SE453839B - Forfarande och anordning for utvinning av zink genom lakning och elektrolys - Google Patents

Description

453 839 a d 2 men är vanligen mellan 3 och 10 veckor. De elektrolytiska cellerna stoppas periodískt och rengörs för att avlägsna cellslamm. Elektro- * lyt strömmar över från cellerna och âtercirkuleras vanligen i en sluten krets. Om det är nödvändigt innefattar återcirkulationskretsen en värmeväxlare för att kyla den cirkulerande elektrolyten. En del W av den återcirkulerande elektrolyten avtappas normalt från systemet och återförs som retursyra eller förbrukad elektrolyt till urlaknings- operationen av kalcin eller koncentrat.

Processen, som beskrivs allmänt ovan, beskrivs i Zink, C-H. Mathewson, A.C.S.Monograph, Reinhold Publishing Corporation, New York, 1959, sid. 174-225, och används med mindre variationer i de flesta elektro- lytiska zinkanläggningarna i världen. Cirkulationen av elektrolyt speciellt beskrivs i US-PS l 282 521 enligt vilken metallerna åter- vinns i en process, bestående av urlakning av mineralhaltiga mate- rial med förbrukad elektrolyt, elektrolys av urlakningslösningen, cirkulering av elektrolyt genom de elektrolytiska ställena och bort- tagning av en del av den cirkulerade elektrolyten för återföring till lakningskärlen.

Under elektrolys av renad sur zinksulfatlösning bildas ett slam, som huvudsakligen består av mangandioxid, utfällda föreningar såsom barium eller strontiumsulfat och kalciumsulfat, samt utfällda anod- korrosionsprodukter, såsom blysulfat och blyoxider. En huvuddel av det bildade slammet sedimenterar på cellernas botten, medan en mindre del förblir suspenderad i den cirkulerande elektrolyten.

Endast en del av denna mindre del avlägsnas med elektrolyten som återförs till urlakningsoperationen och återstoden återcirkuleras.

I US-PS 2 072 Bll beskrivs en metod för elektrolysering av en slam- fri zinkhaltig elektrolyt, innefattande genomsläppning av elektro- lyt genom en elektrolyscell med tillräcklig hastighet för att frakta bildat slam från cellen och bringa det elektrolythaltiga slammet i kontakt med zinkbärande material för att lösa zink i elektrolyten. Metoden för avlägsning av slam enligt sistnämnda patent är helt opraktisk,därför att flödeshastigheterna som erfordras f för att avlägsna allt slam från cellen skulle bli ej önskvärt höga.

I de flesta kommersiella anläggningar för elektrolytisk zinkåter- vinning sedimenterar följaktligen slam, bildat under elektrolysen och ej vidhäftande vid anoderna, i de elektrolytiska cellerna. 453 839 Detta nödvändiggör periodisk rening av cellerna.

Vi har emellertid observerat att bildningen av en huvuddel av slam inträffar i celler, som innehåller nya anoderfoch/eller anoder S0m nyligen har renats. Vi har också funnit att elektrolyt som över- svämmar från dessa celler innehåller en mängd slampartiklar, som är avsevärt högre än från elektrolyt, som svämmar över från celler, vilka innehåller anoder, som har varit i drift under åtminstone en dag. Dessutom har vi observerat att anodkorrosionshastigheten är hög för nya och nyligen renade anoder samt att korrosionshastig- heten avtar skarpt efter det att de nya och nyligen renade ancderna har varit i användning omkring en dag. Som ett resultat är förbruk- ningen av tillsatsmedel såsom barium eller strontiumkarbonat för att kontrollera blyhalten i elektrolyten och avsatt zinkjräßtzicelhaq huæ- hållande nya och nyligen renade anoder.

