Sekoittimen pyörimisnopeuden vaikutus sinkin liukenemiseen rikasteesta selvitet-tiin ensin tekemällä kokeet pyörimisnopeuksilla 600, 800 ja 1000 min-1. Kokeet osoittivat, että nopeuden nostaminen arvosta 800 min-1 arvoon 1000 min-1 ei vai-kuta merkittävästi sinkin liukenemiseen rikasteesta. Tulosten perusteella sekoitti-men nopeudeksi valittiin 800 min-1 kaikissa liuotuskokeissa. Muut liuotuskokei-den vakiona pysyvät tekijät olivat liuoksen H2SO4-pitoisuus 150 g/l, Fe2+ -pitoisuus 20 g/l, kiintoaine-pitoisuus 100 g/l ja lietteen kokonaistilavuus 0,7 l.
7 LÄMPÖTILAN VAIKUTUS SINKKIRIKASTEEN LIUKENEMISNOPEUTEEN
Lämpötilan vaikutusta sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen tutkittiin lämpötilois-sa 95 °C ja 110 °C. Liuotuskokeislämpötilois-sa hapen syöttö oli 0,4 L/min (NTP) ja paine 5 bar ylipaine. Koska liuotuskokeet pyrittiin tekemään vakiolämpötilassa, lämpöti-lalle ei sallittu 3 °C suurempaa heilahtelua. Tehtäessä liuotuskokeita 110 °C läm-pötilassa, lämpötila ei pysynyt vakiona 6 tunnin jälkeen, joten tuloksista jätettiin 6 tunnin jälkeen saadut tulokset huomioimatta. Kuvassa 11 on esitetty kokeiden tulokset. Liitteessä I on esitetty kokeiden mittaustulokset.
Kuva 11. Lämpötilan vaikutus sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen. 5 bar ylipaine, hapen syöttö 0,4 L/min (NTP), kiintoainepitoisuus 100 g/L, Fe2+ (alussa) 20 g/L, H2SO4 150 g/L, lignosulfonaatti 0,3 g/L. Liuo-tuskokeet tehtiin reaktioliuoksessa, jonka koostumus on esitetty tau-lukossa IV.
Tuloksista nähdään, että lämpötilalla on suuri vaikutus sinkkirikasteen liu-kenemisnopeuteen. 110 °C:n lämpötilassa 50 %:n konversio saavutettiin noin 30 minuutissa, kun taas 95 °C lämpötilassa siihen kului noin 2,5 tuntia. Liuotuksen alkuvaiheessa lämpötilan havaitaan vaikuttavan sinkin konversioon huomattavasti enemmän kuin loppuvaiheessa. Lisäksi 95 °C lämpötilassa tehdyssä liuotusko-keessa sinkin liukeneminen rikasteesta selvästi hidastuu 6 tunnin liuotusajan jäl-keen. Lämpötilan ollessa 95 °C sinkin konversioksi saatiin 6 tunnissa 82,6 % ja 12 tunnissa 91,4 %. Lämpötilan ollessa 110 °C sinkin konversioksi saatiin 6 tun-nissa 100 %.
8 PAINEEN VAIKUTUS SINKKIRIKASTEEN LIUKENEMISNOPEUTEEN
Paineen vaikutusta sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen tutkittiin paineissa 2, 5 ja 7 bar. Liuotuskokeissa hapen syöttö oli 0,4 L/min (NTP) ja lämpötila 95 °C. Ku-vissa 12 ja 13 on esitetty kokeiden tulokset. Liitteessä II on esitetty kokeiden mit-taustulokset.
Kuva 12. Paineen vaikutus sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen. Lämpötila 95 °C, hapen syöttö 0,4 L/min (NTP), kiintoainepitoisuus 100 g/L, Fe2+ (alussa) 20 g/L, H2SO4 150 g/L, lignosulfonaatti 0,3 g/L. Liuo-tuskokeet tehtiin reaktioliuoksessa, jonka koostumus on esitetty tau-lukossa IV.
Kuva 13. Ferro(III)raudan konsentraatio liuotuskokeen aikana. Lämpötila 95
°C, hapen syöttö 0,4 L/min (NTP), kiintoainepitoisuus 100 g/L, Fe2+
(alussa) 20 g/L, H2SO4 150 g/L, lignosulfonaatti 0,3 g/L. Liuotus-kokeet tehtiin reaktioliuoksessa, jonka koostumus on esitetty taulu-kossa IV.
