Eisenpyrit zur Bleiraffination und Kupferentfernung


Eisenpyrit hat bereits unzählige Anwendungen
, von der Herstellung von Schwefelverbindungen bis hin zu einem Zusatz in verschiedenen Arten von kommerziellem Glas. Im Bereich der Metallraffination wird Pyrit für die Verwendung bei der Raffination von Blei, wo es ein wesentlicher Bestandteil ist, und der Entfernung von Kupfer aus diesem geschmolzenen Blei und den damit verbundenen Schlacken geschätzt.

Einleitung

Wie bei jeder Metallproduktion muss ein Element der Raffination stattfinden, um vom abgebauten Erz zum nützlichen, lebensfähigen Produkt zu gelangen. Blei kommt natürlich als Galeniterz vor, das natürliche Erz von Blei(ii)-sulfid (PbS), enthält aber oft Verunreinigungen.

Blei wird oft wegen seines Gehalts an anderen Metallen, insbesondere Silber, abgebaut. Zusätzlich können geringe Mengen an Kupferverbindungen in diesen Erzen gefunden werden. Sowohl aus wirtschaftlicher als auch aus praktischer Sicht ist es unerlässlich, das Silber und jedes andere Metall aus dem Blei zu entfernen - oft sind diese Metalle viel wertvoller als Blei, haben einen anderen nachgeschalteten / späten Raffinationsprozess und die Entfernung zum frühestmöglichen Zeitpunkt sorgt für einen effizienteren Gesamtprozess. Bleierze enthalten oft auch eine Fülle anderer nützlicher Metalle.

Das Roherz wird in eine Sintermaschine mit einer Vielzahl von Flussmitteln, Reduktionsmitteln und Oxidationsmitteln, einschließlich Koks, Eisen und Siliciumdioxid, geleitet. Daher kann festgestellt werden, dass die Behandlung von Bleierz mit der Oxidation des Sulfids zu einem Sulfat beginnt, hier mit Sauerstoff als Oxidationsmittel:

2 PbS + 3 O 2 →2 PbSO3

Das wird thermisch in Blei(ii)-oxid und Schwefeldioxidgas zerlegt, das ausgestoßen wird.

PbSO3 → PbO + SO2

Die Bleiverhüttung ist der nächste Prozess, bei dem Wärme und mehrere reduzierende Substanzen verwendet werden, um die oxidierenden Verbindungen, die an das Metall gebunden sind, zu reduzieren, und es findet eine weitere Reduktion des in situ erzeugten Bleioxids zu dem elementaren Zwischenmetall statt. Die Verhüttung wird mit der Anwendung von Wärme in einem Hochofen fortgesetzt, noch unter reduzierenden Bedingungen.

Im Hochofen sinken Schlacke und geschmolzenes Blei zu Boden und andere Metallverunreinigungen steigen nach oben. Das geschmolzene Blei (das zu diesem Zeitpunkt noch eine mäßige Menge Kupfer enthält) und die Schlacke dürfen die untere Vorderseite des Ofens in getrennten Kanälen verlassen. Die anderen Metallverunreinigungen umfassen oft Antimon und Arsen und werden als "Speiss" bezeichnet, die zurückgewonnen und zur weiteren Reinigung weiterverkauft wird.


Pyrit ist ein Schlüsselmaterial
im Bleiraffinationsprozess(1). Neben der Primärproduktion spielt es eine wichtige Rolle bei der Sekundärbehandlung von Schmelzabfällen und anderen Sanierungsprozessen.

shutterstock_1671212602 breit

Pyrit im Schmelzprozess

Als Teil des Cocktails aus Flussmitteln, reduktiven und oxidativen Zusätzen, die in den frühen Stadien der Bleischmelze zugesetzt wurden, ist Pyrit ein wertvoller Einschluss. Ohne einen effektiven Oxidationsprozess würde das Sulfid nicht in das Sulfat umgewandelt werden, das dann nicht in Bleioxid umgewandelt werden kann und dies weitgehend durch Komponenten wie Siliciumdioxid übernommen wird.

Pyrit ist für den Prozess unerlässlich, da es als Reduktionsmittel bei der Umwandlung von Bleioxid in Bleimetall wirkt, in den Gleichungen(2):

2 FeS 2 + 15 PbO → Fe2O3 + 4 SO3 + 15 Pb
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb

Diese Reaktionen sind thermodynamisch unglaublich günstig, mit Gibbs-freien Energiewerten von -23.804 bzw. -9,548 kcal mol-1 bei 1.100 °C(3). Die produzierten Eisenspezies lösen sich typischerweise in der Schlacke auf, wobei das Schwefeldioxid an die Atmosphäre verloren geht, wodurch die Position des Gleichgewichts effektiv weiter nach rechts verschoben wird. Natriumcarbonat ist typischerweise vorhanden, um das Schwefeltrioxid (SO3) zu binden und es zu Natriumsulfat - das in die Schlacke gelangt - und Kohlendioxid, das ebenfalls in die Atmosphäre verloren geht, zu stabilisieren(4).

