Rückgewinnung von Pyrit und Blei: Ein Überblick

Um sein unzähliges Arsenal an Verwendungsmöglichkeiten weiter zu erweitern,
Pyrit
ist ein wirksamer und wesentlicher Bestandteil der Produktion und Rückgewinnung von Blei. Industrielle Einschlüsse von Pyrit in stöchiometrischen und substöchiometrischen Mengen von Pyrit (behandelt oder unbehandelt) basieren entweder auf Porositätsprofilen oder der Redoxchemie von Pyrit und sind allein dafür verantwortlich, das Gleichgewicht bei der Bleiverhüttung nach rechts zu verschieben. Darüber hinaus wird Pyrit in seiner kalzinierten oder verschlackten Form zur Entfernung von Metallen (einschließlich Blei) aus wässrigen Lösungen verwendet, z. B. in Bergbaurückständen.

Pyrit im Bleischmelzprozess

Es besteht kein Zweifel, dass das Schmelzen, so einfach es auch erscheinen mag, ein komplexer Prozess ist. Neben dem Erz und/oder dem recycelten Metall werden der Hütte viele Komponenten zugesetzt. Unten ist die chemische Gleichung für die Umwandlung von Bleioxid (PbO, das Primärerz) in das Metall dargestellt(1). Durch den Einsatz von Hitze und einer Kombination aus reduktiven und oxidativen Additiven ist der Prozess effektiv und effizient. Die folgenden Reduktions- und Oxidationswege sind entscheidend und würden ohne Pyrit nicht funktionieren. Pyrit wirkt hier als Reduktionsmittel.

2FeS2 + 15 PbO →Fe2O3+ 4 SO3 + 15 Pb ΔG = -23.804 kcal mol-1
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb ΔG = -9.548 kcal mol-1

Trotz der hohen Temperaturen, bei denen diese Reaktionen ablaufen, sind sie bei 1.100 °C(2) thermodynamisch günstig, wie aus den oben zitierten Gibbs-Werten für freie Energie (ΔG) hervorgeht. Das Gleichgewichtsdrücken ist hier sehr stark ausgeprägt, wobei die erzeugten Eisenspezies den Effekt haben, das Gleichgewicht nach rechts zu drücken, wenn sie sich in der Schlacke auflösen. Dieser Effekt wird noch dadurch moduliert, dass das Schwefeldioxid leicht und schnell in die Atmosphäre abgegeben wird. Nicht dargestellt ist das Natriumcarbonat, das zugesetzt wird, um das Schwefeltrioxid zu sequestrieren und in Natriumsulfat und Kohlendioxid (SO3 bisNa2SO4 +CO2) umzuwandeln, das in die Schlacke gelangt bzw. in die Atmosphäre verschwindet(3). Elementarer Schwefel könnte theoretisch verwendet werden, aber er ist schwieriger zu handhaben als
Pyrit
und hat einen niedrigeren Schmelz- und Siedepunkt, was ihn weniger effizient macht(4).

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Sekundäre Bleientfernung

Wegen des fehlenden Bedarfs an Redoxchemie für die sekundäre Entfernung von Blei (d.h. Blei, das zum größten Teil aus Schrottquellen gewonnen wurde) spielt Pyrit hier keine Rolle, es sei denn, das Blei wird eingeschmolzen und einem herkömmlichen (primären) Bleiisolationsprozess zugeführt. Blei ist, wie viele andere Metalle, unendlich recycelbar, sofern Verunreinigungen entfernt werden können.

Metallgussverfahren mit rotem Hochtemperaturbrand in Metallteilfabrik
Kupferdraht zur Herstellung von Kupferoxid

Chlorierung Rösten

Die Chlorierungsröstung ist eine Methode zur Extraktion hochwertiger Metalle aus Abraumhalden. Durch das Rösten von Tailings-Materialien (z. B. aus dem Blei-, Gold- und Silberbergbau) und die anschließende Einwirkung einer chlorreichen Atmosphäre bilden hochwertige Metalle leicht ihre Chloridsalze in situ, die dann leicht abtrennbar sind und später entchlort werden. Pyrit wurde als Material vorgeschlagen, um die Umwandlung der Chloridquelle (Calciumchlorid) in elementares Chlor(5) nach der folgenden Formel zu verbessern:

CaCl2 + FeS 2 + O 2 → CaSO4 + Fe 2 O3 + Cl 2

Chlorgas kann dann mit jedem vorhandenen Metall (z. B. Blei, Gold usw., das in geringer Konzentration vorliegt und weit durch die Berge verteilt ist) reagieren, um das Chlorid dieses Metalls zu bilden:

M + Cl2 →MCl2 (oder andere Chloride des Metalls, wobei "M" ein Metall ist)

Das Chlor würde schließlich durch einfache thermische Zersetzung des Kalziumchlorids entstehen, aber Pyrit verstärkt dies. Die Verwendung von Pyrit hat auch breitere Anwendungen bei der Sanierung verschiedener Metallrückstände, einschließlich Zyanid(6). Insgesamt zahlt sich der Vorteil aus, einfach zu handhabenden und relativ kostengünstigen Pyrit zur Verbesserung des Calciumchlorid-Prozesses verwenden zu können.