Kuvasta 12 havaitaan paineen nostamisen 2 bar:sta 5 bar:iin nopeuttavan sinkkiri-kasteen liukenemista huomattavasti, kun taas paineen nostamisella 5 bar:sta 7 bar:iin ei havaita olevan merkittävää vaikutusta sinkin liukenemisnopeuteen.
Paineen kasvu lisää hapen liukoisuutta, joka nopeuttaa ferro(II)raudan hapettumis-ta ferri(III)raudaksi (reaktio 3). Ferri(III)rauhapettumis-ta toimii sinkkisulfidin primäärisenä hapettimena (reaktio 2), joten tällöin sinkin liukeneminen rikasteesta nopeutuu.
Kuvasta 13 voidaan havaita, että ferro(II)raudan hapettuminen ferri(III)raudaksi on nopeinta 7 bar:n paineessa, mikä johtuu liuenneen hapen konsentraation nou-susta lietteessä paineen noustessa 5 bar:sta 7 bar:iin. Kuvista 12 ja 13 voidaan havaita, että sinkkirikasteen liukeneminen ei kuitenkaan nopeudu, vaikka liettees-sä on enemmän ferri(III)rautaa. Tulosten perusteella voidaan todeta, että hapen syötön ollessa 0,4 l/min, 5 bar paine on riittävä sinkin liuotukseen rikasteesta. 5 ja 7 bar:n paineissa 50 % konversiot saavutettiin hieman yli 2 tunnissa, kun taas 2 bar:n paineella siihen kului noin 3,5 tuntia. Paineiden ollessa 2 ja 5 bar sinkin konversioiksi saatiin 82,4 % ja 91,4 % 12 tunnissa. 7 bar paineella sinkin konver-sioksi saatiin 86,7 % 6 tunnissa.
0
9 HAPEN SYÖTÖN VAIKUTUS SINKKIRIKASTEEN LIUKENEMISNOPEUTEEN
Hapen syötön vaikutusta sinkin konversioon tutkittiin hapen syötöillä 0,2; 0,4 ja 0,8 l/min (NTP). Liuotuskokeissa lämpötila oli 95 °C ja paine 5 bar ylipaine. Ku-vassa 14 on esitetty kokeiden tulokset. Liitteessä III on esitetty kokeiden mittaus-tulokset.
Kuva 14. Hapen syötön vaikutus sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen. Läm-pötila 95 °C, 5 bar ylipaine, kiintoainepitoisuus 100 g/L, Fe2+ (alus-sa) 20 g/L, H2SO4 150 g/L, lignosulfonaatti 0,3 g/L. Liuotuskokeet tehtiin reaktioliuoksessa, jonka koostumus on esitetty taulukossa IV.
Tulosten perusteella voidaan todeta, ettei hapen syöttömäärällä ole tutkitulla välil-lä (0,2–0,8 l/min (NTP)) vaikutusta sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen. Tulos oli odotettavissa, sillä hapen syöttömäärä (0,4 l/min (NTP)) valittiin siten, että se on stoikiometrian kannalta moninkertaisesti riittävä sinkkirikasteen liukenemisel-le. Lisäksi kokeissa käytettiin suurta sekoitusnopeutta (800 min-1), jolloin kaasu-neste aineensiirtokaan ei voi rajoittaa sinkkirikasteen liukenemista.
0
10 YHTEENVETO
Työ käsittelee sinkkirikasteen paineliuotusta sulfaattiliuoksessa. Työssä tutkittiin lämpötilan, paineen sekä hapen syötön vaikutuksia sinkin konversioon ja liu-kenemisnopeuteen rikasteesta. Kokeet suoritettiin panosmuotoisesti reaktorissa, jonka kokonaistilavuus oli 1,1 dm3. Kokeissa käytetyn liuoksen rikkihappopitoi-suus oli 150 g/l, kiintoainepitoirikkihappopitoi-suus 100 g/l, Fe2+-pitoisuus alussa 20 g/l ja lietteen kokonaistilavuus 0,7 l.
