TWI849921B - 減少碳排放之處理鋅濕式冶金程序的副產物之方法 - Google Patents
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Abstract
根據本揭露內容之一實施態樣的處理鋅濕式冶金的副產物之方法包含藉由使用高壓釜加壓浸濾於鋅濕式冶金之最後加工浸濾程序中產生的含鉛/銀之副產物的加壓浸濾程序，以使浸濾殘餘物中所含之鋅及鐵的含量分別為少於1 wt%。
Description
本揭露內容係關於處理鋅濕式冶金程序(zinc hydrometallurgical process)中所產生的副產物(by-product)之方法。
從鋅濃縮物(zinc concentrate)萃取(extracting)鋅之方法包含乾式冶金法(pyrometallurgical method)及濕式冶金法(hydrometallurgical method)。其中，濕式冶金法係指透過焙燒(roasting)、浸濾(leaching)、溶液純化(solution purification)、及最終電解提煉(electrowinning)程序而從鋅濃縮物萃取高純度鋅之方法。
圖1圖示慣用(conventional)鋅濕式冶金(zinc hydrometallurgy)之部分程序流程圖。
參見圖1，含鉛/銀之副產物(lead/silver-containing by-product)係透過浸濾(leaching)已通過焙燒程序(roasting process)之鋅煅料(zinc calcine)的酸浸濾程序(acid leaching process)S10、以較強之酸(stronger acid)浸濾(leaching)於酸浸濾程序S10中所產生之瀘餅(cake)的強酸浸濾程序(strong acid leaching process)S20、以及最終浸濾於強酸浸濾程序S20中所產生之瀘餅的最後加工浸濾程序(finishing leaching process)S30而產生。含鉛/銀之副產物可為含鉛(Pb)及銀(Ag)之副產物，以及可如上述於鋅濕式冶金之浸濾程序中產生。
於此鋅濕式冶金中產生之含鉛/銀之副產物係含有相當大量之鋅(Zn)5%及鐵(Fe)10%，且在乾式冶金程序(pyrometallurgical process)當中，比起於熔爐(smelter)中熔煉(smelting)，係適於使用燻爐(fumer)進行揮發(volatilization)的原料。此係因為含鉛/銀之副產物中之鐵酸鋅(ZnO·Fe
2O
3)組分在熔爐中之處理期間不易熔融(melt)，因而造成操作不穩定性(operational instability)。因此，含鉛/銀之副產物慣常已於使用燻爐之揮發(volatilizing)及回收(recovering)金屬的揮發程序(volatilization process)S40中處理。
順便一提，使用燻爐之揮發能處理具有高含量的鋅(Zn)及鐵(Fe)之含鉛/銀之副產物，但相較於使用熔爐之熔煉，通常具有每原料(per raw material)具五倍或更高之碳排放(carbon emission)的缺點，以及，相較於使用熔爐之熔煉，有價值金屬(valuable metal)諸如銀(Ag)、金(Au)、及銅(Cu)之回收率(recovery rate)明顯較低。具體而言，如下表1所示，當使用燻爐處理1噸含鉛/銀之副產物時產生約1.38噸之CO
2；而使用熔爐處理含鉛/銀之副產物時，CO
2排放可降至約0.26噸。
[技術問題]
本揭露內容之一目的係提供以高的有價值金屬之回收率及低的碳排放(carbon emission)處理含鉛/銀之副產物的方法，該含鉛/銀之副產物為鋅濕式冶金程序中所產生的副產物。
[技術方案]
根據本揭露內容之處理鋅濕式冶金的副產物之方法可包含加壓浸濾程序(pressure leaching process)，藉由使用高壓釜(autoclave)加壓浸濾(pressure leaching)於鋅濕式冶金(zinc hydrometallurgy)之最後加工浸濾程序(finishing leaching process)中產生的含鉛/銀之副產物(lead/silver-containing by-product)以使浸濾殘餘物(leaching residue)中所含之鋅及鐵的含量分別為少於1 wt%。
