Kupfer mit Elektrowinning-Verfahren extrahiert

Dual Filter Media for Solvent Extraction Electrowinning

Eine der führenden Methoden zur Gewinnung von Metallen wie Kupfer aus ihren Erten ist Lösungsmittelextraktion und Elektrowinning (SXEW). Dieser Prozess kann durch den Einsatz von Granat-Anthrazit-Dual-Filtermedien vor dem Elektrogewinnschritt verbessert werden, was deutlich verbesserte Ergebnisse aus dem endgültigen elektrochemischen Prozess ermöglicht.

Overview of SXEW

SXEW ist das Elektrodepositon von Metallen (Electrowinning) aus ihren abgebauten Erten, die durch ein Auslaugungsverfahren in wässrige Lösung gebracht wurden, das nominell mit einem Lösungsmittelextraktionsverfahren gereinigt wurde. In einem einfachen Elektrolyse-Setup ist die metallhaltige Auslaugungslösung der Elektrolyt.

wässrige Lösung von Erz, das mit Dual-Filter-Medien LösungsmittelExtraktion Elektrowinning verwendet werden würde

What is Solvent Extraction?

Die Lösungsmittelextraktion ist der chemische Prozess der Anwendung sequentiver wässriger und/oder organischer Lösungen auf eine andere Lösung, um unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen und sicherzustellen, dass sich das gewünschte Produkt in einer klar definierten Lösung befindet, im Falle der Lösungsmittelextraktion vor dem Elektrogewinn, dies wird die wässrige Phase sein.

Der Prozess der Auslaugung führt zu einer Lösung von Metallionen und anderen Verunreinigungen aus dem Erz in einer schwach sauren wässrigen Lösung, die eine "schwangere Laube" erzeugt. Diese Extraktanlösung wird mit einer organischen Phase ("Verdünnungsmittel") emulgiert - typischerweise Öl auf Basis von Metallurgieanwendungen, oft mit hohem aromatischen Gehalt, obwohl aliphatische Verdünnungsmittel verwendet wurden - und die gewünschten Metallionen bewegen sich in die nun "geladene" organische Phase. Die alte wässrige Phase ("raffinate") wird entfernt, nimmt einige Unerwünschte mit und kann zum Auslaugung wiederverwendet werden.

Da der zukünftige Elektrogewinnungsprozess Metallionen in wässriger Lösung erfordert, wird die "geladene" organische Phase als nächstes mit einer neuen stark sauren wässrigen Phase (einem "schlanken Elektrolyt", typischerweise Schwefelsäure), in die die gewünschten Metallionen übergehen, emulgiert. Die nun abgestreifte organische Phase kann dann verworfen, aber in der Regel wiederverwendet werden. Die wässrige Phase kann in die nächste Phase übergehen und wird als "schwangerer Elektrolyt" bezeichnet.

Lösungsmittelextraktionsanlage

What is Electrowinning?

Zuerst von Davy verwendet, um Natriummetall aus geschmolzenem Natriumhydroxid zu extrahieren, und dann von Maximilian, um Kupfer zu extrahieren, elektrowinning ist ein elektrochemischer Prozess, der Strom verwendet, um Metalle aus Lösung zu extrahieren(1). Ein Strom wird von einer inerten Anode durch den "schwangeren Elektrolyt" (der aus der Behandlung durch Lösungsmittelextraktion der Laube erworben wurde, wie oben) aus dem Erz geleitet, und das gewünschte Metall wird auf der Kathode abgelagert, die manuell gesammelt werden kann. Elektrowinning ist oft mit einer viel reineren Extraktion im Vergleich zu der des Schmelzens verbunden. Nach einem Elektrowinning-Verfahren kann "verbrauchter" Elektrolyt wiederverwendet werden, um weitere Metallionen aus der "geladenen" organischen Phase von früher zu extrahieren.

