SE528423C2 - Förfarande för utvinning av järn ur metallförorenat vatten - Google Patents

Description

25 30 35 §s2s.423 2 vatten. Ett annat syfte med uppfinningen är att möjliggöra rening av sådant vatten med avseende på järn.

Ett annat syfte med uppfinningen är att möjliggöra effektiv utvinning av järn i form av jarosit ur metallförorenat vatten med låg järnhalt, exempelvis vatten som härrör från gruvdrift eller utgör förbrukad betvätska. Uppfinningen erbjuder sålunda ett kostnadseffektivt förfarande.

Förfarandet enligt föreliggande uppfinning lämpar sig särskilt för utvinning av järn från sura metallförorenade vatten, där metallerna föreligger i sina respektive jonformer.

Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att erbjuda ett sätt att behandla metallförorenat vatten så att endast små avfallsmängder bildas.

Andra syften och fördelar med föreliggande uppfinning torde framgå för fackmannen av nedanstående beskrivning.

Nämnda syften uppnås med ett förfarande för utvinning av järn ur metallförorenat vatten som innefattar järnjoner, vilket förfarande innefattar följande steg: a) överföring av nämnda järnjoner i en vattenlösning med högre koncentration av järnjoner än nämnda vatten; och b) utfällning av järn ur nämnda lösning, i form av en jarosit. Överföringen av nämnda järnjoner i en vattenlösning där koncentrationen av järnjoner är högre än i nämnda vatten har visat sig vara en förutsättning för effektiv bildning av jarosit. De flesta vatten som härrör från t ex gruvdrift innefattar järnjoner i låga halter (t ex så låga som 1 - 2 kg/nF). Vid sådana koncentrationer sker bildningen av jarosit med lågt utbyte och mycket stora och dyrbara installationer krävs för järnutvinning i industriell skala (t ex utvinning från mer än en 10 15 20 25 30 35 528 4213 - 3 kubikmeter vatten i timmen). Vidare initieras bildningen av jarosit långsammare när halten av järnjoner är låg.

Det kan också föreligga en järnrest sedan jarositen bildats. Mängden av sådant resterande järn tenderar att vara densamma oberoende av den ursprungliga järn- koncentrationen. Detta innebär att effektiviteten vid utfällning av jarosit förbättras avsevärt om järnjonerna i det metallförorenade vattnet överförs i en lösning med högre halt av järnjoner.

Det är lämpligt att halten av järnjoner i nämnda lösning ligger över cirka 5 kg/HP, företrädesvis högre än cirka 10 kg/mï 1; ex 15 - 30 kg/mß. Överföringen av järnjoner i en lösning med högre koncentration kan företrädesvis åstadkommas genom att nämnda järnjoner fälls ut ur nämnda vatten, varefter den bildade fällningen löses upp, pà sådant sätt att den bildade lösningen får en högre halt av järnjoner än nämnda vatten. En sådan överföring är enkel att åstadkomma och kräver ingen komplicerad eller dyrbar utrustning. Andra sätt att åstadkomma överföringen är t ex indunstning, membranfiltrering eller omvänd osmos.

Dessa metoder kräver dock mer avancerad utrustning.

Den metallhydroxidfällning som bildas kan med fördel avvattnas före upplösningen, t ex i en centrifug.

Upplösningen kan lämpligen innefatta spädning med vatten, exempelvis med metallförorenat vatten.

Genom utnyttjande av utfällning följt av upplösning för nämnda överföring av järnjonerna kan man också uppnå en samtidig rening av lösningen. Detta är exempelvis fallet om nämnda järnjoner fälls ut som hydroxid.

Järnjonerna fälls i hög grad ut, liksom andra metalljoner i vattnet, som joner av zink och koppar, medan förorenande salter inte faller ut.

Nämnda järnjoner fälls företrädesvis ut i form av hydroxid. Behandling av nämnda vatten med vanliga hydroxider, t ex magnesiumhydroxid och/eller natrium- hydroxid, i syfte att åstadkomma utfällningen, ger låga 10 15 20 25 30 35 5528 423 r 4 driftskostnader för överföringssteget. Utfällningen utförs företrädesvis vid alkaliska förhållanden. Kalcium- oxid kan användas både för utfällning och alkalinisering, företrädesvis i sådana koncentrationer att fast kalcium- sulfat inte bildas.