Vi har nu upptäckt att mängden slam i elektrolytcellerna kan redu- ceras, varvid perioden mellan reningar av en cell förlängs och mängden av tillsatt bariumkarbonat eller strontiumkarbonat reduceras, när endast elektrolyt, som svämmar över från celler, innehållande nya och/eller nyligen renade anoder, återförs till urlakningsopera- tionen på zinkbärande material.

Följaktligen utförs vid förfarandet enligt uppfinningen för elektro- lytisk utvinning av zink genom lakning av zinkbärande material med förbrukad elektrolyt innehållande svavelsyra, rening av den erhållna lösningen, elektrolysering av den renade lösningen i ett flertal elektrolysceller innehållande katoder och anoder för utfällning av zinken på katoderna, återcirkulering av elektrolyt som flödar över från cellerna, återföring av en del av den cirkulerande elektrolyten som förbrukad elektrolyt till lakningen, samt periodisk ersättning av anoder i cellerna, varvid förbättringen innefattar att den förbru- kade elektrolyten utgörs av den återförda elektrolyt, som flödar över endast från celler, innehållande nya eller nyligen renade anoder.

I en annan aspekt åstadkommer denna uppfinning en anordning för åter- vinning av zink innefattande i kombination en lakningsenhet och en elektrolytisk utvinningsenhet, vilken elektrolytiska utvinningsenhet innefattar ett flertal elektrolysceller med inloppsorgan för elektrolyt hmm. ,flödar,över 453 839 Qch överflödesorgan för elektrolyt, varvid en âtercirkulations- krets för elektrolyt förbinder nämnda överflödesorgan för elektro- lyt med nämnda inloppsorgan för elektrolyt, överföringsorgan för att avleda elektrolyt från återcirkulationskretsen till lakningsenheten, vilka överföringsorgan är anslutna mellan nämnda överflödesorgan och nämnda lakningsenhet, organ för att avleda överflödad elektrolyt in i àtercirkulationskretsen, samt organ för att avleda elektrolyt som från vilken utvald elektrolyscell som helst in i över- föringsorganen.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj med hänvisning till den föredragna utföringsformen av uppfinningen. Renad sur zinksulfat- lösning elektrolyseras i ett flertal elektrolysceller, anordnade i parallella grupper av rader av celler. Elektrolyt tillförs varje cell, strömmar genom cellen och flödar över in i en sluten åter- cirkulationskrets för återföring av elektrolyten till cellerna.

Cellöverflödet uppsamlas i en utjämningsbehâllare, som är belägen i återcirkulationskretsen. Ny eller neutral elektrolyt och de er- forderliga mängderna av tillsatsmedel tillsätts vid en önskad punkt, t.ex. till utjämningsbehâllaren. Elektrolyt pumpas från utjämnings- behållaren till en värmeväxlare, såsom ett kyltorn, i vilket elektro- lytens temperatur justeras till inom det önskade området av 25 till 40°C, företrädesvis i området av omkring 25 till 30°C. Elektrolyt från värmeväxlaren fördelas därefter till varje elektrolyscell.

Volymen av elektrolyt, som flödar över från cellerna, kan regleras Qenom justering av celltillförseln och volymen skulle vara tillräck- lig för att bibehålla zinkinnehâllet och elektrolytens temperatur vid de önskade värdena.

Anoderna i de elektrolytiska cellerna rengörs periodiskt för att avlägsna material, såsom mangandioxid, som häftar vid anodernas ytor. dReningens frekvens, dvs. anodcykeln, hänför sig till elektrolytens Sammansättning och temperatur, strömeffektiviteten och blyhalten hos den utfällda zinken.

Antalet anoder i de elektrolytiska cellerna, anddcykeln och anodlivs- längden bestämmer antalet anoder, som måste ersättas med nya anoder eller nyrengjorda anoder varje dag samt antalet celler, som varje åaq måste förses med nya och/eller nyrengjorda anoder. Anodernas f: s 453 839 rengöring kan utföras genom vilken som helst av ett antal lämpliga metoder. Vi föredrar att rengöra anoderna mekaniskt. Anoderna av- lägsnas sålunda från cellerna vid slutet av anodcykeln, dåliga anoder ersätts med nya vid behov, medan de återstående anoderna rengörs. Nya och/eller nyrengjorda anoder återförs till cellerna.

