FI108864B - Menetelmä kuparirikasteen liuottamiseksi - Google Patents

Description

108864

MENETELMÄ KUPARIRIKASTEEN LIUOTTAMISEKSI

Tämä keksintö kohdistuu menetelmään, jossa sulfidista rautapitoista kuparirikastetta liuotetaan vastavirtaperiaatteella kloridimiljöössä. Liuotus 5 tapahtuu kaksiarvoisen kuparin ja happipitoisen kaasun avulla jatkuvatoimisesti ja useampivaiheisena normaalipaineessa, korkeintaan liuoksen kiehumispistettä vastaavassa lämpötilassa. Osa liukenemattomasta kiintoaineesta palautetaan kiintoaineen päävirtauksen vastaisesti johonkin aikaisempaan liuotusvaiheeseen tai -reaktoriin, jolloin pidentyneen ίο liuotusajan seurauksena liuotusjätteen rauta saadaan talteen pääosin hematiittina.

Kuparipitoisen raaka-aineen, kuten sulfidisen rikasteen, vastavirtaliuotusta kloridimiljöössä on kuvattu aikaisemmin esimerkiksi US-patentissa 15 5,487,819. Julkaisussa on annettu kalkopyriitin liuotuksen summareaktioksi seuraava:

CuFeS2 + Cu2++ 3X 02 +1/2 H20 = FeOOH + 2 Cu1++ 2 S° (1) Reaktiosta nähdään, että rauta poistetaan liuotuksesta götiittisakkana. Myöhemmin samaa prosessia koskevassa artikkelissa Everett, P.K.: 20 Development of the Intec Copper Process by an International Consortium, Hydrometallurgy 1994, IMM-SCI, Cambridge, England, 11-15 July 1994, on todettu, että liuotus suoritetaan kolmessa vaiheessa lämpötilassa noin 80 -85 °C ja syntyvä götiitti on akaganeiittia eli beta-götiittiä (β-goethite). Edelleen samaa prosessia kuvaavassa artikkelissa Moyes, A.J. et ai: 25 Operation of the Intec Copper One’ TPD Demonstration Plant, Alta 1998 Copper Sulphides Symposium, Brisbane, Australia, October 19, 1998 on sivulla 19 esitetty prosessin virtauskaavio. Sen mukaan vastavirtaliuotus suoritetaan kolmessa vaiheessa, jossa jokaisessa on kolme reaktoria ja vaiheiden välillä suoritetaan sakeutus.

30 2 108864

Akaganeiitti on kemian peruskirjallisuuden mukaan götiitin metastabiili muoto, joka ei sen perusteella ole erityisen edullinen muoto jätteelle. Sinkin hydrometallurgiasta on tunnettua, että rautasakka voi olla kolmessa muodossa: jarosiittina, götiittinä tai hematiittina. Tiedetään myös, että 5 hematiitti on stabiilein yhdiste ja siten pitkän päälle metallurgisen jätteen oikea poistotapa. Hematiitin haittana on kuitenkin ollut muita kalliimpi valmistustapa, sillä hematiitti vaatii muodostuakseen autoklaaviolosuhteet. Arikkelissa Schweitzer, F. W. et ai: Duval’s CLEAR Hydrometallurgical Process, Chloride Electrometallurgy, ΑΙΜΕ, 1982, New York, on sivulla 223 ίο maininta, että hematiitti muodostuu lämpötilassa yli 150 °C.

Olemme myös todenneet, että edellä kuvatussa, tekniikan tason mukaisessa vastavirtaliuotuksessa ei liuotusreaktoreiden tilavuutta ole täysin hyödynnetty. Menetelmässä kiintoaine etenee suoraviivaisesti liuotus-15 laitteiston läpi, mutta kiintoaineen liukenemisen suhteen tämä etenemis- j vauhti ei ole paras mahdollinen. Kiintoaineen liukenemisen kannalta on mahdollisimman pitkä viive edullinen.

Nyt kehitetty menetelmä kohdistuu sulfidisen, rautapitoisen kuparirikasteen 20 liuottamiseen kloridimiljöössä olennaisesti rautavapaan alkalikloridi-kupari-kloridiliuoksen aikaansaamiseksi ja raudan talteenottamiseksi sakkana.

