DE3031007A1

DE3031007A1 - Verfahren zur verarbeitung von sulfidischen zinkerzen

Info

Publication number: DE3031007A1
Application number: DE19803031007
Authority: DE
Inventors: K. Bhadra Dr.-Ing. 5210 Troisdorf Chaudhuri; Holger 5000 Köln Fischer; Johannes Prof. Dr.-Ing. 1000 Berlin Gerlach; Hermann Dr.-Ing. 4018 Langenfeld Hilbrans
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1980-08-16
Filing date: 1980-08-16
Publication date: 1982-04-08
Also published as: CA1177257A

Description

Verfahren zur Verarbeitung von sulfidischen Zinkerzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verarbeitung von sulfidischen Zinkerzen und/oder Konzentraten durch Laugung mit Zellensäure und Trennung von Lauge und Laugungsrückstand, wobei der Laugungsrückstand getrocknet und umgeschmolzen und die Lauge einer Laugenreinigung für die nachfolgende Elektrolyse zur Zinkgewinnung unterzogen wird.
Neben der ständigen Aufgabenstellung zur Einsparung von Energie bezieht sich die Problematik bei der Herstellung von Zink im wesentlichen auf die Lagerung der bei den verschiedenen bekannnten Verfahren anfallenden eisenhaltigen Schlämme (Jerosit, Goethit und Hämatit).
Bei Verarbeitung sulfidischer Zinkerze werden diese im allgemeinen zunächst geröstet. Die bei der Röstung des Zinkerzes gebildeten Zinkferrite werden zumeist gelaugt, wobei sowohl Zink als auch Eisen in Lösung gehen.- Bei der Weiterbehandlung mittels hydrometallurgischer Prozesse geschieht dies, indem die bei einer Neutrallaugung anfallenden Rückstände anschließend einer heißsauren Laugung unterzogen werden. Das auf diese Weise gelöste Eisen wird je nach Verfahrensvariante als Jerosit, Goethit oder Hämatit gefällt. Die eisenhaltigen Schlämme verlangen zur schadlosen Aufbewahrung grundwasssergeschützte Sonderdeponien.
Bei den pyrometallurgischen Prozessen zur Gewinnung von Zink aus den Neutrallaugungsrückständen wird das Eisen ebenfalls in Lösung gebracht durch Bildung einer Schlacke in teigiger oder fester Form. Das Eisen wird be diesen Prozessen durch Kohle oder Koks abgebunden. Das Zink hingegen wird reduziert und metallisch verflüchtigt und durch Nachoxidation als Zinkoxid in einem Staubabscheider gewonnen und erneut der Laugerei zugeführt. Während bei den hydrometallurgischen Prozessen nasse, zinkhaltige, voluminöse Eisenrückstände deponiert werden müssen, fällt bei den pyrometallurgischen Prozessen eine wasserfreie Schlacke an. Beide Rückstände unterscbeiden sich wesentlich in ihrer Konsistenz. Die Rückstände aus den hydrometallurgischen Prozessen weisen wasserlösliche sulfatische Zink-, Eisen- und andere Metallverbindungen auf und führen zu den genannten Deponierproblemen.
Bei den pyrometallurgischen Prozessen, vor allem bei den Prozessen, die das Eisen in eine schmelzflüssige Phase abbinden, wie beim Zyklonofenprozeß, sind die verbleibenden Restgehalte an Zink und anderen Metallen zusammen mit dem Eisen überwiegend als Silikate sowie Ferrite in einer Schlacke wasserunlöslich abgebunden. Vor allem beim Zyklonofenprozeß ist die Schlacke annähernd blei- und kadmiumfrei und stellt somit keinerlei Deponierprobleme dar. Hierbei ist aber ein erhöhter Brennstoffbedarf von ca. 15 - 20 % des Chargengewichtes festzustellen, der besonders bei steigenden Energiepreisen diese pyrometallurgische Verfahrensvariante belastet.
Aus der DE-AS 26 18 630 ist ein Verfahren zur Zinkgewinnung bekannt, bei dem die anfallenden Laugungsrückstände getrocknet und unter reduzierenden Bedingungen im Gegensatz zum oxidierenden Einschmelzen im Schwebezustand geschmolzen werden.
Die DE-PS 116 413 betrifft das sogenannte Sherrit Gordon Verfahren, ein Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen sulfidischen Erzen und Konzentraten unter Behandlung des Ausgangsmaterials mit Schwefelsäure und einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas unter Uberdruck und darauf folgender Extraktion des Zinkes als Zinksulfat bei gleichzeitiger Oxydation des Sulfidschwefels zu elementarem Schwefel. Bei dieser Verfahrensweise, einer Drucklaugung sowie der Bildung von elementarem Schwefel, der dabei geschmolzen, gereinigt und durch Filtration vom Laugungsrückstand getrennt wird, muß der gebildete Laugungsrückstand, wie eingangs beschrieben, in Sonderdeponien gelagert werden, da er wasserlösliche Bestandteile enthält, die unter Vermeidung erheblicher Umweltbelastungen keine Berührung mit dem Grundwasser bekommen dürfen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Zinkgewinnung aufzuzeigen, mit dem auf wirtschaftliche Weise eine deponierfähige Schlacke erzeugt werden kann, bei Verminderung des Energiebedarfs und Verringerung des apparativen Aufwandes. Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß a) die Laugung unter oxidierenden Bedingungen unter Bildung von elementarem Schwefel durchgeführt wird, b) der Laugungsrückstand unter Verbrennung des elementaren Schwefels zu einer deponierfähigen Schlacke umgeschmolzen wird und gleichzeitig ein sulfidischer Stein zur Aufnahme von Kupfer, Blei und Edelmetallen sowie ein Abgas entstehen und wobei c) leichtfluchtige Metalle und Metallverbindungen, insbesondere die im Laugungsrückstand verbliebenen Zinkanteile, verflüchtigt und niedergeschlagen werden.