I en effektiv operation är antalet nya anoder mycket litet jämfört med antalet nyrengjorda anoder. Under hela elektrolysoperationen underkastas ett antal celler temporärt ändring från använda anóder vid slutet av anodcykeln till nya och/eller nyrengjorda anoder.

Enligt uppfinningen återförs till lakningsoperationen som retursyra eller förhrukad elektrolyt, elektrolyt som flödar över cellerna, vilka innehåller nya och/eller nyrengjorda anoder, dvs. anoder som är nya eller har nyrengjorts och har varit i användning under en tidsperiod i området av omkring en halv till två dagar, företrädes- vis omkríng en till en och halv dag. Denna volym av retursyra avleds från och hålls åtskild från elektrolyten, som översvämmar från alla andra celler in i återcirkulationskretsen. Avledningen och åtskiljandet av denna volym av retursyra uppnås genom att inrätta organ för att överföra elektrolyt, som svämmar över från celler, innehållande nya och/eller nyrengjorda anoder, till lakningsopera- tionen. Sådana överföringsorgan för elektrolyt till lakningsanlägg- ningen kan innefatta ett separat rörledningssystem, som förbinder överflödningsorganen hos varje cell med lakningsanläggningen. Organ är inrättade för att göra det möjligt att rikta cellöverflödet till återcirkulationskretsen eller till överföringsorganen för retursyra.

I en föredragen utföringsform innefattar cellöverflödesorganen tvâ separata överflödesrör. Det första överflödesröret är anslutet till återcirkulationskretsen och det andra överflödesröret är anslutet till överföringsorganen för retursyra till lakningsoperationen. Av- stängningsorgan, såsom en tapp, propp eller ventil är inrättade, vilka kan användas för att bringa cellen att flöda över in i cirku- lationskretsen eller till lakningsoperationen eller båda om så önskas. Elektrolyten som sålunda flödar över från en cell kan riktas helt och hållet in i återcirkulationskretsen för återgång till cellerna genom avstängning av överflödet in i det andra över- flödesröret, eller helt och hållet in i överföringsorganen för retursyra genom avstängning av överflödet in i det första 453 839 överflödesröret, eller överflödet kan delas och riktas in i både återcirkulationskretsen och in i återföringsorganen. Dimensionerna på överflödesrören är valda så att hela cellöverflödet kan rymmas hos varje överflödesrör. Dimensionerna på överflödesrören är före- trädesvis desamma, så att cellöverflödet uppdelas i approximativt lika delar mellan de två överflödesrören, när inga avstängnings- organ används.

Den volym av elektrolyt som âterförs till lakningsoperationen måste företrädesvis vara approximativt densamma som volymen av till pro- cessen tillsatt, ny elektrolyt. För att kompensera för avdunsnings- förluster och förluster, orsakade av elektrolysen, tillsätts en volym tillsatsvatten.

Uppfinningen kommer nu att illustreras med följande icke begränsade exempel.

Jämförande exempel.

Detta exempel illustrerar driften av en enhet om 30 elektrolysceller i en existerande kommersiell anläggning för elektrolytisk utvinning av zink. Cellerna är anordnade i tvâ rader om 15 celler, var och en innehållande 49 anoder och 48 katoder. 'Enheten drevs enligt den konventionella driftsmetoden som bestod i matning med 180 L/min elektrolyt från den slutna återcirkulationskretsen för elektrolyt till varje cell. Hela cellöverflödet âtercirkulerades med en hastig- het av 5.400 L/min. En avtappningsström från återcirkulationskretsen âterfördes till lakningsoperationen med en hastighet av 270 L/min, medan ny neutral elektrolyt tillsattes till återcirkulationskretsen med en hastighet av 270 L/min. Anodens rengöringscykel var 42 dagar.

