PL100276B1 - Sposob przerobu jarozytu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób przerobu jarozytu amonowego, potasowego lub amonowo-po- tasowego. * Jarozyty powstaja miedzy innymi przy wytraca¬ niu kompleksowych, zasadowych siarczanów zela¬ za w obecnosci jonów amonu i/lub potasu, w pro¬ cesie elektrolitycznej rafinacji cynku. Produkty te, traktowane dotychczas jako uciazliwe odpady, mo¬ ga byc wykorzystane jako nawozy mineralne. Pro¬ dukcje nawozów mineralnych na bazie jarozytów mozna zintegrowac z procesu rafinacji metalu, wytracajac jarozyty z roztworu siarczanów metali w obecnosci odczynnika, który dysocjuje na jony amonu i/lub potasu.

Znaczna czesc zelaza zawartego w wytraconej mieszaninie jarozytów amonu i potasu mozna od¬ zyskac w postaci tlenku lub metalu. Kwasem siar¬ kowym, otrzymywanym przy rafinacji cynku, np. w procesie prazenia koncentratu rudy cynkowej, mozna dzialac na surowiec fosforowy, taki jak fos¬ foryty lub kosci, otrzymujac superfosfat, który na¬ stepnie mozna mieszac z jarozytem lub odpadowy¬ mi siarczanami, otrzymujac bardziej wartosciowy nawóz. Zelazo mozna odzyskiwac w postaci tlen¬ ku, przez suszenie i prazenie wydzielonego siar¬ czanu zelaza, a zelazo metaliczne przez redukcje tego tlenku.

Jarozyty otrzymuje sie równiez w innych proce¬ sach chemicznych, zwlaszcza przy rafinacji metali.

Dla jasnosci wynalazek opracowano w odniesieniu do elektrolitycznej rafinacji cynku, w którym to procesie jednym z etapów jest oddzielenie od cynku zelaza. Zelazo, zwykle obecne w koncentracie rudy cynkowej w znacznej ilosci, wytraca sie, lacznie z innymi zanieczyszczeniami, wystepujacymi w mniej¬ szych ilosciach, w postaci kompleksowego zasado¬ wego siarczanu — z roztworu siarczanów zelaza i cynku, w obecnosci jonów amonu,- potasu lub sodu. Produkt ten jest bardzo podobny do natu¬ ralnego jarozytu i w niniejszym opisie jest nazy¬ wany jarozytem odpadowym. Tak zwany „proces jarozytowy" rafinacji cynku jest opisany w pu¬ blikacji ksiazkowej AIME World Symposium on Mining Metallurgy of Lead Zinc, tom II, Extrac- tive Metallurgy of Lead and Zinc, wydanej w r. 1970 przez The American InstitUte of Mining, Me- tallurgical and Petroleum Ehgineers, Inc., W procesie wytwarzania i rafinacji cynku, przed¬ stawionym w opisie patentowym Stanów Zjedn.

Ameryki nr 3 434 947, koncentrat siarczku cynku poddaje sie prazeniu, otrzymujac material kalcy- nowany, który poddaje sie nastepnie lugowaniu za pomoca H2S04 przy odczynie obojetnym, w takich warunkach, by jak najmniej zelaza uleglo rozpusz¬ czeniu. Roztwór po oczyszczeniu poddaje sie ele¬ ktrolizie i oddziela od pozostalosci. Pozostalosc, za¬ wierajaca cynk, zelazo i inne metale, poddaje sie lugowaniu mocnym kwasem. W tym etapie pro¬ cesu nastepuje rozklad zelazianów cynku i oddzie¬ lenie koncowej pozostalosci, zawierajacej olów i 100 2763 100 276 4 srebro. Cynk, miedz, kadm i zelazo ulegaja roz¬ puszczeniu w goracym kwasie. Pozostajacym, waz¬ nym etapem w produkcji i oczyszczaniu cynku jest rozdzielenie zawartych w tym roztworze zelaza i cynku. Jest to etap wytracania jarozytu.

Do zdekantowanego kwasnego roztworu siarcza¬ nów stopniowo dodaje sie czynnika zobojetniaja¬ cego, utrzymujac temperature okolo 95°C. Czyn¬ nikiem zobojetniajacym moze byc tlenek cynku.

