IT8109337A1 - Processo di separazione elettrolitica di zinco da una soluzione di solfato acido di zinco - Google Patents

Description

Descrizione dell' Invenzione Industriale dal titolo; ?PROCEESO DI SEPARAZIONE ELETTROLITICA DI ZINCO DA UNA OLUZONE DI SOLFATO ACIDO DI ZINCO"

RIASSUNTO

Nel processo per l'elettroseparazione cio? separazion elettrolitica di zinco da un elettrolita di solfato acido di zinco, l'elettrolita viene ricircolato alle celle ed una porzione dell'elettrolita viene fatta ritornare cio? riportata all'operazione di lisciviazione del materiale cio? contenente lo zinco. Facendo ritornare soltanto l'elettro lita traboccante dalle celle elettrolitiche che con tengono anodi nuovi e/o recentemente puliti all'ope razione di lisciviazione, la quantit? di fanghiglia nelle celle pu? essere ridotta, il periodo fra le puliture delle celle pu? essere allungato e la quantit? di agente di addizione per il controllo del con venuto di piombo nello zinco depositato pu? essere ridotto. L'elettrolita che trabocca soltanto da det te celle che contengono anodi nuovi e/o recentemente puliti viene deviato e tenuto separato dall'elettrolita di ricircolazione da tutte le altre celle essendo previsti mezzi separati per la raccolta ed il trasferimento dell'elettrolita di lisciviazione . Tali mezzi possono coesistere in due tubi di traboccamento separati mento di una cella, ed in mezzi chiusura cio? di esclusione, con cui l'elettrolita pu? essere diretto sia nel circuito di ricircolazione sia nell'operazione di lisciviazione, oppure in ambedue, seconda di come richiesto.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un miglioramento dell'elettroseparazione cio? separazione elettrolitica di zinco da una soluzione di solfato acido di zinco.

Nel processo per il recupero di zinco dalla soluzione di solfato ?cido di zinco, lo zinco calcinato o lo zinco concentrato viene lisciviato a temperatura elevata ed a prensi?ne atmosferica o a pressione elevata con il ritorno di acido solforico o di elettrolita gi? impiegato, dal processo di elettros parazione. La soluzione di lisciviazione viene neutralizzata ed assoggettata ad un certo numero di sta di di depurazione usando biossido di manganese e polvere di zinco e la soluzion depurata viene assoggettata all'elettrolis per l'elettroseparazione del lo zinco. L'elettrolisi viene ffettu a in celleelettrolitiche sando catodi di e anodi piomboargento. Agenti additivi cole celle ? aarbor.ia ire di stronoio o di bario venga usat per ottenere depos iti uniformi di zinco sostanzialmente puro. Vie ne normalmente usato un periodo di deposito di zinco fra 21 e 72 ore, dopo di che i catodi vengono rimossi dalle celle per il recupero dello zinco depositante e vengobo sostituiti con catodi freschi, cio? nuovi. Gli anodi vengono rimossi periodicamente per essere puliti e vengono successivamente rimessi nelle celle. Il lasso di tempo fra le puliture degli anodi varia ma ? abitualmente fra tre e dieci settimane. Le celle elettrol?tiche vengono periodicamente esegui te, i? disinserite e pulite per asportare la melma della cella. L'elettrolita trabocca dalle celle e viene abitualmente fatto ricircolare in un circuito chiuso. e necessario, il circuito di ricircolazione comprende uno scambiatore di calore per raffredd are l'elettrolita in circolazione. Una porzione dell'elettrolit? ricircolante viene normalmente prelevata dal sistema e riportata quale acido di ritorno o elettrolita gi? impiegata al 'operazione di lisci iazione del prodott calcinato o concentrato Il processo, come descritt sopra nelle sue degli impianti elettroliti

circolazione dell'elettrolita, particolare, ? sposta nel Brevetto degli Stati Uniti. 1.82.521 se condo il quale metalli vengono ricuperati in un pro cesso consistente nella liscivia zione di materiale metallifero con elettrolita gi? impiegato nell'elettr olizzazione della soluzione di lsciviazione, nelle circolazione dell'elettrolita attraverso le celle elettrolitiche e nel prelievo di una porzione dell 'elettrolita circolazione per riportarle alla lisciviazione.