Sekoitusnopeuden vaikutus sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen tutkittiin ensin nopeuksilla 600, 800 ja 1000 min-1. Tulokset osoittivat, että sekoitusnopeuden nostamisella arvosta 800 min-1 arvoon 1000 min-1 ei ole vaikutusta sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen, joten sekoittimen nopeudeksi valittiin 800 min-1.
Lämpötilalla havaittiin olevan erittäin suuri vaikutus sinkin liukenemisnopeuteen rikasteesta. Kokeet tehtiin lämpötiloissa 95 °C ja 110 °C. 95 °C:n lämpötilassa 50 % konversion saavuttamiseen kului yli nelinkertainen aika verrattuna 110 °C:n lämpötilassa tehtyyn liuotuskokeeseen.
Paineen vaikutusta sinkin konversioon tutkittiin paineissa 2, 5 ja 7 bar. Tuloksista havaittiin paineen kasvun nopeuttavan sinkin liukenemista rikasteesta, kun painet-ta nostettiin 2 bar:spainet-ta 5 bar:iin. Paineen nospainet-tamisella 5 bar:spainet-ta 7 bar:iin ei havaittu olevan vaikutusta sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen. Tulokset osoittivat 5 bar paineen olevan riittävä tehtyihin liuotuskokeisiin hapen syötön ollessa 0,4 l/min.
Jos käytettäisiin suurempia paineita, tulisi myös hapen syöttönopeutta lisätä, jotta sillä olisi vaikutusta sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen.
Hapen syöttönopeuden lisäämisen ei havaittu vaikuttavan sinkin liukenemiseen rikasteesta. Hapen syöttönopeuden vaikutusta sinkin konversioon tutkittiin hapen syötöillä 0,2; 0,4 ja 0,8 l/min (NTP). Tulosten perusteella voidaan todeta syöttö-nopeuden 0,2 l/min olevan riittävä liuotuskokeisiin, kun käytetään 5 bar painetta.
Jotta syöttönopeuden lisäämisestä olisi hyötyä, tulisi myös käytettävää painetta nostaa, koska paine vaikuttaa hapen liukoisuuteen.
LÄHDELUETTELO
1. Santos, S., Machado, R., Correia, M., Reis, M., Ismael, M., Carvalho, J., Ferric sulphate/chloride leaching of zinc and minor elements from a sphale-rite concentrate, Minerals Engineering, 2010.
2. http://www.boliden.com, viitattu 10.03.2010
3. Aydogan, S., Aras, A., Canbazoglu, M., Dissolution kinetics of sphalerite in acidic ferric chloride leaching, Chemical Engineering Journal 114(2005), 67-72.
4. Takala, H., Leaching of zinc concentrates at Outokumpu Kokkola plant, Erzmetall 52(1999), 1, 37-42.
5. Dehghan, R., Noaparast, M., Kolahdoozan, M., Mousavi, S.M., Statistical evaluation and optimization of factors affecting the leaching performance of a sphalerite concentrate, International Journal Of Mineral Processing 89(2008), 9-16.
6. Haakana, T., Lahtinen, M., Takala, H., Ruonala, M., Turunen, I., Develop-ment and modelling of a novel reactor for direct leaching of zinc sulphide concentrates, Chemical Engineering Science 62(2007), 5648-5654.
7. Takala, H., Saxen, B., Lehtinen, L., Takala, H., Lahtinen, M., Svens, K., Ruonala, M., Xiao Congming, Outotec direct leaching application in China.
The SAIMM, 2008.
8. http://www.geologia.fi/, viitattu 10.03.2010
9. Souza, A. D., Pina, P. S., Santos, F. M. F., da Silva, C. A., Leão, V. A., Ef-fect of iron in zinc silicate concentrate on leaching with sulphuric acid, Hy-drometallurgy 95(2009), 207-214.
10. Baba, A. A., Adekola, F. A., Hydrometallurgical processing of a Nigerian spalerite in hydrochloric acid, Hydrometallurgy 101(2010).
11. Babu, M. N., Sahu, K. K., Pandey, B. D., Zinc recovery from sphalerite concentrate by direct oxidative leaching with ammonium, sodium and po-tassium persulphates, Hydrometallurgy 64(2002), 119-129.