根據本揭露內容之一實施態樣，於加壓浸濾程序中，含鉛/銀之副產物可在壓力下以鋅耗盡之浸濾液(zinc spent leachate)浸濾。
根據本揭露內容之一實施態樣，可進行加壓浸濾程序以使浸濾液中之鐵的濃度維持在10至12 g/L。
根據本揭露內容之一實施態樣，待添加之鋅耗盡之浸濾液的量可根據含鉛/銀之副產物中之鐵的含量調整以使該浸濾液中之鐵的濃度維持在10至12 g/L。
根據本揭露內容之一實施態樣，處理鋅濕式冶金的副產物之方法可包含：加壓浸濾程序，藉由使用高壓釜加壓浸濾於鋅濕式冶金之最後加工浸濾程序中產生的含鉛/銀之副產物以使浸濾殘餘物中所含之鋅及鐵的含量分別為少於1 wt%；分離程序，使來自加壓浸濾程序之浸濾液(leachate)及浸濾殘餘物(leaching residue)分離成液體及固體；以及熔煉程序(smelting process)，使用熔爐(smelter)處理浸濾殘餘物。
根據本揭露內容之一實施態樣，可將分離程序中過濾之浸濾液送至鋅濕式冶金之純化程序。
[有利效果]
根據本揭露內容，藉由加壓浸濾(pressure leaching)含鉛/銀之副產物（其為鋅濕式冶金程序中所產生的副產物）可減少含鉛/銀之副產物的量。具體而言，透過加壓浸濾所產生之浸濾殘餘物的比率可為輸入副產物(input by-product)的約56%至63%，因此，可降低於鋅濕式冶金程序中所產生之副產物的處理成本。
此外，根據本揭露內容，加壓浸濾之後於該浸濾殘餘物中所含的鋅及鐵之含量可分別減少至1 wt%或更少，此係可於熔爐中處理之水準(level)。因此，在加壓浸濾之後藉由使用熔爐(smelter)熔煉(smelting)浸濾殘餘物，可提高有價值金屬(valuable metal)之回收率(recovery rate)及減少碳排放(carbon emission)。
圖2為根據本揭露內容之處理含鉛/銀之副產物的方法之程序流程圖。
參見圖2，根據本揭露內容之處理含鉛/銀之副產物的方法可包含加壓浸濾程序(pressure leaching process)S100、分離程序(separation process)S200、及熔煉程序(smelting process)S300。
含鉛/銀之副產物（其為根據本揭露內容之處理含鉛/銀之副產物的方法之原料）可為在鋅濕式冶金程序中所產生之副產物。例如，其可為在圖1之最後加工浸濾程序(finishing leaching process)S30中產生為副產物的含鉛/銀之副產物。
加壓浸濾程序 S100
於加壓浸濾程序S100中，可使用高壓釜(autoclave)在高於大氣壓力之壓力下浸濾(leach)含鉛/銀之副產物。具體而言，於加壓浸濾程序S100中，可使用高壓釜在130℃或更高之溫度以及3.7巴(bar)或更高之壓力浸濾含鉛/銀之副產物中之鋅及鐵。
加壓浸濾程序S100可進行1至2小時。如以下隨著實驗數據所述，若延長加壓浸濾程序S100，浸濾之鐵(leached iron)會再沉澱(re-precipitated)，因此較佳反應時間可視溫度及壓力而定。例如，加壓浸濾程序S100可於130℃或更高且低於150℃之溫度以及3.7至4.0巴之壓力進行1至1.5小時，以及可於150℃或更高之溫度以及3.7至4.0巴之壓力進行1至2小時。
根據一實施態樣，用於加壓浸濾程序S100中之浸濾的溶液可為在鋅濕式冶金之電解提煉程序(electrowinning process)之後所獲得的鋅耗盡之浸濾液(zinc spent leachate)(或鋅耗盡之電解質(zinc spend electrolyte))。例如，鋅耗盡之浸濾液的主要組分為硫酸(H
2SO
4)，以及硫酸之濃度可為約160至180 g/L。或者，根據另一實施態樣，用於加壓浸濾程序S100中之浸濾的溶液可為具有濃度為約160至180 g/L之硫酸。與浸濾相關之反應方程式係顯示於以下方程式(1)。
ZnFe
2O
4+ 4H
2SO
4→ ZnSO
4+ Fe
2(SO
4)
3+ 4H