Durante l'elettrolisi di un soluzione depurata di solfato acido di zinco si forma una fanghiglia che cons?ste per la maggior parte di biossido di manganese, composti precipitat solf ato i bario o di stronzio e solfato di e prodotti precipitati di corrosione dell come solfato di piombo e ossidi di piombo. La parte della fanghiglia formata si deposita fondo alle celle una parte pi? piccola rimane sospesa nell' lettrolita circolante . Soltano una arte di queste porzione pi? piccola viene asportat con l'elettrolita che viene riportato all'operazione di lisciviazione, ed il resto viene fatto ricircolare. Secondo il Brevetto USA 2.072.311 viene descirtto un metodo per l'elettrolizzazione di un elettrolita privo di fanghi glia contenente zinco, quale comprende il passaggio dell'elettrolita attraverso una cella elettrolitica con velocit? sufficiente per portare via la fanghiglia formata dalla cella ed il mettere a contatto la fanghiglia contenete elettrolita con materiale por tante cio? contenente zinco per sciogliere lo zinco nell'elettrolita. Il metodo per rimuovere la fanghighia in conformit? di questo brevetto menzionato per ultimo ? veramente poco pratico, perch? le velocit? di flusso che sono necessarie per sportare tutta la fangh?glia dalla cella sarebbero elevate in modo indesiderato. erci? nella maggior parte degli impianti commerciali per l'elettroseparazione di zinco, la fanghiglia formata durante l'elettrolsi e non aderente agli anodi si depone nelle celle elettrolitiche. Ci? rende necessaria la pul?tura eriodica delle celle.

S? ? per? osservato che la formazione di una maggiore porzione di fangh?glia si verifica nelle celle che contengono anodi nuovi e/o che sono stati necesriamente puliti. Abbiamo anche trovato elettroli ta che trabocca da queste celle contiene una quantit? di particelle di fanghiglia che ? considerevolmente pi? elevata che nell?elettrolita traboccante da celle contenenti anodi che sono stati in funzione per alme no un giorno. Inoltre si ? osservato che il grado d? corrosione degli anodi ? pi? elevato per anodi nuovi e recentemente puliti, e che il grado di corrosione diminuisce in modo marcato dopo che gli anodi nuovi e rec?ntemente puliti sono stati in uso per circa un giorno. Di conseguenza, il consumo di agenti additivi come carbonato di bario o di stronzio per controllare cio? mantenere ridotto il contenuto in piombo nel l'elettrolita e nello zinco depositato ? pi? elevato in celle che contengono anodi nuovi e recentemente puliti.

Si ? ora scoperto che la quantit? di fanghiglia nelle celle elettrolitiche pu? essere ridotta, che il periodo fra le puliture di una cella pu? essere allungato e che la quantit? di carbonato di bario o carbonato di stronzio aggiunto pu? essere ridotta quando soltanto l'elettrolita che trabocca da celle conten?nti anodi m ovi e/o recentemente puliti viene riportate cio? ritornato nell'operazione di lisciviazione del materiale portante cio? contenente zinco.

Secondo l'invenzione - nel processo per l'elettroseparazione di zinco mediente la lisciviazione di un materiale contenente zinco con elettrolita gi? impiegato contenente acido solforico , la depurazione della soluzione di lisciviazione risultante, l'elet trolizzazione della soluzione depurata in una pluralit? di celle elettrolitiche contenenti catodi ed anodi per la deposizione di zinco sui catodi, la ricir colazione dell'elettrolita che trabocca dalle celle, il ritorno di una porzione dell'elettrolita ricircoante quale elettrolita gi? imp?egato a detta lisciviazione e la sostituzione periodica di anodi nelle celle - ? previsto il miglioramento che comprende la scelta, quale elettrolita gi? impiegata dll'elettro lita di ritorno che trabocca dalle celle contenenti anodi scelti da anodi nuovi o recentemente ripuliti.