Z roztworu, którego pH utrzymuje sie na poziomie nie przekraczajacym wartosci 1,5, wytraca sie ze¬ lazo w postaci zasadowego siarczanu. Szczególnie pelne wytracenie w postaci krystalicznego osadu, a wiec latwego do oddzielania, uzyskuje sie prze¬ prowadzajac je w obecnosci dodanego jonu z gru¬ py obejmujacej potas, sód i amon. Otrzymany roz¬ twór zawraca sie do obojetnego roztworu luguja¬ cego, a osad, zwany odpadowym jarozytem, odrzu¬ ca sie.

Odpadowe jarozyty byly dotychczas traktowane jako produkt calkowicie bezuzyteczny. Otrzymy¬ wane w duzych ilosciach stwarzaly powazne i kosz¬ towne problemy ich zagospodarowania.

Jarozyt amonowy, otrzymywany w wyniku wy¬ tracania w obecnosci jonów amonu, mozna przed¬ stawic wzorem (NH^FeeCSO^OIDu. Oprócz amo¬ nu i zelaza, odpadowe jarozyty zawieraja równiez cynk i mangan oraz zwykle miedz i inne metale sladowe. Pierwiastki te sa uzyteczne jako sklad¬ niki odzywcze roslin i nadaja odpadowemu jarozy- towi wartosc nawozu mineralnego. Odkrycie tej wartosci zmienia odpadowy produkt uboczny w uzyteczny i cenny material.

Celem wynalazku jest utylizacja odpadowych ja- rozytów i tym samym rozwiazanie problemu ich zagospodarowania. Dokladniej, w zakresie wyna¬ lazku wchodzi uzycie materialu, traktowanego do¬ tychczas jako odpadowy, jako czynnika odzywcze¬ go roslin i odzyskanie z odpadów czesci zelaza.

Sposób wedlug wynalazku dotyczy przeróbki ja¬ rozytu amonowego, potasowego lub amonowo-po- tasowego, który wytraca sie w jarozytowym proce¬ sie uzyskiwania cynku z goracego roztworu kwas¬ nego pozostalosci neutralnej ekstrakcji wyprazo¬ nych koncentratów rudy cynkowej przy zobojet¬ nianiu wobec jonów potasowych, amonowych lub sodowych. Sposób ten polega na tym, ze jeszcze wilgotny jarozyt traktuje sie kwasem siarkowym w ilosci potrzebnej tylko do jego rozpuszczenia i nastepnie siarczan zelaza zawarty w roztworze wy¬ traca przez frakcjonowana krystalizacje i otrzy¬ muje sie lug macierzysty który zawiera produkt stosowany jako nawóz.

Zmodyfikowany „proces jarozytowy" zachodzi podczas elektrolitycznej rafinacji cynku. W pro¬ cesie tym wytwarzanie uzytecznego nawozu mine¬ ralnego na bazie jarozytu jest zintegrowane -ze znanym procesem rafinacji, w wyniku którego u- zyskuje sie nawóz mineralny o lepszych wartos¬ ciach odzywczych niz wykazywane przez dotych¬ czas otrzymywany odpadowy jarozyt. Dokladniej, z materialów powstajacych w procesie rafinacji, z roztworów zawierajacych jony amonu i potasu wytraca sie mieszany jarozyt amonowo-potasowy, stanowiacy wartosciowy czynnik odzywczy roslin.

W przypadku domieszania superfosfatu otrzymuje sie nawóz mineralny zawierajacy azot, fosfor i po¬ tas oraz uzyteczne metale sladowe. W dalszej inte¬ gracji produkcji nawozów sztucznych z procesu ra- finacji mozna wykorzystac kwas siarkowy, pow¬ stajacy jako produkt uboczny przy prazeniu kon¬ centratów rudy cynkowej, do wytwarzania super- fosfatu z fosforytów lub kosci.

W sposobie wedlug wynalazku mozna równiez odzyskiwac wode, która zawraca sie do obiegu.

Inna zaleta wynalazku jest odzyskiwanie zelaza z odpadowego jarozytu, w drodze frakcjonowanej krystalizacji roztworu siarczanów, w wyniku czego zmniejsza sie jego udzial w pozostalosci, uzytko¬ wanej jako nawóz mineralny. Wydzielony siarczan zelaza mozna dalej przerabiac na drodze termicznej na tlenek zelaza, który dalej mozna redukowac do zelaza metalicznego.

Inne korzysci wynalazku sa przedstawione w dalszej czesci opisu.

