SE527454C2 - Metallakning med urea, ett pH-justeringsmedel och ett oxidationsmedel - Google Patents

Description

527 454- 2 för järnjoner, såsom di- och trikarboxylsyror, fosforsyra och fosforsalter, tiocyanater, fluorider, fluorkiselsyra och fluorsilikatsalter, EDTA och EDTA-salter. Komplex- bildningsmedlet för järnjoner är en mycket viktig del av uppfinningen beskriven däri. Derwent-sammandraget av RU 2070588 beskriver ett förfarande för metallakning. Emel- lertid beskriver det endast separering av ädelmetaller från malm och koncentrat genom svavelsyraupplösning av blandningar, följt av lakning av ädelmetaller med sur tiourealösning i närvaro av järnsulfat.

Alla förfarandena beskrivna i de ovannämnda patent- skrifterna ovan inbegriper användningen av tiourea.

Emellertid anger flera rapporter att tiourea är cancer- framkallande, och användning därav bör därför undvikas.

Förfarandena nämnda ovan har även andra nackdelar.

Sammanfattning av uppfinningen Ändamålet enligt uppfinningen är att tillhandhålla ett förfarande för säker och effektiv avlägsning av metaller från material av ovannämnda sort.

Under arbetet som ledde till föreliggande uppfinning upptäcktes det att det är möjligt att laka eller lösa upp alla sorters metaller, inbegripet ädelmetaller, från olika metallinnehàllande material, såsom jord eller krossad sten, genom att utsätta materialet för en kombination av tre olika kemikalier.

Fördelarna med förfarandet enligt uppfinningen är att förfarandet kan utföras vid laga temperaturer, vilket betyder att ingen värmning är nödvändig, att ingen exo- term värme bildas under upplösningsförfarandet, att förfarandet kan utföras vid atmosfärstryck, att endast miljösäkra kemikalier används, och att mycket enkel och billig utrustning kan användas för att utföra för- farandet.

Alltså avser föreliggande uppfinning ett förfarande för avlägsning av metaller från ett metallinnehállande material, varvid det metallinnehàllande materialet, i en 'J z i, __2!->0rga:w.i.s. 527 454 3 finfördelad form, bringas i kontakt med tre olika kemikalier: I) en lösning av ett metallakningsmedel, företrädesvis urea, II) ett pH-justeringsmedel, företrädesvis saltsyra, svavelsyra eller natriumsulfat, i en mängd tillräcklig för att sänka metallakningsmedelslösningens pH till ett värde lägre än 3,5, och III) ett oxidationsmedel, företrädesvis järnklorid (Fe2Cl6), i en mängd tillräcklig för att åstadkomma en lämplig oxidations-/reduktions- potential (ORP) av lösningen innefattande metallaknings- medlet och pH-justeringsmedlet.

Uppfinningens kännetecknande särdrag kommer att framgå av den efterföljande beskrivningen och de bifogade kraven.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Föreliggande uppfinning avser således ett förfarande för upplösning av metaller från olika metallinnehàllande material. Metallinnehàllande material lämpliga för be- handlingen enligt uppfinningen är t ex metallkontaminerad jord, såsom jord på en skjutbana, avfall, såsom krossad sten, från gruvdrift eller gruvtippsmaterial från bearbetningen av malm. De metallinnehållande materialen behandlade enligt uppfinningen bör förekomma i, eller överföras till, finfördelad eller krossad form. Syftet med att lösa upp metaller från de metallinnehàllande materialen kan vara rening av förorenade material av miljömässiga skäl, eller extraktion av metaller av affärsmässiga skäl. _ Uttrycket ”metall” såsom det används här och i bifogade krav omfattar alla metaller, inbegripet ädelmetaller.