Sot to un altro aspetto, la presente invenzione prevede una apparecchiatura per il recupero di zinco comprendente in combinazione un'unit? di lisciviazioed un'unit? di elettroseparazione detta unit? di elettroseparazione includendo una pluralit? di celle di eletrolisi presentanti mezzi entrata per l'elettrolita e mazzi di traboccamento dell'elettrolita un circuitodi ricircolazione dell'elettrolita che collega detti mezzi di traboccamento per l'elettrolita con detti mezzi di entrata per l'elettrolita; mezzi di trasferimento per deviare l'elettrolita da detto circuito di ricircolazione a detta unit? di li scivi azione, detti m?zzi di trasferimento essendo collegati fra detti mezzi di traboccamento e detta unit? di lisciviazione: mezzi per deviare l'elettrolita che trabocca in detto circuito di ricircolazione; e mezzi per deviare l?elettrolita che trabocca da una qualsiasi c?lla di elettrolisi prescelta in detti mezzi di trasferimento.

L 'invenzione sar?ora descritta in dettaglio con riferimento alla realizzazione preferita dell'invenzione. Una soluzione di solfato acido di zinco purificato viene elettrolizzata in una pluralit? di celle elettrolitiche disposte in gruppi paralleli di file di calle. L'elettrolita viene alimentato ad ogni cella, scorre attraverso la cella e trabacca in un circuito chiuso di ricircolazione pe il ritorno dell'elettrolita nelle celle. Il traboccamento delle celle viene raccolto in un erbatoio di compensazione che ? posizionatonel circuito di ricircolazione. Elettrolita nuovo o neutro e le quantit? richieste di agenti additivi vengono aggiunti in un punto opportuno, per esempio nelserbatoio di compemsazione. L'elettrolita viene pompato dal serbatoio di compensazione ad uno scambiatore di calore, come per esempio una di raffreddamento dove la temperatura del l 'elettrolita viene regolata nell?ambito desiderato

fra 25 e 40?C, preferibilmente nell'ambito fra circa

25 e 30?C. L'elettrolita proveniente dallo scambiata

re di calore viene successivamente distribuito ad o?

gni cella elettrolitica. Il volume di elettrolita che trabocca dalle celle pu? ?ssere regolato tramite la re gelazione dell' alimeniazione alle celle ed il volume dovrebbe essere sufficiente per mantenere il tenore di zinco e la temperatura dell'elettrolita ai valori desiderati.

Gli anodi nelle celle el?ttrelitiche vengono puliti periodicamente per asportare materiale come per esempio biossido di manganese , che aderisce alle superfici degli anodi. La frequenza di pulitura, cio? il cielo di anodo ? in relazione alla composizione e temperatura dell''elettrolita, al rendimento di corrente

ed al contenuto in piombo delle zinco depositato.

La quantit? di anodi nelle celle elettrolitiche,

il cielo di anodo e la durata di servizio degli anodi determinano il numero di anodi che devono essere sostituiti da anodi nuovi o appena puliti ogni giorno e il numero di celle che devono essere ogni giorno fornite

con anodi nuovi e/o appena puliti . La pulitura degli

anodi pu? essere eseguita con uno qualsiasi dei diversi metodi adatti allo scopo. Si preferisce puliregli anodi meccanicamente. Pertanto gli anodi vengono ri

m ossi dalla cella alla fine del ciclo di anodo gli anoeti poco buoni vengono sostituiti con nuovi anodi secondo necessit? mentre gli anodi rimanenti vengono puliti. Anodi nuovi e/o appena puliti vengono rimessi nelle celle. In una buona cio? efficiente operazione la quantit? di anodi nuovi ? molto ridotta rispetto alla quantit? di anodi appena puliti. Durante l'opera zione di elettrolisi, un certo numero di celle viene assoggettato temporaneamente al cambiamento da anodi usati, alla fine del ciclo di anodo, a anodi nuovi e/o appena puliti.