För att kontrollera blyhalten i elektrolyten och den utfällda zinken tillsattes kontinuerligt 2,2 kg bariumkarbonat per ton utfälld zink.

Under en 6 veckors period bestämdes blyhalten hos utfälld zink efter varje utfällningscykel. Blyhaltens medelvärde var lS ppm. Enheten drevs under en ytterligare period men utan tillsatsen av bariumf karbonat. Medelblyhalten hos den utfällda zinken under denna ytter- ligare period hade ökat till 23,9 ppm. h 1 453 839 Exempel 1.

Detta exempel hänför sig till enheten om 30 elektrolysceller som beskrivits i det jämförande exemplet men modifierats för att utföra metoden enligt uppfinningen. Elektrolyttillförsel till varje cell åstadkoms från en sluten återcirkulationskrets för elektrolyt, inne- fattande en utjämningsbehållare och en värmeväxlare. Elektrolyt flödar över från varje cell in i en överflödesanordning, som inne- fattar två överflödesrör, det ena anslutet till återcirkulations- kretsen, det andra anslutet till rörledningen för överföring av överflöde till lakningsoperationen av zinkhaltigt material. Proppar är inrättade för att stänga av överflödet av elektrolyt genom var och en av överflödesrören.

Enheten drevs med ett flöde av neutral (ny) elektrolyt till utjäm- ningsbehållaren av 270 L/min och ett flöde av återcirkulerad elektro- lyt till varje cell om 180 L/min. Elektrolytöverflödet från varje cell in i återcirkulationskretsen var 180 L/min för en total elektro- lytcirkulationshastighet av 5.400 L/min. Det totala flödet av retur- syra till lakningsoperationen var 270 L/min.

Anodernas rengöring utfördes under 5 dagar per vecka och en anod- cykel om 42 dagar användes. Detta gjorde det nödvändigt att rengöra och ersätta de 49 anoderna hos en cell för var och en av de 5 dagarna.

För att uppnå retursyraflödet av 270 L/min och bibehålla en cirku- latíon av 180 L/min per cell, avleddes hela överflödet från en cell och halva övèrflödet från en andra cell till lakningsoperationen.

I den kontinuerliga elektrolysprocessen uppnåddes detta "l l/2" överflöde från två celler genom avstängning av överflödet till återcirkulationskretsen i cellen, i vilken anoderna hade ersatts “ med nyrengjorda anoder och genom att hålla överflödesröret för retursyra öppen under driftens första dag som åstadkommer ett flöde av retursyra av 180 L/min, samt genom att hålla båda över- flödesrören öppna i cellen, i vilken anoderna har rengjorts före- gående dag vilket åstadkommer ett elektrolytflöde av 90 L/min till lakningsoperationen och 90 L/min till återcirkulationskretsen. För- teckningen över driften för rengöring av anoder och över flöden av återcirkulerande elektrolyt och retursyra âskâdliggörs ytter- ligare genom följande tabell. 453 .839 _om om cm om mm ß Q m m m w m N ewa owfi owfi owfi øwfi bwfl owfi owfi owfi owfi owfi Qwfl mw mw mw wfl w m q _ v « « N N om om om om om om om om oc om om | 1 om mm > w | I m « ¶ m N Q N H m ní m B e 2 m Q ß B o B dMHmMDBMM WUO MHOOZ4 >4 UZHMDOZHM Mmm ZWBMHMQ mH>D UZHZMUHBMDM omfl om cm in wnofimnwm Hmflofid mxuw> man 453 839 Exempel 2.