Den bildade fällningen löses företrädesvis i sur miljö, t ex genom tillsats av svavelsyra.

Utfällning av järn ur den bildade lösningen i form av jarosit uppnås företrädesvis genom utfällning av jarositen genom oxidation av järnet i närvaro av sulfat, samt kalium och/eller natrium. Närvaro av kalium ger upphov till bildning av jarosit, medan närvaro av natrium ger upphov till bildning av natrojarosit. Även om sulfat och/eller kalium och/eller natrium kan föreligga i låga koncentrationer i nämnda lösning, så är det föredraget att behandla lösningen med ett kaliumsalt och/eller ett natriumsalt för att få högt utbyte av jarosit. Behandling med ett kaliumsalt som KZSO4, KCl eller KNO3 ger högre utbyte och föredras därför. Ytterligare sulfat kan tillföras i form av ett sulfatsalt som Na2SO4 eller nämnda KZSO4, och/eller med hjälp av svavelsyra. Den oxidation som krävs för bildningen av jarosit stimuleras företrädesvis genom att lösningen behandlas med syrgas.

Som komplement eller alternativ till behandlingen med syrgas kan man genomföra behandling med andra oxidationsmedel, t ex väteperoxid.

Utfällningen av jarosit utförs företrädesvis vid temperaturer över 95 °C, företrädesvis vid ca 120 °C.

Sådana temperaturer gör reaktionshastigheten industriellt tillämplig.

Förfarandet enligt föreliggande kan innefatta det ytterligare steget: c) utvinning av zink ur nämnda lösning, varvid detta steg utförs före steg b).

Utvinningen av zink ur nämnda lösning innan järn fälls ut i form av jarosit leder till att jarositen blir renare. Det är naturligtvis också gynnsamt för 10 15 20 25 30 35 ; 528 423 i' 5 vattenreningsändamål att utvinna zink som föreligger i det metallförorenade vattnet. Dessutom kan den utvunna zinken ingå i en användbar produkt.

Utvinningen av zink sker företrädesvis genom att nämnda lösning får passera genom en jonbytarförening med affinitet för zinkjoner. Jonbytarföreningen regenereras företrädesvis genom behandling med svavelsyra, så att en lösning av zinksulfat erhålls. Denna lösning av zinksulfat kan renas från återstående järn, koncentreras och användas industriellt.

Förutom eller istället för att utvinna zink med hjälp av jonbyte, kan zink med fördel utvinnas genom att nämnda lösning behandlas med sulfid, så att zinksulfid faller ut ur lösningen. Sulfiden är företrädesvis natriumsulfid, t ex natriumsulfid som ingår i grönlut.

Utvinning av järn som högvärdig (ren) jarosit i steget b) föregås företrädesvis av utvinning av zink genom såväl jonbyte som av utfällning av zinksulfid. Behandlingen av nämnda lösning med sulfid gör det också möjligt att utvinna tungmetaller som Pb eller Cd. Denna behandling förbättrar sålunda både kvaliteten hos den erhållna jarositen och renheten i den resterande lösningen.

Förfarandet enligt föreliggande kan vidare innefatta det ytterligare steget: d) utvinning av koppar ur nämnda lösning, varvid detta steg utförs före steg b).

Utvinning av koppar före utfällningen av järn i form av jarosit ger en renare jarosit, som lämpar sig bättre som råvara för fällningskemikalier. Det är naturligtvis också gynnsamt för vattenreningsändamål att utvinna koppar som föreligger i det metallförorenade vattnet.

Dessutom kan den isolerade kopparprodukten insättas som en komponent i en användbar produkt, exempelvis pigment för rödfärg.