Filtration can Enhance the SXEW Process

Bei jedem chemischen Prozess können durch einen Lösungsmittelextraktionsprozess kleine Mengen an Restfeststoffen vorherrschen - insbesondere im Maßstab. Andere Verunreinigungen können Restmengen der organischen Phase und damit die darin gelösten Verbindungen enthalten. Ein Filtrationsprozess entfernt alle diese unerwünschten Materialien, indem es einen saubereren und reineren Elektrolyten für den Elektrogewinnprozess bereitstellt, wodurch die Effizienz dieses Prozesses erhöht und die Wahrscheinlichkeit von Nebenprodukten verringert wird. Ein häufiges Merkmal in Erzen von Kupfer und Kobalt aus Ostafrika, und die Gesteine, in denen sie gefunden werden, sind Silikat-Typ Verbindungen. Ohne angemessene Behandlung können Silikat-/Silikaverbindungen (kolloidal, gelartig oder gelöst) schwerwiegende Probleme im SXEW-Prozess verursachen, wie z. B. "Crud"-Bildung, Schwierigkeiten und/oder Verlangsamung bei der Phasentrennung und Verluste an der Raffinatation. Unbehandelte Kieselsäureverbindungen können das Elektrogewinnungssystem erreichen und aufgrund der hochsäuerlichen Natur des Elektrolyten Polymerisation und potenzieller Ablagerung auf den Elektroden erreichen - was die Effizienz des Systems erheblich reduziert(2).

Dual-Filter-Medienanlage

How and why?

Im industriellen SXEW-Verfahren erfolgt die Filtration zwischen Lösemittelextraktion und Elektrogewinnung und ist ein wichtiger Schritt, um einen optimalen Elektrogewinn zu gewährleisten. Branchenweit werden viele verschiedene Filtrationswege eingesetzt - meist auf der Grundlage des Größenausschlusses. Ein sequentieller Ansatz zur Filtration ist üblich, wobei die wässrige Phase auf verunreinigungen nur auf der Low-End-Mikronskala heruntergestuft wird. Dies hat inhärente Vorteile an sich - ein Step-Down-Prozess ist effektiver als ein einzelner Filtrationsschritt.

Je nach Prozessort, Waage und gewünschtem isoliertem Metall kommen unterschiedliche Filtrationsmedien zum Einsatz. Da die Lösungsmittelextraktion an einer wässrig-organischen Schnittstelle erfolgt, kann das Vorhandensein von Fremdmaterial die chemische und physikalische Leistungsfähigkeit des Phasentransfers beeinträchtigen und beeinträchtigen. Da der SXEW-Prozess häufig mit einem Prozess ausgeführt wird, der wässrige oder "gestreifte" wässrige und organische Lösungen wiederverwendet, ist die Entfernung von Verunreinigungen vor der Wiederverwendung der Lösung von entscheidender Bedeutung. Immer beliebter - vor allem für die Gewinnung von Kupfer - ist ein duales Anthrazit und Granatfiltrationsmedium, ist dies ein Lösungsmittel Extraktionsfiltermedium. Ein typisches Filterdesign wird als "Säule" bezeichnet, bei der eine dichte Schicht von Filtrationsmedien in ein großes Rohr gepackt wird und das Filtrat von oben durch sie gepumpt wird. Bei dualen Filtrationsmedien werden Medienschichten durch ein dünnes Sandband getrennt, wobei die gröberen Medien zur Oberseite der Säule hin abgetrennt werden.

Maschinen für Elektrowinning

Why Anthracite and Garnet as a Dual Filter Media for Solvent Extraction?

Anthrazit zur Lösungsmittelextraktion und Granat für die Lösungsmittelextraktion werden oft zusammen als Dual-Filter-Medien für die Lösungsmittelextraktion verwendet. Beides sind häufige natürlich vorkommende Produkte.

Granatfiltermedien finden sich in der Natur fast ohne Verunreinigungen; als Filtrationsmedium wird es in zerkleinerter Form verwendet. Beständig gegen chemische Behandlungen, Abrieb und Expansion durch Hitze, ist es ein zuverlässiges Filtrationsmedium für langfristige, hochdurchsatzige Anwendungen. Die Granatfiltration wurde bereits bei 10 Mikrometern nachgewiesen. Dies macht Granat für die Lösungsmittelextraktion ein sehr geeignetes Medium zu verwenden.

Anthrazit-Filtermedien sind eine Kohleart mit dem höchsten Kohlenstoffgehalt und den wenigsten Verunreinigungen unter ihren Kollegen. Da im Jahr 2016 über 479 Kilotonnen produziert wurden, ist Anthrazit ein kostengünstiges Filtrationsmedium, bei dem hochgradig und ultra hochgradig anthrazit ausgiebig in metallurgischen Anwendungen eingesetzt wird. Um eine größere Oberfläche zu gewinnen, wird Anthrazit zur Lösungsmittelextraktion fein gemahlen, bevor es in einem Filter verwendet wird.