2O... Eq. (1)
加壓浸濾程序S100之後的浸濾殘餘物之比率(ratio)(即，加壓浸濾程序之後的浸濾殘餘物對作為原料之輸入含鉛/銀之副產物(input lead/silver-containing by-product)的比率)可為約56%至63%。浸濾殘餘物中所含之鋅(Zn)及鐵(Fe)的含量分別為約1 wt%或更少。如以下隨著實驗數據所述，確認含鉛/銀之副產物中之黃鉀鐵礬(jarosite)及鐵酸鋅(zinc ferrite)被浸濾，因此浸濾殘餘物之量及其中所含之鋅及鐵的含量減少。
如上述，根據本揭露內容，含鉛/銀之副產物的量可透過加壓浸濾程序S100而減少，因此可降低其後續處理成本。
此外，根據本揭露內容，浸濾殘餘物中所含的鋅及鐵之含量可分別減少至1 wt%或更少，此係可於熔爐中處理之水準。因此，在加壓浸濾之後藉由使用熔爐(smelter)熔煉(smelting)浸濾殘餘物，可提高有價值金屬之回收率及減少碳排放。
加壓浸濾程序S100中之浸濾液含有從含鉛/銀之副產物浸濾之鋅(Zn)及鐵(Fe)。浸濾液中所含之鐵的濃度可為約10至12 g/L，以及在此條件下，可抑制黃鉀鐵礬產生，以及浸濾殘餘物中所含之鐵的含量可減少至1 wt%或更少。
分離程序 S200
在加壓浸濾程序S100之後，可進行將浸濾液及浸濾殘餘物分離成固體及液體的分離程序S200。
可將經過濾之浸濾液送至獨立的鋅濕式冶金程序之純化程序(purification process)S210，以及可將浸濾殘餘物移至熔煉程序(smelting process)S300。
熔煉程序 S300
可對於分離程序S200中所產生之浸濾殘餘物進行熔煉程序S300。於熔煉程序S300中，可使用熔爐從浸濾殘餘物回收(recover)有價值金屬諸如鋅(Zn)、銅(Cu)、金(Au)、及銀(Ag)。
於一實施態樣中，於將浸濾殘餘物連同助熔劑(flux)及還原材料(reducing material)一起裝填入熔爐之後，於等於或高於其熔點(melting point)之溫度使其熔融(melt)及熔煉(smelt)，藉此可使有價值金屬諸如鋅、銅、金、及銀與雜質分離。
下文茲利用實驗例詳細說明本揭露內容。
[ 實驗例 ] [ 實施例 1 至 4 以及比較例 1 及 2]
此等實驗例中所使用之含鉛/銀之副產物的主要組分為鉛及鐵。鉛主要呈硫酸鉛(PbSO
4)之形式。總計8.9%之鐵中的約1.0%為黃鉀鐵礬(jarosite)，而其餘約7.9%之鐵為鐵酸鋅(zinc ferrite)。
表2顯示此等實驗例中所使用之含鉛/銀之副產物中的組分之含量。
將含鉛/銀之副產物裝入高壓釜，以及於130至150℃之溫度及3.7至4.0巴之壓力，在壓力下以鋅耗盡之浸濾液(zinc spent leachate)浸濾(leach)含鉛/銀之副產物1.5至2.0小時。結果示於表3。
如表3中可看出，於實施例1至4中，浸濾殘餘物中之鐵及鋅的等級(grade)可降至低於1wt%，以及浸濾殘餘物(leaching residue)對輸入含鉛/銀之副產物(input lead/silver-containing by-product)的比率為56%至63%。此外，於加壓浸濾期間，當反應時間從1.5小時增加至2.0小時，溶解之鐵往往再沉澱(re-precipitate)。
另一方面，表4顯示實施例3中之浸濾殘餘物及作為原料之含鉛/銀之副產物的XRD測量結果(於150℃浸濾1.5小時)。
參見表4，可看出浸濾殘餘物中之黃鉀鐵礬及鐵酸鋅的XRD峰相較於作為原料之含鉛/銀之副產物係大幅減少。因此，判定浸濾殘餘物中之減少的原因是因為作為原料之含鉛/銀之副產物中的黃鉀鐵礬及鐵酸鋅於加壓浸濾程序期間溶解。
[ 實施例 5 以及比較例 3 至 5]
於此等實驗例中，於透過加壓浸濾程序中之固體密度控制(solid density control)改變浸濾液中之鐵的濃度時，測量浸濾殘餘物中之鐵及鋅的濃度。於此等實驗例中，加壓浸濾程序係於150℃之溫度及3.7至4.0巴之壓力進行1.5小時，以及作為原料之含鉛/銀之副產物中所含之鐵的含量為約13 wt%。