Secondo l'invenzione, l'elettrolita che trabocca dalle celle che contengono anod nuovi e/o recentemente puliti , cio? anodi che sono nuovi o che sono stati puliti da poco e che sono stati in uso per un periodo di tempo compreso fra una mezza giornata e duo giorni proferibilmente tra una giornata e una giornata e mezzo, viene riportato quale acido di ritorno o elettrolita gi? impiegato all'operazione di lisciviazione. Questo volume di acido di ritorno viene deviato da e tenuto separato dall'elettrolita che trabocca da tutte le altre celle nei circuito di ricircolazione. La deviazione e la separazione di questo volume di acido di ritorno, sono ottenute prevedendo mezzi per trasferire l'elettrolita traboccante dalle celle che contengono anodi nuovi e/o recentemente puliti all 'operazione di lisciviazione. Tali mezzi di trasferimento dell?elettrolita all'impianto di lisciviazione pos sono comprendere un sistema separato di tubazioni che collega i messi di tr?boccamento di ogni cella con l'impianto di lisciviazione. Sono previsti m?zzi per rendere possibile dirigere il traboccamento di celle al circuito di ricircolazione o ai mezzi di trasferimento per l'acido di ritorno.

In una forma preferita di realizzazione, i mezzo di traboccamento delle celle comprende due tubi di tr?boccamento separati. Il primo tubo di traboccamento ? col legato al circuito di ricircolazione, ed il secondo tu bo di traboccamento ? collegato ai mezzi di trasfer?mento per l'acido di riton o nell?operazione di lisciviazione. Viene previsto un mezzo di chiusura, cio? d? esclusione , come un tappo, un dispositivo di arresto a una valvola, che pu? essere usato per far si che la cella trabocchi nel circuito di ricircolazione enell 'operazione di lisciviazione, o in ambedue , secondo come desiderato . Cos? l?elettrolita che trabocca da una cella pu? essere diretto completamente nel circuito di ricircolazione per il ritorto alle celle chiudendo il traboccamento nel secondo tubo di traboccamento, opure interamente nel mezzo di trasferimento per l?acido di ritorno chiudendo il traboccamento nel primo tubo di traboccamento 9 oppure il traboccamento pu? essere diviso e diretto in ambedue, cio? sia nel circuito di ricircolazione che nel mezzo di trasferimento. Le dimensioni dei tubi di traboccamento sono scelte in modo tale che tutto il traboccamento di una cella pu? essere accolto cio? ricevuto da ogni tubo di tra boccamento. Preferibilmente le dimensioni dei tubi di traboccamento sono le stesse, di modo che quando non vengono usati i messi,di chiusura cio? di esclusione, il traboccamento di una cella si divide in porsioni all'incirca uguali fra due tubi di traboccamento.

Il volume di elettrolita ritornata all'operazione di liscivi azione deve essere preferibilmente all'incirca uguale al volume di elettrolita fresco aggiunto nel process?. Per compensare le perdite di evaporazione e perdite causate dall'elettrolisi, pu? essere aggiunto un volume di acqua di integrazione.

L'invenzione verr? ora illustrata per mezzo dei seguenti esempi non limitativi.

Esempio comparativo.

Questo esempio illustra il funzionamento di un'unit? di 30 celle elettrolitiche in un impianto commerciale esistente di elettroseparazione zin co Le celle sono disposte in due file di 15 celle, ognuna contenente 49 anodi e . L'unit? venne fatta funzionare secondo il metodo convenzionale di che consisteva nell'alimentare 180l/min. di elettrolitadal circuito chiuso di ricircolazione di elettrolita ad ogni cella. traboccamento delle celle veniva ricircolato con una portata di /min. Una corrente di prelievo dal circuito di ricircolazione venne riportata all'operazione di lisciviaziono ognuna portata di /min. mentre venne aggiunto elettrolita nuovo, mentre al circuito di ricircolazione con una portata di /min. Il ciclo di pulitura degli anodi era di 42 Per controllare, cio? contenere il contenuto in piombo nell'elettrolita e nello zinco depositato, vennero aggiunti in modo continuo 2,2 Kg di carbonato di ba? rio per tonnellata di zinco depositato. Lungo un periodo di 6 settimane il contenuto di piombo dello zinco depositato venne determinato dopo ogni ciclo di deposizione. Il contenuto di piombo risultava in media di 15 ppm. L'unit? venne fatta funzionare per un ulteriore periodo ma sanza l'aggiunta di carbonato di bario. contenuto medio di piombo dello zinco depositao durante questo ulteriore periodo era aumentat fino a 23,9 ppn.