/ Liuotus suoritetaan jatkuvatoimisesti vastavirtaperiaatteella ja useampi- vaiheisena. Kuparirikastetta liuotetaan atmosfäärisissä olosuhteissa korkeintaan liuoksen kiehumispistettä vastaavassa lämpötilassa, ja rikasteen 25 rauta saostetaan pääosin hematiittina. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit « käyvät esille oheisista vaatimuksista.

Kehitetylle menetelmälle on ominaista, että rikastetta liuotetaan pitkällä viiveellä. Pitkällä viiveellä tarkoitetaan, että kiintoaineen liuotusaika on 30 selvästi pidempi kuin prosessiliuoksen läpivirtausaika vastakkaiseen suuntaan. Kiintoaineen pitkä liuotusaika on mahdollista saada aikaan 3 108864 kierrättämällä eli palauttamalla kiintoainetta liuotusvaiheesta toiseen kiintoaineen päävirtauksen etenemissuunnan vastaisesti tai tekemällä kiintoaineen kierrätys eli palautus jonkin liuotusvaiheen sisällä. Kiintoaineen palautus takaisin liuotukseen antaa mahdollisuuden hematiitin synnylle, sillä 5 olemme todenneet, että rauta voi saostua hematiittina atmosfäärisissä olosuhteissa, jos kiintoaineen liuotusaika on riittävän pitkä ja kiintoainepitoisuus riittävän korkea. Kiintoaineen kierrätyksestä johtuva pitkä liuotusaika tekee myös mahdolliseksi liuotusreaktorien tilavuuden mahdollisimman hyvän hyödyntämisen.

10

Kehitetyn menetelmän mukaisesti kiintoainetta siis kierrätetään prosessissa palauttamalla sitä prosessin loppupäästä sen alkupäähän. Siten prosessin jonkin, useita reaktoreita käsittävän vaiheen sisällä palautetaan kiintoainetta vaiheen loppupään reaktoreista alkupään reaktoriin, tai kierrätys voidaan is toteuttaa jopa yksittäisessä reaktorissa. Kunkin vaiheen lopussa tai reaktorin jälkeen tapahtuu nesteen ja kiintoaineen erotus, yleensä sakeuttimen avulla. Vaiheiden välillä erotuksesta saatava liuos, ylite, johdetaan kiintoaineen virtaussuunnassa katsottuna edelliseen vaiheeseen ja kiintoainesakka, alite, pääosin seuraavaan liuotusvaiheeseen. Nyt keksinnön mukaisessa 20 menetelmässä osa yhden tai kunkin vaiheen alitteesta palautetaan jonkin edellisen tai saman liuotusvaiheen johonkin reaktoriin, edullisesti ensimmäiseen reaktoriin.

Saamiemme kokemusten mukaan on kaupallisia rikasteita (25 % Cu) 25 käytettäessä edullista, että vaiheen ensimmäisessä reaktorissa kiintoaine-pitoisuus on ainakin 250 g/l. Kiintoaineen kierrättäminen luo suotuisat olosuhteet hematiitin ydintymiselle ja kiteenkasvulle. Keksinnön mukaisesti kiintoainetta kierrätetään niin, että kiintoaineen liuotusaika on ainakin kaksinkertainen, edullisesti kolminkertainen verrattuna liuotukseen, jossa 30 kiintoainetta ei kierrätetä eli palauteta. Kokemustemme mukaan hematiitin muodostuminen edellyttää ainakin 10 h liuotusaikaa.

4 108864

Kun kuparirikastetta liuotetaan kioridimiljöössä, rikasteen sisältämä rauta | liukenee ensin kaksiarvoisena, mutta liuotusreaktoreihin puhalletaan i ; happipitoista kaasua kuten ilmaa, että liuennut rauta hapettuu 5 kolmiarvoiseksi ja saostuu liuoksesta. Lisäksi sakka sisältää raaka-aineen rikin elementaarisena. Kuten edellä todettiin, rauta voidaan saostaa hematiittina jopa atmosfäärisissä olosuhteissa, kun liuotusaika on riittävän pitkä ja reaktorissa on mukana saostusytimiä. Hematiitillä ja götiitillä on selvästi toisistaan poikkeava väri, götiitti on harmaata ja hematiitti punaista, ίο joten ne ovat selvästi tunnistettavissa jo värin perusteella.