12. Xie, K.-q., Yang, X.-w., Wang, J.-k., Yan, J.-f., Shen Q.-f., Kinetic study on pressure leaching of high iron sphalerite concentrate, Transactions of Non-ferrous Metals Society of China 17(2007), 187-194.
13. Kaskiala, T., Studies on gas-lliquid mass transfer in atmospheric leaching of sulphidic zinc concentrates, Teknillinen korkeakoulu, 2005, TKK-ME-DT-3, 137 s.
14. Rönnholm, M.R., Wärnå, J., Salmi, T., Turunen, I., Luoma, M., Kinetics of oxidation of ferrous sulfate with molecular oxygen, Chemical Engineering Science 54(1999), 4223-4232.
15. Verbaan, B., Crundwell, F.K. An electrochemical model for the leaching of a sphalerite concentrate, Hydrometallurgy 16(1986), 345-359.
16. Pecina, T., Franco, T., Castillo, P., Orrantia, E., Leaching of a zinc concen-trate in H2SO4 solutions containing H2O2 and complexing agents, Minerals Engineering 21(2008), 23-30.
17. Levenspiel, O., Chemical reaction engineering, 3rd ed., John Wiley & Sons, 1999, 566-586.
18. Harvey, T., J., Yen, W., T., The influence of chalcopyrite, galena and pyrite on the selective extraction of zinc from base metal sulphide concentrates, Minerals engineering 11(1998), 1-21.
19. Tromans, D., Temperature and pressure dependent solubility of oxygen in water: a thermodynamic analysis, Hydrometallurgy 48(1998), 327-342.
20. Cunxiong Li, Chang Wei, Hong-sheng Xu, Minting Li, Xingbin Li, Zhigan Deng, Gang Fan, Oxidative pressure leaching of sphalerite concentrate with high indium and iron content in sulfuric acid medium, Hydrometallurgy, 2010.
21. Santos, S. M. C., Ismael, M. R. C., Correia, M. J. M., Reis, M. T. A., Deep, A., Carvalho, J. M. R., Hydrometallurgical treatment of a zinc concentrate by atmospheric direct leach process, Proceedings of European Congress of Chemical Engineering (ECCE-6), Copenhagen, 16-20 September 2007.
22. Souza, A. D., Pina, P. S., Leão, V. A., Silva, C. A., Siqueira, P. F., The leaching kinetics of a zinc sulphide concentrate in acid ferric sulphate, Hy-drometallurgy 89(2007), 72-81.
23. Corrious, J.P., Gely, R., Viers, P., Thermodynamic and kinetic study of the pressure leaching of zinc sulfide in aqueous sulfuric acid, Hydrometallurgy 21(1988), 85-102.
24. Kaskiala, T., Determination of oxygen solubility in aqueous sulphuric acid media, Minerals Engineering 15(2002), 853-857.
25. Laitinen, R., Toivonen, J., Yleinen ja epäorgaaninen kemia, Otatieto 1982, 142–150.
26. Baldwin, S. A., Demopoulos, G. P., Papangelakis, V. G., Mathematical modeling of the zinc pressure leach process, Metallurgical and materials transactions B 26B(1995), 1035-1047.
LIITE I
Sinkkipitoisuus ajan funktiona suoritetuissa lämpötilakokeissa.
Sekoitusnopeus 800 min-1
H2SO4 150 g/l
Fe2+ 20 g/l
Kiintoainepitoisuus 100 g/l Lietteen kokonaistilavuus 0,7 l
Paine 5 bar
LIITE II
Sinkkipitoisuus ajan funktiona suoritetuissa painekokeissa.
Sekoitusnopeus 800 min-1
H2SO4 150 g/l
Fe2+ 20 g/l
Kiintoainepitoisuus 100 g/l Lietteen kokonaistilavuus 0,7 l
Lämpötila 95 °C
LIITE III
Sinkkipitoisuus ajan funktiona suoritetuissa hapensyötön kokeissa.
Sekoitusnopeus 800 min-1
H2SO4 150 g/l
Fe2+ 20 g/l
Kiintoainepitoisuus 100 g/l Lietteen kokonaistilavuus 0,7 l
Lämpötila 95 °C