Esempio 1

Questo esempio si riferisce all'unit? di 30 cel le elettrolitiche come descritto nell'esempio comparativo, ma modificata per mettere pratica il metodo secondo l'?nvenzione. L'alimentazione di elettrolita ad ogni cella viene fornita da un circuito chiuso di ricircolazione di elettrolita comprendente un serbatoio di compensazione ed uno scambiatore d? calore. L'elettrolita trabocca da ogni, cella in un mezzo di traboccamento che comprende due tubi di traboccamento, uno collegato al circuito di ricircolazione, l'altro collegato a tubazioni per trasfe rire il traboccamento all'operazione d lisciviazione del materiale contenente zinco Sono forniti mez zi di arresto per chiudere il traboccamento di elet trolita attraverso uno dei due tubi di traboccamento L'unit? venne fatta funzionare con un flusso di elettrolita neutro (nuovo) al serbatoio di compensa zione d? 270l/min. e con un flusso di elettrolita ricircolato ad ogni cella di 1 80l/min. Il trabocca mento di elettrolita da ogni cella nel circuito d? ricircolazione era di 180l/min. per una portata totale di circolazione dell'elettrolita d? 5400 l/min. Il flusso totale di acido di all'operazione di lisciviazione era di 276/min.

La pulitura degli anodi venne effettuata per 5 giorni ogni settimana e venne adottatoun ciclo di anodi di 42 giorni. Ci?rendeva necessarie la pulitura e la sostituzionedei 49 anodi di una cella per ognuno di questi 5 giorni. Per ottenere il flusso di acido di ritorno di 270l/min e mantenere una cir colazione di 180I/min per cella, tutto il trabocca mento da unacella e met? del traboccamento di una seconda cellavennero deviati nell'operazione di li sciviazione.

Sei processo di elettrolisi continuo questo traboccamento 1 1/2 da due celle venne ottenuto chiudendo il traboccamento al circuitodi ricircola zione nella cella nella quale gli anodi erano stati sostituiti con anodi appena puliti e tenendo aperti tubod? traboccamento per l'acido di ritor no per il primo giorno di funzionamentodando luogo ad un flusso di acido di ritorno di 180l/min e te nendo aperti ambedue i tubi di traboccamento nella cella dove gli anodi erano stati puliti il giorno precedente dando luogo ad un flusso di elettrolita di 90 l/min all'operazione di lisciviazione e di 90 l/min al circuito di ricircolazione. Il ciclo di lavorazione per la pulitura di anodi o per il flussi di elettrolita ricircolante e dell'acido di pu? essere ulteriormente illustrato dalla tabella seguente: CICLO DI LAVORAZIONE PER LA PULITURA DEGLI ANODI E PER L'ACIDO DI RITORNO

Esempio 3 L' unit? modificata di celle elettrolitiche viene fatta funzionare per un periodo di 6 settimane come descritto nell'esempio 1 con l'aggiunta di 1 kg di carbonato di bario per tonnellat di zinco depositato. Il contenuto medio in piombo dello zinco epositato venne determinato dopo ogni ciclo di deposizione. Il contenuto medio in piombo era di 8,9 pm. L'aggiunta di carbonato di bario venne succssivamente sospesa e il fuzionamento dell'u nit? fu continuato per un periodo di 3 settimane. contenuto medio di piombo dello zinco depositato aument? fino a 13,9 ppm.

Confrontando i risultati dell'esempio comparativo e dell'esempio 2, si pu? vedere che il contenuto in piombo dello zinco depositato pu? essere rido to deviando l'elettrolita che trabocca, da celle che contengono anodi recentemente puliti nell'o-

perazione di lisciviazione. Si pu? anche vedere che la quant?t? di prodotto additivo aggiunta per il controllo del contenuto d? piombo nello zinco deposita o pu? essere considerevolm ente ridotta, pur mantenend un basso contenuto di piombo nello zinco depositato.

