automatisk ved anvendelse av termistorer som var opp-hengt i oppslemningen i beholderne. Ammoniumhydroxyd og vann ble tilsatt for å opprettholde en tilnærmet konstant ammonium-konsentrasjon og for å kompensere for fordampningstapet.

Etter at fremgangsmåten var blitt utført i 12 timer og konstante betingelser var blitt opprettet, ble prøver av oppslemningen tatt fra hver beholder og filtrert, og filtratene ble analysert. De følgende resultater ble erholdt:

Det ovenfor beskrevne forsøk ble gjentatt i form av et annet forsøk hvor jarosit fremstilt ved det første for-søk ble kontinuerlig resirkulert til den første reaksjonsbeholder i en mengde som svarte til 100 g jarosit pr. liter til-førselsoppløsning.

Etter at forsøket var blitt utført i 12 timer og konstante betingelser var blitt opprettet, ble prøver av opp-slemning tatt fra hver beholder og filtrert, og filtratene ble analysert. De følgende resultater ble erholdt:

Det ovenfor beskrevne forsøk ble gjentatt i form av et tredje forsøk hvor jarositfaststoffer ble resirkulert kontinuerlig til den første beholder i en mengde av 150 g jarosit pr. liter tilførselsoppløsning. Forsøket var identisk med de tidligere utførte forsøk.

Etter at forsøket var blitt utført i 12 timer og konstante betingelser var blitt opprettet, ble prøver av opp-slemninger tatt fra hver beholder og filtrert, og filtratene ble analysert. De følgende resultater ble erholdt:

Disse tre forsøk viser den gunstige innvirkning av resirkulering av jarositkim på minskningen av sluttkonsentra-sjonen av treverdig jern.

Eksempel 4

En oppløsning som inneholdt

Fe<+++> = 6,6 g/l

H2S04 = 32,7 g/l

NH4<+> = 3 g/l

ble omsatt med zinkoxydcalcin ved 90° C. Resten ble skilt fra, og den erholdte oppløsning ble analysert og viste seg å inne-, holde

Fe<+++> = 6,5 g/l

H2S04 = 3,8 g/l

500 ml av denne oppløsning ble deretter blandet, med 500 ml av en typisk oppløsning fra utlutingstrinnet med varm syre for et zinkanlegg og inneholdende:

Fe<+++> = 21,1 g/l

H2S04 = 44,4 g/l

En NH4OH-oppløsning ble deretter tilsatt til de kom-binerte oppløsninger for å erstatte den ammonium som ville bli fjernet ved jarositutfellingen. Den erholdte oppløsning inneholdt

Fe<+++> = 13,8 g/l

H2S04 . = 20,1 g/l

NH4<+> = 4 g/l

Denne oppløsning ble oppvarmet til 100° C, og 120 g jarosit ble tilsatt som kimmateriale. Etter 5 timer ble opp-løsningen skilt fra jarositet og analysert og viste seg å inneholde

Fe<+++> = 7,0 5 g/l

H2S04 = 31,75 g/l

Denne oppløsning ble derpå omsatt med calcin ved

90° C og resten skilt fra, og oppløsningen ble analysert og viste seg å inneholde

Fe<+++> = 7,05 g/l

H2S04 = 5,8 g/l

Denne oppløsning ble oppvarmet til 100° C, og jarosit ble tilsatt som kimmateriale i en mengde av 120 g/l for å utfelle jern i form av jarosit i et annet trinn. Etter 3 timer ble oppløsningen skilt fra jarositen og analysert og viste seg

å inneholde

Fe<+++> = 2,0 g/l

H2S04 = 14,3 g/l

Innholdet av treverdig jern i den opprinnelige oppløs-ning var således blitt senket fra 20 g/l til 2 g /l som inne-bærer en samlet fjernelse av 9 OS av oppløst treverdig jern.

Eksempel 5

En typisk utlutingsoppløsning med høyt syreinnhold og med lignende sammensetning som den oppløsning som ble anvendt i eksempel 1, ble avkjølt til 55° C, og overskuddet av fri syre ble nøytralisert med calcin. Etter at de uoppløste faste stoffer var blitt fraskilt, ble oppløsningen lagret i en 15 m<3 >holdetank.

Oppløsningen ga følgende analyse:

Zn 9 7,6 g/l

H2S04 6,3 g/l

Fe<3+> 18,0 g/l

NH4<+> 3,3 g/l

Oppløsningen ble deretter kontinuerlig pumpet i en mengde av 1,7 liter pr. minutt inne i den første av tre med skjermer og mekanisk røreverk forsynte, blyf6rede trestavreak-sjonsbeholdere som var anordnet i rekkefølge, slik at oppslem-ning strømmet over fra hver beholder inn i den neste beholder i rekken. Hver beholder hadde et volum på 200 liter. Damp-sløyfer av rustfritt stål.som var neddykket i hver tank, ble anvendt for å opprettholde en temperatur av 100° C i hver beholder. Ammoniumhydroxyd og vann ble tilsatt til de tre behol-dere for å opprettholde en tilnærmet konstant konsentrasjon av ammoniumioner og for å kompensere for fordampningstapet.