Den modifierade enheten av elektrolysceller drevs under en period av 6 veckor såsom beskrivits i exempel l med tillsatsen av l kg bariumkarbonat per ton utfälld zink. Medelblyhalten hos den utfällda zinken bestämdes efter varje utfällningscykel. Medelblyhalten var 8,9 ppm. Tillsatsen av bariumkarbonat stoppades sedan och driften av enheten fortsatte under en 3 veckors period. Medelblyhalten hos den utfällda zinken ökade till 13,9 ppm.

Genom att jämföra resultaten från det jämförande exemplet och exempel 2 kan man-se att blyhalten hos utfälld zink kan reduceras genom avledning av elektrolyt, som flödar över från celler, vilka innehåller nyrengjorda anoder, till lakningsoperationen. Man kan också se att mängden tillsatt tillsatsmedel för kontrollen av blyhalten i utfälld zink kan reduceras avsevärt med bibehållande av en låg blyhalt i den utfällda zinken.

Ett naturligt resultat av driften av anläggningen i enlighet med processen enligt uppfinningen skulle vara att under långa drifts- perioder skulle ackumulationen av fast material minskas betydligt, vilket följaktligen skulle kräva mindre tätt förekommande rening av cellerna.

Självfallet kan modifikationer göras i den utföringsform av upp- finníngen som här visas och beskrivits utan att avlägsna sig från uppfinningens omfång såsom den definieras i bifogade patentkrav.

Claims (8)

453 839 W Patentkrav_

1. Förfarande för elektrolytisk utvinning av zink genom lakning av zink- bärande material med förbrukad elektrolyt innehållande svavelsyra, rening av den erhållna lösningen, elektrolysering av den renade lösningen i flera elektro- lysceller innehållande katoder och anoder för utfällning av zinken på katoderna, 1? I återcirkulering av elektrolyt, som flödar över från cellerna, återföring av en del av den cirkulerande elektrolyten som förbrukad elektrolyt till lakningen och periodisk ersättning av anoderna i cellerna, k ä n n e t e c k n a t av att den förbrukade elektrolyten utgörs av den âterförda elektrolyt, som flödar över endast från celler, som innehåller nya eller nyligen renade anoder.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att elektrolyten återförs till lakningen 2-2 dagar efter det att anoderna ersatts.

3. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att som förbrukad elektrolyt återförs endast elektrolyt som flödat över från celler innehållande nyligen renade anoder och volymen hos elektrolyten som âterförts till lakningen som förbrukad elektrolyt är i stort sett lika med volymen hos elektrolyten, som matats till nämnda celler som färsk elektrolyt.

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att elektrolyten, som flödat över från cellerna innehållande nyligen renade anoder, återförs till lakningen 1-1,5 dagar efter det att nämnda renade anoder âterförts till cellerna.

5. Anordning för återvinning av zink, innefattande en lakningsenhet och en elektrolytisk utvinningsenhet, vilken elektrolytisk utvinningsenhet omfattar flera elektrolysceller med inloopsoroan för elektrolyt och överflödesorgan för elektro- lyt, en återcirkulationskrets för elektrolyt, som förbinder nämnda överflödesorgan för elektrolyt med nämnda inloppsorgan för elektrolyt, överföringsorgan för att avleda elektrolyt från återcirkulationskretsen till lakningsenheten, varvid nämnda överföringsorgan är anslutna mellan överflödesorganen och lakningsenheten, samt organ för att avleda elektrolyt, som flödar över, in i nämnda àtercirkulations- krets, k ä n n e t e c k n a d av organ för att avleda elektrolyt, som flödar 3 över från vilken utvald elektrolyscell som helst, in i överföringsorganen.

6. Anordning enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att överflödes- § organen omfattar ett första och ett andra överflödesrör, varvid nämnda första överflödesrör är anslutet till àtercirkulationskretsen och det andra överflödes- röret är anslutet till överföringsorganen. I

7. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att det första och ' det andra överflödesröret är försedda med avstängningsorgan. _

8. Anordning enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d av att det första och det andra överflödesröret har samna dimensioner. 'ul