Un risultato naturale del funzionamento dell'im

Claims (3)

RIVENDICAZIONE

1) In un processo per l'elettroseparazione di zinco comprendente la lisciviazione di materiale contenete zinco con elettrolita gi? impiegato con tenente acido solforico, la depurazione della soluzione di lisciviazione risultate, l'elettrolizzazione della soluzione depurata in una pluralit? d? celle elettrolitiche contenenti catodi e anodi per la deposizione di zinco sui catodi, la ricirco lazione dell'elettrolita che trabocca dalle celle 0l ritorno di una porzione dell elettrolita ric?rcolante quale elettrolita gi? impiegato a detta lisciviazione e la sostituzione periodica degli anodi nelle celle; il miglioramento che comprende la scelta quale elettrolita gi? impiegato dell'elettro lita di ritorno traboccante dalle celle contenenti anodi scelti da anodi nuovi o recentemente puliti.

2) Il miglioramento della rivendicazione 1, nel qual llettr?lita viene riportato a detta lisciviazione per un periodo di tempo nell'ambito fra circa 1/2 giornata e 2 giorni dopo che detti anodi sono stati sostituiti.

3) Un processo per l'elettroseparazione di zin co da una soluzione di solfato acido di zinco in un pluralit? di celle contenenti catodi ed anodi che comprende la lisciviazione del materiale portanti cio? contenente lo zinco con elettr?lita gi? impiegato, la depurazione della soluzione di lisci vi?zione risultante, l'alimentazione di un volume di soluzione depurata quale elettrolita fresco ad ognuna di detta pluralit? di celle, l'elettrolizzazione di detto elettrolita fresco per la deposizione d? zinco, la ricircolazione dell'elettrolita che trabocca dalle celle nelle celle, la rimozione periodica degli anodi dalla celle alla fine del cico di anodo, la pulitura degli anodi rimossi in un ciclico per cui tutti gli anodi vengono puliti durante detto ciclo di il ritorno di detti anodi puliti alle celle ed il ritorno dell'lettrolita che trabocca dalle celle contenenti anodi recentemente puliti elettrolita gi? in piegato, il volume dell'elettrolita ritornato alla lisciviazione quale elettrolita gi? impiegato essen do all'incirca uguale al volume di elettrolita fresco alimentato a detta pluralit? di celle.

4) Il precesso come rivendicato nella rivendicasiere 1, 2 o 3 in cui l'elettrolita che trabocca, dalle celle contenenti anodi recentemente puliti vie ne riportato a detta lisciviazione per un periodo di tempo nell'ambito fra circa un giorno ed un gior no e mezzo dopo che detti anodi puliti sono stati risistemati nelle celle.

3) Un'apparecchiatura per il recupero di zinco comprendente in combinazione un'unit? di lisciviazioni ed un?unit? di elettroseparazione detta unit? di elettroseparazione includendo una pluralit? di celle di elettrolisi presentanti mezzi di entra ta per l'elettrolita e mezzi di traboccamento dell'elettrolita; un circuito di ricircolazione dell'elettrolita che collega detti mezzi di traboccamento dell'elettrolita con detti mezzi di entrata dell'elettrolita; mezzi di trasferimento per deviare l'elettrolita da detto circuito di ricircolazione a detta unit? di lisciviazione, detti mezzi di trasferimento essendo collegati fra detti mezzi di trabo ccamento e detta unit? di lisciviazione mezzi pe la deviazione dell'elettrolita che trabocca in de tto circuito di ricircolazione : e mezzi per la deviazione dell'elettrolita che trabocca da una qualsiasi cella prescelta di ele ttrolisi in detti mezzi di trasferimento.

5) Un'apparecchiatura come definita nella rivendicazione 5, in cui detto mez zo di traboccamento comprende un primo ed un secondo tubo di traboccamento , detto primo tubo di traboccamento essendo collegato a detto circuito di ricircolazione e detto secondo tubo di traboccamento essendo collegato a det ti mezzi di trasferimento.

7) Un'apparecchiatura come definito nella rivendicazione 6, in cui detti primo e secondo tubo di raboccamento sono corredati di mezzi di chiusura.

3) Un'apparecchiatura come definita nella rivendicazione 6 o 7, in cui detti primo e secondo tu bo di traboccamento presentano le stesse dimensionni.