Durch diese Maßnahme nach der Erfindung kann sehr vorteilhaft die üblicherweise praktizierte Röstung der Zinkerze unterbleiben. Durch den Wegfall der Röstung entfällt auch die Notwendigkeit der Gasreinigung beim Röstprozeß, womit das Verfahren eine umweltfreundliche Komponente gewinnt. Besonders vorteilhaft enthält die nach dem Verfahren gebildete Schlacke keine wasserlöslichen Verbindungen mehr.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Zinkerz zur Beschleunigung der Bildung von elementarem Schwefel vor der Laugung einer intensiven Mahlung unterzogen. Hierdurch kann die Laugungszeit verkürzt, bzw.
die Schwefelausbeute verbessert werden, was zu einer Erhöhung der Effektivität des Gesamtprozesses führt und damit die Ökonomie des Verfahrens positiv beeinflußt.
Vorteilhaft wird die schwefelsaure Laugung drucklos bei einer Temperatur um 100 OC in Anwesenheit von Fe2+ und Fe3+ - Ionen und gleichzeitiger Zufuhr von einem* freien Sauerstoff entahltenen Gas durchgefUhrt. Eine Vermeidung der üblichen Drucklaugung verringert die Kosten und Abdichtungs-Probleme und gewährleistet dennoch eine hohe EffeYrivität des Verfahrens.
Besonders zweckmäßig überschreitet die Schwefelsäurekonzentration zu Beginn der Laugung 70 g/l nicht und die Laugungstemperatur beträt 95 oC.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der für das Umschmelzen und die Steinbildung nicht erforderliche, elementare Schwefel in einer, der Trennung von Lauge und Laugungsrückstand vorgeschalteten, Flotationsstafe entfernt. Durch diese Maßnahme wird ein Teil des Schwefels in Elementarform kostengünstig und rein gewonnen und kann als marktfähige Ware veräußert werden.
Vorteilhaft wird die Erfindung ferner dadurch ausgestaltet, daß die aus dem Laugungsrückstand beflüchtigten leichtflüchtigen Metalle und Metallverbindungen, insbesondere die Zinkanteile nach verbrannt werden und als Mischoxide entweder am Ende der Laugung als Neutralisationsmittel zugesetzt oder bei einem hohen Gehalt an wertvollen Metallen einer getrennten Laugung und Weiterbehandlung unterzogen werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Verbrennung des elementaren Schwefels unter Bildung von Schlacke und Stein im Schwebezustand, wobei vorzugsweise ein Schmelzzyklon Verwendung findet. Dabei können die bekanntermaßen besonders günstigen Reaktionsbedingungen der Schwebeschmelztechnik in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden, um dadurch die Wärmebilanzen sowie die Qualität und die Qantität der Produkte im Sinne der Aufgabenstellung zu verbessern, da der Schmelzzyklon gegenüber anderen Aggregaten besonders ökonomisch arbeitet.
Anhand der beiliegenden Schemazeichnung soll das Verfahrensprinzip deutlich gemacht werden. Sulfidisches Zinkerz 1 wird durch Laugung 2 behandelt, wobei Sauerstoff 3, Eisenionen (Fe2+ und Fe3+, z.B. Pyrit) 4 und Zellensäure 5 zugesetzt werden. Die Laugung kann z. B. in bekannter Weise als Drucklaugung ausgeführt werden bei Temperaturen oberhalb oder unterhalb des Schwefelschmelzpunktes. Die während der Laugung 2 gebildeten Laugungsprodukte 6 bestehen im wesentlichen aus der Lauge 7, dem Laugungsrückstand 8 sowie dem darin enthaltenen elementaren Schwefel 9. In einer Flotationsstufe 10 wird ein Teil des elementaren Schwefels 9 als gereinigter Schwefel 11 abgetrennt und als marktfähige Ware einer anderen Verwendung zugeführt. Die Lauge 7, der Laugungsrückstand 8 wie der verbliebene Schwefel 12 werden anschließend getrennt 13, indem sie z.B. einer Filtration unterzogen oder in anderer geeigneter Weise z.B. in einer Zentrifuge behandelt werden. Die abgetrennte Lauge 14 wird dabei zur weiteren Verwendung einer Laugenreinigung 15 unterzogen, wobei das gebildete Zementat 16 je nach Wertstoffgehalt einer geeigneten Weiterverwendung und die gereinigte Lauge 17 zur Gewinnung von Zink 18 der Elektrolyse 19 zugeführt wird. Der Laugungsrückstand 20 mit einer Restfeuchte von 10 - 15 X wird gemeinsam mit dem Elementarschwefel 12 einer Trocknung 21 unterzogen, z.B. in einem Trommeltrockner, wobei die Trocknungstemperatur jeweils unterhalb des Schmelzpunktes des Schwefels von in etwa 119 oC liegt. Der getrocknete Laugungsrückstand 22 mit dem elementaren Schwefel 12 wird nun einem Schmelzprozeß 23 zugeführt, wobei z.B. ein Schmelzzyklon verwendet wird, in den zur oxydativen Verbrennnung zusätzlich Sauerstoff 24 und gegenbenenfalls Zusatzbrennstoff 25 eingebracht werden. Der Prozeß wird so geführt, daß ein Stein 26 mit Anreicherungen an Kupfer, Gold und Silber, sowie eine deponierfähige Schlacke 27 gebildet werden. Das Abgas 28 wird einer Gasbehandlung 29 unterzogen, wobei ein gereinigtes Abgas 30 entsteht und die leicht flüchtigen Metalle und Metallverbindungen, insbesondere die verflüchtigten Zinkanteile direkt kondensiert werden, z.B.
in einem Bleibad bei ca. 370 oC.
Es kann aber auch zweckmäßig sein, wenn die leichtflüchtigen Metalle und Metallverbindungen.
nachverbrannt und als Mischoxide 31 zur Erhöhung der Zinkausbeute der Laugung 2 erneut zugesetzt werden.