Keksinnön mukaista menetelmää kuvataan vielä oheisen esimerkin avulla.

Esimerkki 15 Keksinnön mukaista menetelmää verrattiin perinteiseen tekniikkaan, ja ajettiin kaksi koejaksoa. Kummassakin koejaksossa menetelmää testattiin kolmevaiheisessa prosessissa. Ensimmäisessä ja viimeisessä vaiheessa oli yksi reaktori ja keskimmäisessä kaksi reaktoria, eli yhteensä neljä reaktoria.

, . Kunkin vaiheen välissä oli sakeutin, josta kiintoainetta ohjattiin seuraavaan 20 vaiheeseen ja sakeuttimen ylitteenä saatava liuos johdettiin edelliseen vaiheeseen. Reaktorit ja vaiheet on numeroitu kiintoaineen virtaussuunnan • · mukaan. Koejaksoissa NaCI-CuCI-liuos syötettiin viimeiseen reaktoriin R4 ja L/ kalkopyriittirikaste ensimmäiseen reaktoriin R1. Tulokset on esitetty >·. taulukossa 1.

25 : Koejakso 1 oli tekniikan tason mukainen vastavirtaliuotus, joka ajettiin .···. reaktoreissa, joiden kunkin koko oli 10 L. Kiintoainetta ei kierrätetty «Il vaiheiden välillä eikä vaiheen sisällä. Reaktorien lämpötila pidettiin arvossa 95 °C.

• I

30 5 108864

Koejakso 2 on esimerkki keksinnön mukaisen menetelmän soveltamisesta vastavirtaliuotuksessa. Koejaksossa 2 oli myös neljä reaktoria, ja kunkin reaktorin koko oli 5 L. Jaksossa 2 reaktorien lämpötila pidettiin arvossa 85 °C. Tässä koejaksossa kiintoainetta kierrätettiin saman vaiheen sisällä siten, 5 että kunkin vaiheen sakeuttimen alitetta kierrätettiin saman vaiheen ensimmäiseen reaktoriin. Taulukosta 1 nähdään, että kiintoainepitoisuus oli kaksin-kolminkertainen koejaksoon 1 verrattuna. Siten kiintoaineelle muodostui lähes kolminkertainen viive koejakson 1 viiveeseen nähden.

ίο Koejaksoista nähdään, että kummassakin jaksossa päästiin suurin piirtein yhtä hyvään saantiin, mutta ensimmäisessä jaksossa tarvittiin 100 % suuremmat reaktorit ja 10 °C korkeampi lämpötila. Koejaksosta 1 voi myös päätellä, että korkeampi lämpötila on saanut aikaan sen, että suurempi osa rikasteen rikistä on liuennut kuin alemman lämpötilan jaksossa 2.

15

Reaktorien sakoista voitiin värin perusteella päätellä, että koejaksossa 2 kiintoaineessa alkoi esiintyä hematiittia toisesta reaktorista (R2) lähtien ja viimeisessä reaktorissa (R4) rauta oli pääosin hematiittina. Koejaksossa 1 rauta oli viimeisessäkin reaktorissa pääosin götiittinä. Silmämääräiset 20 havainnot vahvistettiin myös röntgendiffraktiotutkimuksilla.