De tre olika kemikalierna som används enligt uppfin- ningen har alla viss metallupplösande effekt när de används ensama, men effekten av kombinationen är mycket synergistisk och bra resultat erhålls genom användning av kombinationen jämfört med användning av de olika kemikalierna separat. ~05 05:08 Vzk Noor-g \_F?\'PFFIT'~._ N-:II-“amlífi/ïíëü, o-flr/c » 527 454 4 I förfarandet enligt uppfinningen används således tre olika kemikalier för att erhålla den önskade effekten. Den första kemikalien, kemikalie I, kallas häri för metallakningsmedel. Som namnet antyder, utför detta metallakningsmedel den huvudsakliga lakningen av metallerna. Valet av detta metallakningsmedel är baserat pà tillämpningen och den fysikaliska omgivningen i vilken förfarandet utförs. Företrädesvis är metallakningsmedlet 'som används enligt uppfinningen urea (HZN-CO-NH2).

Den andra kemikalien, kemikalie II, som används i förfarandet enligt uppfinningen är ett pH-justerings- medel. Då det tillsätts metallakningslösningen sänker detta pH-justeringsmedel pH-värdet till ett värde lägre än 3,5, företrädesvis till ett värde lägre än 3, och helst till ett värde mellan 1,7 och 2,8. Det finns ingen lägre gräns. De pH-justeringsmedel som föredras enligt föreliggande uppfinning är saltsyra (HCl), natriumsulfat (Na2SO4) och svavelsyra (HZSO4). Saltsyra är det mest föredragna pH-justeringsmedlet. Valet av pH-justerings- medlet är baserat på den totala sammansättningen av medierna som används i förfarandet.

Den tredje kemikalien, kemikalie III, som används i förfarandet enligt föreliggande uppfinning är ett oxidationsmedel. Denna kemikalie används för att reglera oxidations-/reduktionspotentialen (nedan kallad ORP) hos medierna som används i förfarandet. Detta oxidationsmedel är företrädesvis en metallklorid och helst är järnklorid (Fe2Cl5).

Förfarandet enligt uppfinningen innefattar användning av en lämplig lösning av kemikalie I. Då urea används kan en lämplig koncentration vara 2%. Kemikalie II tillsätts lösningen av kemikalie I. Mängden av kemikalie II som används är den mängd som åstadkommer det önskade pH-värdet, d v s ett pH lägre än 3,5, företrädesvis lägre än 3 och helst mellan l,7 och 2,8.

Det metallinnehállande materialet tillsätts följt av tillsättning av kemikalie III tills en önskad ORP-nivá 527 454 hos lösningen innefattande kemikalie I, kemikalie II och kemikalie III - nedan benämns denna lösning med termen "vätska" - erhålls. Termen ORP~nivà som används häri avser den potential som krävs för att åstadkomma oxidation. En lösnings ORP-värde, eller redox-värde, är ett mått på elektronaktivíteten i lösningen. ORP-nivån mäts pà känt sätt genom användning av en elektrod. Den lämpliga ORP-nivån varierar beroende pà metallerna som skall oxideras, men som ett exempel kan det nämnas att för att lösa upp alla metaller från ett metallinnehàllande material behövs en ORP-nivå i storleksordningen 200-700 mV, beroende pà vätskan och metallerna som skall lösas upp.

När metallerna från det metallinnehàllande materialet löstes upp är metallerna uppslammade i joniskform i vätskan. Allteftersom koncentrationen av metalljoner ökar i vätskan minskar ORP~niván. Då ORP- värdet minskar till lägre än ett specifikt värdet kommer upplösningen av metallerna från det metallinnehàllande materialet avstanna. Det är då valfritt att antingen extrahera metalljonerna, som beskrivs nedan, eller att tillsätta ny kemikalie III, som kommer att leda till en ökning av ORP-nivån och ytterliggare upplösning av metaller. Det är således möjligt att kontrollera oxidationsförfarandet genom att reglera ORP-nivån.

Det är föredraget att bibehålla en väsentligen konstant ORP-nivå ända tills alla metaller är upplösta, antingen genom konstant tillsättning av kemikalie III till vätskan eller genom att tillsätta kemikalie III med lämpliga intervall.

För att öka ORP-nivån och erhålla ännu bättre resultat är det även möjligt, och önskvärt, att tillsätta väteperoxid, HZO2, till vätskan. Det är att föredra att använda en koncentration av ca 5%. Det är även möjligt att använda luft, syre eller ozon istället för väteperoxid. Företrädesvis används väteperoxid eller lO 527 454 6 upplöst atmosfärsluft. Gasen sprutas då in i och löses i vätskan.