Wedlug wynalazku, odpadowy jarozyt przerabia sie w sposób przedstawiony na rysunkach, na któ¬ rych fig. 1 jest diagramem przeplywu w procesie wytwarzania nawozu mineralnego i tlenku zelaza w elektrolitycznej rafinacji cynku, obejmujacej wy¬ tracanie jarozytu, a fig. 2 jest diagramem podob¬ nym do fig. 2, a przedstawiajacym rozszerzenie i udoskonalenie procesu o wytwarzanie cennych pro¬ duktów ubocznych, a zwlaszcza zelaza i wody.

Jezeli wytracania kompleksowego zasadowego siarczanu zelaza dokonuje sie z roztworu siarcza¬ nów zelaza i cynku w obecnosci jonów amonu, to otrzymuje sie jarozyt amonowy. Jezeli pozadane jest otrzymanie mieszanego jarozytu amonówo-po¬ tasowego, to do roztworu, w którym nastepuje od¬ dzielenie od cynku zelaza nalezy wprowadzic roz¬ puszczalny w tym roztworze zwiazek dysocjujacy na jony potasowe, obok. zwiazku dysocjujacego na jony amonowe.

Jezeli to jest pozadane, jako zródlo potasu moz¬ na wprowadzic do jarozytu amonowego weglan po¬ tasu lub inny zwiazek tego pierwiastka. Dla otrzy¬ mania fosforanów, do jarozytów amonu i/lub po¬ tasu mozna wprowadzac domieszke superfosfatu.

Korzystne jest zaplanowanie i zintegrowanie pro¬ dukcji wzbogaconego nawozu mineralnego z pro¬ cesem jarozytowym elektrolitycznej rafinacji cyn¬ ku. Lacznie z wytwarzaniem jarozytu mozna wy¬ twarzac superfosfat, dzialajac na fosforyty lub kos¬ ci kwasem siarkowym, powstajacym jako produkt uboczny przy prazeniu koncentratów rudy cynko¬ wej, a tak otrzymany superfosfat mozna mieszaó z odpadowym jarozytem. Otrzymany produkt moz¬ na suszyc i workowac. Jezeli to jest pozadane, do nawozu mineralnego mozna dodac weglanu potasu lub równowaznego zródla potasu.

W celu zmniejszenia udzialu zelaza w nawozie mineralnym, odpadowy jarozyt mozna rozpusció dodatkiem kwasu, w ilosci wystarczajacej do roz¬ kladu zasadowego siarczanu, a roztwór zawiera¬ jacy siarczany zelaza i amonu (lub innego metalu> ogrzewac w celu odpedzenia wody i frakcjonowa¬ nego wykrystalizowania siarczanu zelaza. Zrówno¬ wazony roztwór, zawierajacy siarczany w propor¬ cji okolo 50*/» amonowego, 30*/t cynkowego i 20% 40 45 50 55 60100 276 6 zelaza, zdekantowuje sie i odparowuje do sucha, otrzymujac nawóz mineralny. Oddzielony staly siar¬ czan zelaza stanowi wartosciowy produkt ubocz¬ ny.

Jezeli to jest pozadane, tak oddzielony siarczan zelaza mozna suszyc i prazyc, otrzymujac tlenek zelaza jako wartosciowy produkt uboczny.

W procesie przedstawionym fig. 1, odpadowy ja- rozyt amonowy z procesu elektrolitycznej rafinacji jest, zgodnie z wynalazkiem, ^traktowany kwasem siarkowym powstajacym w odpowiedniej instalacji procesu oczyszczania. Z roztworu w dradze frak¬ cjonowanej krystalizacji wytraca sie siarczan ze¬ laza. Lug macierzysty, roztwór siarczanów zelaza, cynku i amonu i sladowych ilosci innych soli, o- grzewa sie dla odpedzenia wódy; otrzymujac w pozostalosci suchy nawoz minera1lny. Wykrystali¬ zowany siarczan zelaza suszy sie i prazy, otrzy¬ mujac tlenek zelaza.

Jak przedstawiono na iii. 2, tlefiSK zelaza otrzy¬ many przez prazenie krysztalów siarczanu zelaza mozna redukowac do nietalicznego zelaza, za po¬ moca gazu naturalnego, wegla lub Wdddru z ja- < kiegokolwiek dostepnego zródla, znanymi sposo¬ bami. Zaleznie od sposobu redukeji, otrzyniane ze¬ lazo ma postac proszku iiib gabczast|.