參見表5，由於若在加壓浸濾期間浸濾液中之鐵的濃度為10至12 g/L時不形成黃鉀鐵礬，判定殘餘物中之鐵的等級可維持在少於1 wt%。因此，判定在加壓浸濾期間浸濾液中之鐵的濃度需要維持在10至12 g/L，以產生待於於熔爐中熔煉之浸濾殘餘物。
於此，因為若作為原料之含鉛/銀之副產物中的鐵含量高則浸濾液中之鐵的濃度會提高，所以須根據鐵含量調整固體密度(solid density)。例如，若作為原料之含鉛/銀之副產物中的鐵含量高則須藉由增加添加用於加壓浸濾之鋅耗盡之浸濾液(zinc spent leachate)的量、或者若作為原料之含鉛/銀之副產物中的鐵含量低則須藉由減少添加用於加壓浸濾之鋅耗盡之浸濾液的量，以使浸濾液中之鐵的濃度維持在10至12 g/L。
[ 比較例 6 至 9]
於此等實驗例中，在大氣壓力(1巴)下以鋅耗盡之浸濾液於95℃之反應溫度且於不同固體密度浸濾(leaching)含鉛/銀之副產物12小時的結果係顯示於表5。
由表6可看出，藉由大氣壓浸濾(atmospheric leaching)無法使浸濾殘餘物中之鐵及鋅的等級(grade)降至1 wt%或更少，以及未滿足於熔爐中處理浸濾殘餘物的要求。
如上述，根據本揭露內容，以高壓釜浸濾含鉛/銀之副產物時藉由調整程序溫度(process temperature)、程序時間(process time)及浸濾液中之鐵的濃度，可使浸濾殘餘物中之鐵及鋅的含量分別降至低於1 wt%。從而可獲得可於熔爐中處理之浸濾殘餘物。因此，有價值金屬之回收率可提高(Zn 83%→85%，Cu 70→95%，Ag 95%→99.8%，Au 85%→98.5%)，以及碳排放亦可減少。
此外，根據本揭露內容，藉由使用高壓釜(autoclave)加壓浸濾(pressure leaching)可減少需要後續處理的所得副產物，因此可降低副產物之處理成本。
雖然已參照所附圖式說明本揭露內容之實施態樣，但熟習本揭露內容所屬領域之人士可瞭解可在不改變本揭露內容之技術精神或基本特徵的情況下以其他具體形式實施本揭露內容。
因此，應瞭解上述實施態樣為在各方面為例示性且非限制性的。本揭露內容之範圍係如所附之申請專利範圍而非詳細說明所示，以及由申請專利範圍及其相當概念之意義及範圍所衍生的所有變化及修改應視為包含在本揭露內容之範圍內。
S10:酸浸濾程序
S20:強酸浸濾程序
S30:最後加工浸濾程序
S40:揮發程序
S100:加壓浸濾程序
S200:分離程序
S210:純化程序
S300:熔煉程序
[圖1]為慣用鋅濕式冶金之部分程序流程圖。
[圖2]為根據本揭露內容之處理含鉛/銀之副產物的方法之程序流程圖。
S100:加壓浸濾程序
S200:分離程序
S210:純化程序
S300:熔煉程序
Claims (6)
- 一種處理鋅濕式冶金(zinc hydrometallurgy)的副產物之方法，該方法包含藉由使用高壓釜(autoclave)加壓浸濾(pressure leaching)於鋅濕式冶金之最後加工浸濾程序(finishing leaching process)中產生的含鉛/銀之副產物的加壓浸濾程序，以使浸濾殘餘物(leaching residue)中所含之鋅及鐵的含量分別為少於1 wt%。
- 如請求項1之方法，其中，於該加壓浸濾程序中，該含鉛/銀之副產物係在壓力下以鋅耗盡之浸濾液(zinc spent leachate)浸濾。
- 如請求項1之方法，其中，進行該加壓浸濾程序以使浸濾液中之鐵的濃度維持在10至12 g/L。
- 如請求項3之方法，其中，待添加之鋅耗盡之浸濾液的量係根據該含鉛/銀之副產物中之鐵的含量調整以使該浸濾液中之鐵的濃度維持在10至12 g/L。
- 一種處理鋅濕式冶金的副產物之方法，該方法包含： 藉由使用高壓釜加壓浸濾於鋅濕式冶金之最後加工浸濾程序中產生的含鉛/銀之副產物的加壓浸濾程序，以使浸濾殘餘物中所含之鋅及鐵的含量分別為少於1 wt%； 使來自該加壓浸濾程序之浸濾液及該浸濾殘餘物分離成液體及固體的分離程序；以及 使用熔爐(smelter)處理該浸濾殘餘物之熔煉程序(smelting process)。
- 如請求項5之方法，其中，將該分離程序中過濾之該浸濾液送至鋅濕式冶金之純化程序。
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