Overløpet fra den tredje beholder ble oppsamlet i et lite fortykningsapparat, hvorfra bunnavsatte jarositfaststoffer ble fjernet og utsatt for en dekanteringsvasking i to trinn med vann, filtrert og lagret.

I

Forsøket ble utført 24 timer i døgnet i 4 døgn, og ved slutten av denne periode var et lager på flere kilo jarosit blitt oppsamlet.

En typisk analyse for det fremstilte jarosit og for oppløsningen som forlot den siste reaksjonsbeholder er gjengitt nedenfor.

Det jarosit som ble fremstilt ved dette forsøk og som inneholdt 8,3 % fuktighet, ble deretter utsatt for en rekke digelsintringsforsøk under anvendelse av en sugedigel med et overflateareal av 0,04 m 2 eller 0,1 m 2. Jarositet ble på forhånd blandet med kalksten, koks og tilbakeførte finstoffer fra forutgående forsøk og antent med trekull i den lille digel og ved hjelp av et oljefyrt glødehode i den større digel. Ved alle forsøk ble sinteren avkjølt i digelen og deretter sluppet fem ganger fra en høyde av 2 meter ned på en stålplate, og forskjellige siktfraksjoner ble oppsamlet. Siktfraksjonen på +6 mm mengden på herdelaget ble betraktet som sinterproduktet, mens siktfraksjonen på -6 mm ble anvendt som resirkulert finstoff for senere forsøk.

Ft typisk resultat som ble erholdt under anvendelse av 300 % resirkulert finstoff, 36 % koks, 8 % kalksten og en laghøyde på 30 cm, var et finkornet, hardt, ikke-støvende sin-tergranulat som ble fremstilt i en mengde som svarte til en spesifik sinterproduksjon på 7,2 tonn sinter pr. m 2 gitterareal pr. 2 4 timer.

En typisk analyse for sinteren var som følger:

Denne analyse antyder at en slik sinter vil kunne blandes med høykvalitetsmalm for fremstilling av råjern.

Eksempel 6 (viderebehandling av jarositproduktet)

En prøve av jarosit fremstilt satsvis ved et forsøk som er identisk med det som er beskrevet i eksempel 1, ble oppvarmet med vann i en autoklav av rustfritt stål i 4 timer ved 235° C. Etter at det var blitt tatt ut fra autoklaven ble det findelte produkt av treverdig jernoxyd skilt fra oppløsnin-gen ved filtrering, vasket, tørket og analysert. Analyser for det opprinnelige jarosit og for produktet av treverdig jernoxyd er gjengitt nedenfor sammen med analysene for et typisk treverdig jernoxyd av pigmentkvalitet fremstilt fra jarosit.

Den gjennomsnittlige partikkelstørrelse på det treverdige jernoxyd var 0,2 ym som sammen med det lave innhold av forurensninger gjør dette materiale utmerket egnet som pigment.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for å fjerne treverdig jern fra en sulfat-oppløsning som også inneholder fri syre og verdifulle ikke-jernmetaller, spesielt en klaret sulfatoppløsning som skriver seg fra et varmsyreutlutingstrinn i en elektrolytisk sinkprosess, og hvorfra det treverdige jern utfelles som jarosit ved en temperatur ikke over oppløsningens kokepunkt ved atmosfæretrykk og i nærvær av minst ett ion bestående av natrium , kalium eller ammonium, og hvor utfelt jarosit skilles fra oppløsningen, karakterisert ved at sulfatoppløsningen av-kjøles, den frie syre nøytraliseres delvis, og oppløsningen klares derefter og oppvarmes i nærvær av resirkulert jarosit og uten tilsetning av ytterligere nøytraliseringsmiddel, slik at i det vesentlige alt treverdig jern utfelles som jarosit.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den klarede oppløsning oppvarmes i nærvær av 50-400 g resirkulert jarosit pr. liter oppløsning.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den klarede oppløsning fortynnes med en fortynningsoppløsning til en oppløs-ning som inneholder 0,1-25 g svovelsyre pr. liter, før oppløs-ningen oppvarmes for jarositutfelling.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at fortynningsoppløsningen tilsettes direkte til jarositutfellingstrinnet slik at fortynning og jarositutfelling finner sted i samme trinn.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at en del av oppløsningen fra jarositutfellingstrinnet efter fraskillelsen av jarosit resirkuleres for blanding med sulfatoppløsningen før avkjølings-trinnet eller i det delvise nøytraliseringstrinn.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-5, karakterisert ved at omfanget av jarositutfellingen økes ved å tilsette en liten mengde nøytraliserings-middel til jarositutfellingstrinnet.