Jak wynika z diagraniów przeplywu, w wyiiiKu przerobu odpadowego jardzytu otrzymuje Sie war¬ tosciowe produkty, nie otrzymujac zadnych odpa¬ dów. Otrzymuje sie znaczne ilosci zelaza wysokiej jakosci i siarczany, znajdujace zastosowahie jako nawozy mineralne. W obszarach o deficycie wody, mozna ja odzyskiwac w lych etapach procesu, w których ona powstaje, tak ze caly zaklad rafinacji cynku moze byc w tym zakresie samowystarczal¬ na Dzieki sposobowi wedhig wynalazku, znajduja za¬ stosowanie materialy dotychczas uwazane za bez¬ uzyteczne. W sposobie Wedlug wynalaeku naste¬ puje recyrkulacja materiilGfw bdfladttwych,

Claims (5)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób przerobu jarozytu amonowego, potaso¬ wego lub amonowopotasowego, który wytraca sie ' w jardzytdw^n procesie uzyskiwania cynku 'z go¬ racego kwasnego roztworu pozostalosci naturalnej

2. M eEstrakcji wyprazonych koncentratów rudy cyn¬ kowej, przjr zobojetnianiu wobec jonów potaso¬ wych, amonowych lub sodowyc^, znamienny tym, - ze wilgotny 3£fd&H traktuje sie Kwasem siarkowym w iloiei petezebziej tylko do jefeb rozpuszczenia i %} nastepnie iaWarty w roztworzfe siarczan -zelaza wytraca sii przfei frakcjonowana krystalizacje i 6fir2$%uje sie lug macierzysty, ifrtóry zawiera pro- ttttKt Stosowani jako nawóz. i Sposób wedlug aartrz. 1, kamienny tym, ze so sififeSafi ielaal ellzyraahy na ditodze frakcjonowa¬ nej krystalizacji,osusza sie, i przeprowadza w tle¬ nek zelaza* na 4ró8ae Wmieanej. L.

3. Spb§feh wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze tlenek zelaza uzyskany na drodze termicznej z siar- 35 czanu zelazn wydzielanego z jarozytu redukuje sie do zelaza metalicznego.

4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze z lugd macierzystego odparowuje sie wode i otrzy¬ muje sie jako pozostalosc suchy nawóz, który skla- TO 6*5, sie z siardianu amonu lub siarczanu potasu, oraz siarczanów cynku, zelaza, manganu i pier¬ wiastków sladewyen.

5. sposób wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze rjozosttóoltó z 3tt$tfj macierzystego miesza sie z su: 45 perfosfatem^ uzyskanym z produktów zawieraja¬ cych foslarafty albo z materialu kostnego przez jego roztworzenie z kwasem siarkowym, otrzyma¬ nym prz^ fjrierobce rud cynkowych.100 276 | koncentraty rvdy ~| Jwytw* kwasu | W»*H I frrod.kalc, | |t«5T ugojacy H2 SO4 Zn SO4 IjeftzJSSy ZnS04 Jfllte U €UktT0li. roztwór fcczN^LGl » i rL I goraco mkJfAr i., I luguja** i . ^ liiItrI I Zn O I Zn S04 FtiSO^ NH4 OH/K Cu/ Cd jOdpady cynk H2 S04 >dpady Zw SQ4 -I odpady Jaro- I 1 | zytn¬ ia/k . odpady jarozytit cieplo onowne rOzpUCT* ca-nue- 1 ¦ Ifrakcj onowa&a. ! (krystalizacja, | —*Jodparowanie I ' 1 |FezlS04)VH20 | H2 S04 Fe2(S04KZn S04 (NH4)2S04 roztwór |odparowania| 1 nawdz cloer. I fostatAosci * |yuperfo«tai| otajfc I wzbogacony nawóz miner.100 276 | h»o»»«tT*ty rMdy~| Wj.2 h£ & so2 |wytwr#rnta krasu | ugwjacy H2SQ4 k*a> & elej Ktro- ll«- ra. Zn SO4 [odpadowe Zn S04 roztwc'p4 » |filtr Helektroli- |—' W*f\ ^ ¦lugujacy r [filtr I H2 S04 _L Zn S04 I Zn S04 FtatSO^I ^h4 OH/K -krytracanie I |jaroxytu I Pb / Ag odpady NH4/ K odpady jarorytu |pono*ne rozpu- I h2 so4 oie trakcJonowana |_ rystal iracja V F«^S04)3Zn S04 (N H4)2 S04 roztwór ^^^l*hE!s qi±a2M^ori- i-*t=gs 1 |FajiS04ytH20| Inii- H2 o ^woda 1 (NH4)2 S04 Fe2(S04)3 Zn SO4 fosUd/koici Z super fcatftt wzbogacony nawóz min. I potai