Claims

PatentansprUche 1. Verfahren zur Verarbeitung von sulf dischen Zinkerzen und/oder Konzentraten durch Laugung mit Zellensäure und Trennung von Lauge und Laugungsrück tand, wobei der LaugungsrUckstand getrocknet und umeschmolzen und die Lauge einer Laugenreinigung für die nachfolgende Elektrolyse zur Zinkgewinnung unter~ogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß a) die Laugung (2) unter oxid!erenden Bedingungen unter Bildung von elementa-em Schwefel (9) durchgeführt wird, b) der Laugungsrückstand (22) unter Verbrennung des elementaren Schwefels 12) zu einer deponierfähigen Schlacke ( 7) umgeschmolzen wird und gleichzeitig ein ulfidischer Stein (26) zur Aufnahme von Kupfer, Blei und Edelmetallen sowie ein Abg s (28) entstehen und wobei c) leichtflüchtige Metalle und Metallverbindungen, insbesondere die im Laugungsrückstand (22) verbliebenen Zinkanteile, verflüchtigt und niedergeschlagen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zinkerz zur Beschleunigung der Bildung von elementarem Schwefel vor der Laugung einer intensiven Mahlung unterzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die schwefelsaure Laugung (2) drucklos durchgeführt wird bei einer Temperatur um 100 OG in Anwesenheit von Fe2+ und Fe3+ Ionen und gleichzeitiger Zufuhr von einem, freien Sauerstoff enthaltenden Gas.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefelsäurekonzentration zu Beginn der Laugung (2) 70 gr/Liter nicht überschreitet und die Laugungstemperatur ca. 95 OC beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der für das Umschmelzen und die Steinbildung nicht erforderliche, elementare Schwefel (11) in einer der Trennung (13) von Lauge (7) und Laugungsrückstand (8) vorgeschalteten Flotationsstufe (10) entfernt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Laugungsrückstand (22) verflüchtigten leichtflüchtigen Metalle und Metallverbindungen, insbesondere die Zinkanteile, nachverbrannt werden und als Mischoxide (31) entweder am Ende der Laugung (2) als Neutralisationsmittel zugesetzt oder bei einem hohen Gehalt an wertvollen Metallen einer getrennten Laugung und Weiterbehandlung unterzogen werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des elementaren Schwefels (12) unter Bildung von Schlacke (27) und Stein (26), im Schwebezustand erfolgt, wobei vorzugsweise ein Schmelzzyklon Verwendung findet.