25 •: 30 i 6 108864

Taulukko 1 I Suure Koejakso 1 Koejakso 2

Rikastesyöttö reaktoriin R1 g/h 260 240

Rikasteen Cu-pitoisuus % 23,10 24,2

Rikasteen Fe-pitoisuus % 30,4 30,9

Rikasteen S-pitoisuus_%__37,0_34,5

Liuossyöttö reaktoriin R4 L/h 2,11 1,49

Liuossyötön Cu-pitoisuus g/L 39,2 41,1

Liuossyötön Fe-pitoisuus g/L 0,41 0,0

Liuossyötön Na-pitoisuus g/L 105 107

Liuossyötön SCVpitoisuus g/L__4J>_0,0 llmansyöttö reaktoriin R1 L/min 0,0 1,9 llmansyöttö reaktoriin R2 L/min 8,9 5,0 llmansyöttö reaktoriin R3 L/min 0,9 1,7 llmansyöttö reaktoriin R4_L/min__0 J_1,2 llmansyöttö yhteensä_L/min__10,5_9^9 Lämpötila reaktorissa R1 °C 95 85 Lämpötila reaktorissa R2 °C 95 85 Lämpötila reaktorissa R3 °C 95 85 Lämpötila reaktorissa R4___95_85 : Lämpötilan keskiarvo___95_85 R1:n kiintoainepitoisuus g/L 116 363 R2:n kiintoainepitoisuus g/L 106 251 R3:n kiintoainepitoisuus g/L 71 219 R4:n kiintoainepitoisuus_g/L__41^_105

Kiintoainepitoisuuden g/L 84 235 keskiarvo____ R4:n kiintoaineen Cu-pitoisuus % 0,87 1,08 : R4:n kiintoaineen Fe-pitoisuus % 43,1 45,1 R4:n kiintoaineen S-pitoisuus %__13,5_21,6 R1:n tuoteliuoksen Cu(kok) g/L 66,3 78,1 R1:n tuoteliuoksen Cu(2+) g/L 14,6 19,7 R1:n tuoteliuoksen Fe g/L 2,04 0,32 R1: n tuoteliuoksen S04 g/L 18,3 10,5

Cu: n liuotussaanti_%__97,3_96,9

Claims (10)

108864 ί

1. Menetelmä sulfidisen, rautapitoisen kuparirikasteen liuottamiseksi kloridimiljöössä olennaisesti rautavapaan alkalikloridi-kuparikloridiliuok- 5 sen aikaansaamiseksi ja raudan sekä elementtirikin talteenottamiseksi kiintoainesakkana, jolloin liuotus suoritetaan jatkuvatoimisesti vasta-virtaperiaatteella ja useampivaiheisena, tunnettu siitä, että kuparirikastetta liuotetaan atmosfäärisissä olosuhteissa korkeintaan liuoksen kiehumispistettä vastaavassa lämpötilassa ja kiintoaineelle ίο järjestetään liuosta pidempi viive palauttamalla osa kiintoaineesta takaisin liuotukseen kiintoaineen päävirtauksen vastaisesti, jolloin rikasteen rauta saostetaan pääosin hematiittina.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 15 kiintoainetta palautetaan kiintoaineen virtaussuuntaan nähden jonkin aikaisemman vaiheen reaktoriin siten, että kiintoaineen liuotusaika pidentyy ainakin kaksinkertaiseksi verrattuna liuotusaikaan ilman kierrätystä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin vaiheen lopussa on neste-kiintoaine-erotus, jonka alitteena saatavaa kiintoainesakkaa kierrätetään jonkin edellisen vaiheen reaktoriin.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin vaiheen lopussa on neste-kiintoaine-erotus, jonka alitteena saatavaa kiintoainesakkaa kierrätetään jonkin edellisen vaiheen ensimmäiseen reaktoriin.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että i kiintoainetta palautetaan saman vaiheen sisällä kiintoaineen 108864 virtaussuuntaan nähden aikaisempiin reaktoreihin siten, että kiintoaineen liuotusaika pidentyy ainakin kaksinkertaiseksi verrattuna liuotusaikaan ilman kierrätystä.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin vaiheen lopussa on neste-kiintoaine-erotus, jonka alitteena saatavaa kiintoainesakkaa kierrätetään johonkin saman vaiheen reaktoriin. ίο 7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin vaiheen lopussa on neste-kiintoaine-erotus, jonka alitteena saatavaa kiintoainesakkaa kierrätetään saman vaiheen ensimmäiseen reaktoriin.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiintoainetta kierrätetään yksittäisessä reaktorissa.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vai- i heen ensimmäisessä reaktorissa kiintoaineen määrä on ainakin 250 : 20 g/L. *

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiintoaineen liuotusaika on ainakin 10 h. 25 108864