I en föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning utförs steget d) före steget c). Det är mycket fördelaktigt att utvinna koppar ur nämnda lösning innan 10 15 20 25 30 35 tszs 42z 6 den får passera genom jonbytarföreningen i steg c), eftersom jonbytarföreningar med affinitet för zinkjoner normalt påverkas negativt av kopparjoner. Detta kan exempelvis kräva ytterligare rengörings- eller regenereringsàtgärder.

I en föredragen utföringsform utförs steget d) genom att nämnda lösning behandlas med järnpulver, så att nämnda kopparjoner faller ut i form av metalliskt koppar.

Denna koppar faller ut på järnpulvrets partiklar, vilka sedan kan frånskiljas genom filtrering. Dessutom omvandlas Fe(III) till Fe(II). Denna senare reaktion har betydelse när steget d) utförs före steget c), eftersom jonbytarföreningar med affinitet för zinkjoner normalt påverkas negativt av Fe(III). Exempelvis kan Fe(III)- joner blockera jonbytaren och minska dess kapacitet. Fey i lösningen är också till nackdel för sulfidutfällnings- operationen i steget c).

Som komplement eller alternativ till utvinningen av koppar genom utfällning kan koppar utvinnas genom att nämnda lösning får passera genom en jonbytarförening som har affinitet för kopparjoner.

Kortfattad ritningsbeskrivnipg Figuren 1 visar schematiskt ett förfarande enligt den föredragna utföringsform som beskrivs nedan.

Närmare redogörelse för en föredragen utföringsform Den föredragna utföringsform som beskrivs nedan är ett exempel som syftar till utvinning av såväl koppar och zink som järn, från surt metallförorenat vatten.

Inkoande vatten Surt metallförorenat vatten (1) med cirka 1,5 - 2 kg/HF Fe, härrörande fràn gruvdrift, pumpas med 20 - 30 kg/n? till steget a). 10 15 20 25 30 35 s2a»4zz Steg a) Metaller som föreligger i vattnet fälls ut i form av hydroxider. Utfällningen åstadkommes genom tillsats av magnesiumhydroxid (2) tills ett pH på ca 7 - 8 erhålls, varefter pH justeras till 9,1 - 9,4 med natriumhydroxid (3). Flockulerat material (slam) separeras genom sedimentering.

Slammet koncentreras till cirka 10 % torrsubstans genom avvattning i centrifug. Svavelsyra (4) tillsätts till det avvattnade slammet, för upplösning av metallhydroxiderna vid pH 2,0. Eventuellt tillsätts vatten, exempelvis surt metallförorenat vatten, till det upplösta slammet.

Efter upplösningen värms den erhållna lösningen till cirka 35°C genom värmeväxling med vatten från steget b) (se nedan).

Steg d) Koppar som föreligger i lösningen fälls ut genom tillsats av järnpulver (5). järnpulvret.

Kopparn faller ut pà Järnpulvret reagerar med Fe(III) och koppar.

Kopparn bildar partiklar som avskiljs genom filtrering.

Fe(III) omvandlas till Fe(II). Eventuellt oreagerat järnpulver avskiljs också vid filtreringen.

Det slam (6) av koppar och järn som erhålls förtjockas. Det används för tillverkning av pigment till rödfärg.

Steg c) Zink som föreligger i lösningen utvinns med en kontinuerlig jonbytare av ISEP-typ. Jonbytarhartset är specifikt för zink. Lösningens pH justeras till 2,4 innan lösningen skickas genom jonbytaren. Under jonbytesoperationen justeras lösningens pH med alkali, för att kompensera för att zinkjoner ersätts med vätejoner. Jonbytarhartset regenereras med svavelsyra (7). En lösning av zinksulfat (8) erhålls. 10 15 20 25 i 05028 8 423 Återstående zink i lösningen fälls ut genom tillsats av natriumsulfid (9). Den bildade zinksulfiden (10) separeras genom mikrofiltrering eller sedimentering.

Steg b) Kaliumsulfat (11) sätts till lösningen. Lösningen värms till ca 120 °C och oxideras med syrgas. Alternativt kan väteperoxid tillsättas. Vid oxidationen bildas jarosit (12). Den bildade jarositen, kalium- järnhydroxidsulfat, har en järnhalt på 34 %. Jarositen förtjockas och avvattnas. Den avvattnade jarositen används vid framställning av en fällningskemikalie för vattenrening.