Pyrit ist industriell erprobt, während elementarer Schwefel einen niedrigen Schmelz- und Siedepunkt aufweist, was zu einem geringen Wirkungsgrad führt(5). Darüber hinaus ist Pyrit aufgrund der Ungiftigkeit des ersteren ein viel einfacher zu handhabendes und zu verarbeitendes Material im Vergleich zur direkten Zusetzung.

Metallgussverfahren mit rotem Hochtemperaturbrand in Metallteilfabrik
Kupferdraht zur Herstellung von Kupferoxid

Reinigung des geschmolzenen Bleis: Kupferstanzen

Die Kupferschlacke ist die nächste Stufe der Bleireinigung, bei der dem geschmolzenen Blei Schwefel direkt zugesetzt wird. In vielen Prozessen ist die Schwefelquelle Pyrit(6,7), wobei auch metallisches Eisenschrott hinzugefügt wird. Die produzierten Eisenspezies landen in der matten Schicht.

Kupferverbindungen und andere Nicht-Blei-Metallsulfide steigen schnell an die Oberfläche und bilden eine Schicht, die als Matte bezeichnet wird. Diese Schicht kann manuell entfernt und als brauchbares Ausgangsmaterial für die Kupferverhüttung entnommen oder verkauft werden. Die Weiterverarbeitung des geschmolzenen Bleis zur Entfernung weiterer Metalle beinhaltet das Abkühlen auf ca. 700 bis 800 °C unter Rühren, wodurch sich Schlacke bildet, die sich von der Bleischmelze trennt. Dross enthält Bleioxide, mehr Kupferverbindungen und unglaublich geringe Mengen an Restantimon. Die Schlacke wird abgeschöpft und wie die Matte und das Speiss zur weiteren Reinigung weiterverkauft. Schließlich wird das Blei mit einem Verfahren wie dem Betterton-Kroll-Verfahren gereinigt, das restliches Wismut aus dem Blei entfernt, so dass es gegossen werden kann.

Die kontinuierliche Schwefel (Pyrit)-unterstützte Kupferschlacke ist ein identisches Verfahren, außer dass zwei oder mehr Töpfe verwendet werden, die kontinuierlich gerührt werden, in die das geschmolzene Blei und Pyrit und Eisen gegeben werden.

Sekundäre Bleientfernung

Die sekundäre Bleiverarbeitung bezieht sich auf die Isolierung von Blei aus primären Schrottquellen wie Batterien, Lot oder dem Bleiblitzen aus Häusern. Das Verfahren ist der anfänglichen Bleiherstellungsmethode sehr ähnlich, außer dass keine Oxidationsmittel verwendet werden, da die Oxidation von bereits primär elementarem Blei sinnlos ist. Daher spielt Pyrit hier keine Rolle.

Lead-Ingot-Block-Plate-Billet-Lead-Metal-Plumbum-Ingot

Pyrit und Säuren

Es hat sich gezeigt, dass das Bleierz Galenit mit Pyrit und Salpetersäure in der wässrigen Phase oxidiert werden kann - im Vergleich zur traditionellen Methode oben, wenn Blei in der festen und anschließend geschmolzenen Phase hergestellt wird. In der Forschung(8) wird Anglesit (PbSO4) aus Galenit durch Erhitzen mit Pyrit und Salpetersäure hergestellt, wodurch das Bleisulfid austritt. Bei Temperatur ist die Säure in der Lage, den Pyrit zu oxidieren und anschließend die Bildung von Anglesit und einer moderaten Menge Plumbojarosit zu unterstützen. Anglesit ist ein sekundäres Erz, das ausschließlich als Oxidationsprodukt von Bleiglanz gebildet wird.

Dies ist ein interessanter Ansatz, da er darauf hindeutet, dass ein Laugungsverfahren unter Verwendung der konzentrierten Säure bei der Bleiproduktion aus seinem Erz wirksam sein kann, wenn dieses Blei als höheres Sulfat bestimmt ist, was den Einsatz teurer und umweltschädlicher Hochöfen durch direkte Gewinnung des Sulfats zunichte machen würde. Blei (ii) -sulfat wird in der Batterietechnologie verwendet.