In einer Serienkonfiguration werden mehrere entionisierte Betten mit Anthrazit und Granat verwendet SX Filtermedien. Anthrazit wird als gröberes, oberstes Filtermedium verwendet, wodurch die überwiegende Mehrheit der organischen Rückstände entfernt wird. Es folgt fein gemahlener Granat, der feste Verunreinigungen bis in die Mikronskala entfernt. Dieses Dual-Filtermedium für die Lösungsmittelextraktion ist hocheffektiv, kostengünstig und skalierbar.

Kupferrohre

Einige Produktionsanlagen in Sambia haben sechs anthrazit/Granat-Dual-Media-Filtersäulen parallel vor dem Elektrowinning-Schritt eingesetzt und bis zu 800 m3 pro Stunde sauberen, vorrückenden Elektrolyt(4) produziert. Einigen Studien zufolge erreichen moderne Anlagen, die ein SXEW-Verfahren zur Realisierung von Kupfer aus seinem Erz verwenden, bei verwendung s.a. 90 Stromeffizienzen, wenn sie auch duale Medienfiltration(5,6) verwenden, mit jährlichen Produktionsraten von fast 200 kT und 15 kT hochreines Kupfer bzw. Kobalt.

Bei Filtrations-Setups mit Bodenanthrazit und Granat werden Partikelgrößen zwischen 3 und 100 Maschen in einem Ladebereich von 0,5 bis 2,4 m3 prom2 Filtermedien eingesetzt und Durchflussmengen von 3,5 bis 189 Liter n/Minute erreicht(7).

Neben Kupfer und Kobalt war SXEW auch für die Gewinnung von Zink, Eisen(8) und Nickel(9) aus ihren Erzen in hoher Reinheit oder wenn sie mit Kupfer oder Kobalt zusammengesiedelt wurden, nützlich.

Summary

  • Duale Filtrationsmedien für den Lösungsmittelaustausch verbessern den Elektrogewinnprozess, indem organische Rückstände und unerwünschte Feststoffe daran gehindert werden, die Elektrowinning-Phase zu erreichen
  • Der Lösungsmittelaustausch ist die Methode zur Verwendung sequenzieller organischer und wässriger Lösungsmittel, um sicherzustellen, dass Metallionen in einer für die Elektrolyse geeigneten Lösung hochkonzentriert sind und andere Verbindungen verworfen werden.
  • Electrowinning ist der elektrochemische Prozess, bei dem festes Metall bei Anwendung des Stroms in einem Elektrolyt auf einer Elektrode abgelagert wird.
  • SX-Filtermedien werden in der Doppelfiltration mit anthrazitfarbenen Filtermedien und Granatfiltermedien eingesetzt, um eine Kontamination des Elektrowinning-Prozesses und des gesamten SXEW-Zyklus zu verhindern.
  • SXEW mit solchen Dual-Filter-Medien kann verwendet werden, um Kupfer und Kobalt zu isolieren, unter anderem, von ihren Erzen in hoher Reinheit
Lösungsmittelextraktion elektrowining Anlage

References

  1. A. Philip (Anm.) The Electro-plating and Electro-refining of Metals, Lockwood, London, 1902
  2. K. C. Sole, F. K. Crundwell, N. Dlamini und G. Kruger, 9. Southern African Base Metals Conference, Livingstone, 2018
  3. K. C. Sole und O. S. Tinkler, J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 2016, 116, 553-560
  4. K. C. Sole et al. Hydrometallurgie, 2005, 78, 52-78
  5. G. A. Kordosky, J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 2002, 102, 445-450
  6. US-Patent US3842001A, 1973 (abgelaufen)
  7. S. Sandoval et al. J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 2016, 116, 497-507
  8. G. Cote, Lösungsmittel Extr. und Ion Exch., 2000, 18, 703-727
  9. G. Bacon und I. Mihaylov, J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 2002, 102, 435-443
Dual-Filter-Medien Lösungsmittel-Extraktionsprodukte in Töpfen