Exemgel Järn átervanns från surt metallförorenat vatten enligt ovanstående beskrivning av en föredragen utföringsform. Tabellen l visar vattnets sammansättning efter respektive behandlingssteg i nämnda utföringsform.

Tabell 1 In- Efter Efter Efter Efter steget Efter kommande steget steget jonbytet c) (jonbyte steget b) vatten a) d) (ingår i och fällning (13) steget c) med sulfid) Fe, 2000 22000 23000 20000 19800 700 mg/l Zn, 236 2600 2600 50 30 25 mg/l C11: 7,5 82 0,3 0,1 0,01 0,01 mg/l Föreliggande uppfinning är inte begränsad till ovan beskrivna utföringsform, utan kan varieras inom patentkravens omfång. Särskilt är stegen c) och d) 9 valfria. Vidare kan ytterligare steg som förekommer vid vattenrening och metallutvinning utföras vid valfria positioner inom uppfinningens förfarande.

Claims (17)

10 15 20 25 30 35 528 423 10 PATENTKRAV

1. l. Förfarande för utvinning av järn ur metallförorenat vatten som innefattar järnjoner vid en låg koncentration av 1 - 2 kg/m3, vilket förfarande kännetecknas av följande steg: I a) överföring av nämnda järnjoner i en vattenlösning med en koncentration av järnjoner på över 5 kg/mal b) utfällning av järn ur nämnda lösning, i form av en jarosit.

2. Förfarande enligt krav l, där koncentrationen av järnjoner i nämnda lösning är högre än ungefärligen lo kg/ms.

3. Förfarande enligt krav l eller 2, där steg a) åstadkommes genom att nämnda järnjoner fälls ut ur nämnda vatten, varefter den bildade fällningen löses upp på sådant sätt att den erhållna lösningen har en högre halt av järnjoner än nämnda vatten.

4. Förfarande enligt krav 3, där nämnda järnjoner fälls ut i form av en hydroxid.

5. Förfarande enligt krav 3 eller 4, där nämnda fällning löses upp vid sura förhållanden.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, där steg b) åstadkommas genom att nämnda jarosit fälls ut genom oxidation av järnet i närvaro av sulfat, kalium och/eller natrium. samt

7. Förfarande enligt något av föregående krav, där' steg b) åstadkommes genom att nämnda lösning behandlas med ett kaliumsalt och/eller ett natriumsalt.

8. Förfarande enligt krav 7, där steg b) àstadkommes genom att nämnda lösning behandlas med ett kaliumsalt. 10 15 20 25 30 35 š*¿28 4213 ll

9. Förfarande enligt något av föregående krav, där steg b) àstadkommes genom att nämnda lösning behandlas med ett sulfatsalt och/eller svavelsyra.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, där steg b) åstadkommes genom att nämnda lösning behandlas med syrgas.

11. Förfarande enligt något av föregående krav, där steg b) åstadkommes vid en temperatur som överstiger 95 °C.

12. Förfarande enligt något av föregående krav, innefattande det ytterligare steget: c) utvinning av zink ur nämnda lösning, varvid detta steg utförs före steg b).

13. Förfarande enligt krav 12, där steg c) åstadkommes genom att nämnda lösning får passera genom en jonbytarförening med affinitet för zinkjoner.

14. Förfarande enligt krav 12 eller 13, där steg c) àstadkommes genom att nämnda lösning behandlas med sulfid, så att zinksulfid faller ut ur nämnda lösning.

15. Förfarande enligt något av föregående krav, innefattande det ytterligare steget: d) utvinning av koppar ur nämnda lösning, varvid detta steg utförs före steget b).

16. Förfarande enligt krav 15, där steg d) utförs före steg c).

17. Förfarande enligt krav 15 eller 16, där steg d) åstadkommes genom att nämnda lösning behandlas med järnpulver, så att nämnda koppar faller ut.