För att erhålla bättre blandning av de olika komponenterna kan det vara fördelaktigt, och i vissa fall nödvändigt, att omröra vätskan, antingen konstant eller med intervall.

Metallerna kan återvinnas från vätskan med någon lämplig känd återvinningsteknik, såsom utfällning, cementering, lösningsmedelsextraktion, galvanisering, jonbyte eller kolkolonnreduktion.

När metalljonerna har avlägsnats kan vätskan reaktiveras och återanvändas för ytterliggare metallakning.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning är det möjligt att utföra selektiv läkning eller upplösning av metallerna. Då upplöses endast en eller vissa metaller i det metallinnehållande materialet. Detta àstadkoms genom att välja en ORP-nivå som är tillräckligt hög för att möjliggöra upplösning av några metaller men inte av alla metaller.

Det är även möjligt att selektivt lösa upp en eller nâgra metaller i taget. Förfarandet initieras då vid en relativt låg ORP-nivå, vilken är precis tillräckligt hög för att lösa upp en eller nâgra av metallerna. Denna metall eller dessa metaller avlägsnas från vätskan och ORP-nivån höjs till ett värde vid vilket nägra eller alla av de återstående metallerna löses upp. Genom att gradvis öka ORP-nivån är det således möjligt att avlägsna en metall i taget från det metallinnehållande materialet.

För att göra förfarandet ännu mer effektivt är det möjligt att använda en högre temperatur och ett högre tryck. Emellertid är det föredraget att utföra D förfarandet vid omgivningstemperatur och atmosfärstryck.

Eftersom làga temperaturer, atmosfärstryck och icke- aggressiva lösningar och kemikalier kan användas i förfarandet enligt uppfinningen, är förfarandet ett mycket säkert sätt att lösa upp metaller. 527 454 7 När då förfarandet enligt föreliggande uppfinning används för att rena kontaminerad jord, är det praktiskt sett önskvärt att utföra förfarandet vid kontaminerings- platsen. Det är möjligt att använda konventionella lak- ningstekniker, såsom höglakning eller dumplakning. Jorden eller den krossade stenen placeras i en inneslutning, såsom ett bearbetningskärl eller ett lakningsunderlag.

Inneslutningsväggen bör vara icke-metallisk och bör inte ha något kolväte-, kol- eller kloridmaterial i kontakt med den kontaminerade jorden eller stenen. Ett lämpligt material är polyetylen.

De tre kemikalierna blandas sedan systematiskt, såsom beskrivs ovan, och lakningsförfarandet börjar.

Vätska innefattande metalljonerna avlägsnas konstant från inneslutningen genom en filtreringsanordning som samlar upp metallerna från vätskan. Vätskan recirkuleras (efter rekonditionering för att justera ORP-nivån och eventuellt även pH) sedan till inneslutningen.

När inga metaller återstår i de lakade materialen kan de återföras till platsen de avlägsnades från.

Utrustningen, vilken huvudsakligen består av ett lak- ningsunderlag, lagringstankar för kemikalier, pumpar och filter, som är portabla och lätthanterliga, transporteras sedan till en ny kontamineringsplats. Den avdrivna vätskan kan antingen tvättas och kasseras eller trans- porteras till nästa plats för att återanvändas.

Metallerna samlas upp från filterna som ett metallslam och bearbetas sedan ytterliggare och marknadsförs.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas ytterliggare i de efterföljande exemplen. Dessa exempel är endast avsedda att åskådliggöra uppfinningen och skall på inget sätt anses begränsa uppfinningens omfång.

Kort beskrivning av ritningen I exemplet nedan hänvisas till bifogade ritning på vilken fig 1 visar ett diagram som åskådliggör resultatet av upplösning av metaller från jord vid en skjutbana. 527 454 Exempel Förfarandet enligt föreliggande uppfinning användes för att rena jord vid Kvibergs skjutbana i Göteborg, Sverige. 155,3 kg jord samlades upp fràn skjutbanan. Denna jords torrvikten var 143 kg.