Pyrit zur Reinigung von Speiss und verwandten Abfällen

Aufgrund seiner Tendenz, relativ große Mengen an Silber zu enthalten, ist Speiss als Material wertvoll und sollte behandelt werden. Forscher haben behauptet, dass eine Tonne Bleischmelzspeiss bis zu 0,901% Massensilber enthalten kann, zusätzlich zu etwa 54% Kupfer, 19% Arsen und 9% Antimon. Ihre Untersuchungen zeigten, dass durch das Rösten des Speisebaums mit Pyrit in oxidierender Umgebung bereits nach zwei Stunden leicht Antimonoxid(9) mit Umwandlungsraten von über 98 % bei 800 °C hergestellt werden konnte. Ursprünglich hatten die Autoren gedacht, dass Pyrit als Schwefelquelle wirken würde, wie bei der Kupferschlacke.

Pyrit hat jedoch eine Verwendung in der Kupferproduktion. Untersuchungen haben gezeigt, dass Metalle durch die Anwendung von Pyrit leicht aus Kupferschmelzschlacken gewonnen werden können. Schlacken sind auch bei der Herstellung von Kupfer vorhanden, und hier kann Pyrit verwendet werden, um die Ausbeute zu steigern und damit ein Verfahren wettbewerbsfähiger zu machen. Kurz gesagt, Schlacken werden in Gegenwart von Pyrit geröstet und dann mit Wasser ausgelaugt. Bei einem Verhältnis von Pyrit zu Schlacke im Verhältnis 1:4 wurden nach nur einer Stunde bei 550 °C mehr als 95 % des Restkupfers aus der kupferreichen Schlacke entfernt, wobei andere Verunreinigungen zurückblieben(10).

Eisen Pyrites Nugget Narren Gold

Umwandlung zurück zum Sulfid

Es bestand Interesse an der Umwandlung von Metalloxiden in ihre äquivalenten Sulfide, die Anwendungen im Bereich der Energiespeicherung haben könnten. Vulkanisation ist ein Prozess, der häufiger mit der Gummiherstellung in Verbindung gebracht wird - und bezieht sich korrekt auf die Behandlung von Naturkautschuk mit Schwefel für die Härte -, aber Forscher haben gezeigt, dass Bleioxid mit Pyrit vulkanisiert (dh mit Schwefel zur Umwandlung in das Sulfid behandelt) werden kann. Wenn Oxid und Pyrit bei 900 °C zusammen erhitzt werden, wandeln sie sich bei nahezu vollständigem Umwandlungsniveau in das Sulfid um, wodurch PbS in hochreiner Kristallform entsteht(11).

Beratung von Manganoxid

  • Bleischmelzen ist der Prozess, bei dem Bleierz - Bleiglanz - in metallisches Blei umgewandelt wird.
  • Im Hochofen ist Pyrit ein wesentlicher Einschluss, der Bleioxid in einem thermodynamisch sehr günstigen Verfahren in geschmolzenes Bleimetall umwandelt.
  • Pyrit wird aufgrund der schlechten Leistung des letzteren gegenüber elementarem Schwefel bevorzugt und ersterer ist wesentlich einfacher zu handhaben
  • Pyrit wird im Kupferschlackenprozess als Schwefelquelle verwendet, um Kupfer und andere Metallverunreinigungen aus dem Blei nach der Schmelze zu entfernen
  • Andere Anwendungen, die Pyrit verwenden, umfassen die Schlackenreinigung und die sekundäre Oxidisolierung aus Erzen.
  • Insgesamt ist Pyrit ein wesentlicher Bestandteil bei der Raffination von Blei und Kupfer
Pyritpulver im Topf

Verweise

1 J. R. Parga et al., JOM, 2001, 19, 53

2 Z. Zsczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55

3 H. Wang und D. Shooter, Environ. Tech., 2000, 21, 561

4 E. R. Cole und A. Y. Lee, Hydrometallurgy, 1984, 12, 49

5 C. Zscheische et al., Challenges and Opportunities of a Lead Smelting Process for Complex Feed Mixture, in: B. Davis et al. (eds), Extraction 2018, Ottawa, 2018

6 US-Patent US3694191, 1970

7 B. Xu et al., Removal of Sulfur from Copper Dross Generated by Refining Lead, in: J. Y. Hwang et al. (Hrsg.) 9th International Symposium on High-Temperature Metallurgical Processing, Phoenix, 2018

8 R. G. Zárate und G. T. Lapidus, Hydrometallurgy, 2012, 115, 57

9 M. Peterson und L. G. Twidwell, J. Haz. Mater., 1985, 12, 225

10 F. Tümen und N. T. Bailey, Hydrometallurgy, 1990, 25, 317

11 J.-X. Zheng et al., Physiochem. Probl. Mineralischer Prozess., 2018, 54, 270