Denna jord behandlades med förfarandet enligt uppfinningen som följer. 600 l av en 2% urealösning (kemikalie I) tillhanda- hölls och dess pH justerades till 1,8 genom tillsättning av 30% HCl (kemikalie II). Jorden sattes till denna och vätskans ORP-värdet justerades till ca 550 mV genom tillsättning av FeCl3 (kemikalie III).

Prover, 50 ml, togs fràn vätskan dag 2, dag 3, dag , dag 6, dag 7 och dag 9, och metallinnehàllet i proverna analyserades vid ett kommersiellt laboratorium, Göteborgs Kemanalys AB, Göteborg, Sverige, genom användning av induktivkopplad plasmaspektrometri och av VBB Viak, Malmö, Sverige, genom kristallografiska fluorescensmätningar. Resultaten visas i tabell l nedan, och i bifogade fig 1. Diagrammet i fig 1 åskådliggör ökningen av mängden metaller i vätskan (d v s den totala torrvikten av metaller i vätskan).

'Wars . dot' 527 454 9 Tabell 1 Dag 2 Dag 3 Dag 5 Dag 6 Dag 7 D69 9 Total 0,2185 O,356l 0,8l32 1,2273 l,8197 1,899 torrvikt (g) av metaller i gyovet Total 2,622 4,322 9,984 14,727 21,836 22,797 torrvikt (kg) av metaller i vätskan ,='E'Eï~}“f\ ïifiïatnilj; .. ffivers .rim-_-

Claims (12)

än 10 15 20 25 30 35 527 454 IO KRAV

1. Förfarande för avlägsnande av metaller från ett metallinnehâllande material, k ä n n e t e c k n a t av att det metallinnehållande materialet bringas i kontakt med en urealösning, ett pH-justeringsmedel iven mängd tillräcklig för att sänka pH för lösningen av metallakningsmedlet till ett värde lägre än 3,5, och ett oxidationsmedel i en mängd tillräcklig för att åstadkomma en oxidations-/reduktionspotential (ORP) för lösningen innefattande metallakningsmedlet och pH-justeringsmedlet som kommer leda till oxidation av metallerna.

2. Förfarande enligt krav l, varvid ORP-värdet erhållet genom tillsättning av oxidationsmedlet är 200- 700 mV.

3. Förfarande enligt något av kraven 1-2, varvid koncentrationen av urea är ca 2%.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, varvid pH- justeringsmedlet är saltsyra, svavelsyra eller natriumsulfat.

5. Förfarande enligt något av kraven 1-4, varvid oxidationsmedlet är järnklorid (Fe2ClQ.

6. Förfarande enligt något av kraven l-5, varvid pH justeras med pH-justeringsmedlet till ett värde lägre än 3.

7. Förfarande enligt något av kraven 1-6, varvid väteperoxid tillsätts.

8. Förfarande enligt något av kraven l-7, varvid upplöst atmosfärsluft tillsätts.

9. Förfarande enligt något av kraven 1-8, varvid det metallinnehàllande materialet används i en finfördelad form.

10. Förfarande enligt något av kraven 1-8, varvid det metallinnehållande materialet används i inkapslad eller agglomererad form.

11. ll. Förfarande enligt något av kraven l-10, varvid nytt oxidationsmedel tillsätts med lämpliga intervall för » att bibehålla det ursprungliga ORP-värdet. .Ifïfäí--üï -ïf .Lüzšk Uf» '.-'.'t-<>t-'_zan.'.s.+: svära-rann: *mar Bitr 2@o5~.;1r.\i:.~;\s 5\ 21.01 527 454 u

12. Förfarande enligt något av kraven 1-10, varvid ORP-värdet först ställs in till ett värde som kommer leda till oxidation av en eller flera lågoxiderande metaller, och varvid ORP-värdet sedan ökas, eventuellt gradvis, 5 till ett värde där högre oxiderande metaller kommer att oxideras, följaktligen resulterande i selektiv lakning av metallerna.