Pyrit und Säuren

Wie bereits in anderen Diskussionen auf dieser Website erwähnt, ist Pyrit weitgehend tolerant gegenüber Säuren und Basen. Damit kann es in einem noch breiteren Anwendungsspektrum eingesetzt werden. Eine Methode zur Gewinnung von Bleierz Bleiglanz ist die Oxidation mit Pyrit und konzentrierter Salpetersäure. Bei dieser "nasschemischen" Methode wird Blei in die wässrige Phase gebracht, im Gegensatz zur Verwendung eines Ofens und dem Einschmelzen des Erzes. Daher kann es einen geringeren Energiebedarf haben. Beim Erhitzen des Bleiglanzerzes mit Pyrit und Salpetersäure laugt Bleisulfid in die wässrige Phase und erzeugt schließlich Anglesit - PbSO4. Aufgrund der damit verbundenen Temperaturen wird die Oxidation durch die Säure leicht durchgeführt, wobei auch eine kleine Menge Plumbojarosit gebildet wird(7). Diese Methode kann besonders attraktiv sein, wenn das Blei schließlich als höheres Sulfid/Sulfat im Gegensatz zu elementarem oder geschmolzenem Blei benötigt wird. Jeder moderne Chemiker würde es vorziehen, einen direkteren Weg zu wählen, wenn es um das Sulfid/Sulfat geht, das benötigt wird - was den Hochofen vollständig überflüssig macht. Blei(ii)-sulfat hat vielversprechende Anwendungen in elektrischen Speichern und Batterien.

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Behandelter Pyrit: Weitere Anwendungen

Während viele der vorherrschenden Anwendungen für Pyrit es in seiner rohen, unbehandelten Form verwenden, gibt es viele andere, bei denen ein einfacher Prozess wie die Kalzinierung mehr Türen öffnen kann. Der Schmelzpunkt von Pyrit von 1.177 °C bedeutet, dass die Kalzinierungstemperaturen deutlich darunter liegen müssen. Die Bildung von Pyritschlacke - im Grunde ein Röstprozess mit anschließender Entschwefelung - hat ebenfalls eine bescheidene Palette von Anwendungen.

Kalzinierter Pyrit

Wie bei anderen Materialien, die einer Kalzinierung unterzogen werden, wird wärmebehandelter Pyrit poröser und polykristalliner - was ihm Eigenschaften verleiht, die sich besonders gut für die Rückgewinnung von Verunreinigungen oder Metallen eignen. Kalzinierter Pyrit hat sich als wirksam bei der Entfernung von Quecksilber(8) und Kupfer(9) aus den Bergrückständen und der Entwässerung erwiesen. In der Landwirtschaft kann Pyrit in seiner kalzinierten Form mäßig hohe Konzentrationen von Ammonium-, Phosphat- und Nitritionen aus stehenden und abfließenden Gewässern entfernen, wodurch sein Austritt in Gewässer verhindert und vor Eutrophierung geschützt wird(10).

Kehren wir zu Blei und seiner Rückgewinnung aus wässriger Lösung zurück, so wird uns eine ähnliche Geschichte präsentiert: Poröser kalzinierter Pyrit ist wirksam bei der Entfernung von Blei. In einer Studie wurde untersucht, wie kalzinierter Pyrit in Festbettsäulen gestützt werden kann und wässrige Lösungen mit einfachem und gemischtem Metallcharakter darüber geleitet werden können. Pyrit war nicht nur in der Lage, Kupfer zu entfernen, sondern auch 73,7 mg g-1 Blei (mg Blei pro Gramm kalzinierter Pyrit) aus einer einzigen Metalllösung, was einer ca. 15% Wirkungsgrad.. Wenn dies auf eine Multimetalllösung aufgetragen wurde, die neben Kupfer und Blei auch Cadmium und Zink enthielt, sank die Effizienz für die isolierte Bleientfernung auf 2,5 % (11). Die Autoren beschreiben den Wirkungsmechanismus als den der Ausfällung und Auflösung durch die Bildung von Covellit und Bleiglanz in situ, wie bereits beschrieben.

Eisen Pyrites Nugget Narren Gold

Pyrit-Schlacke

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

  • Die Rückgewinnung von Blei ist ein wesentlicher industrieller Prozess, bei dem die Vermeidung von Verlusten an Wasserläufe und die Umwelt im Allgemeinen von entscheidender Bedeutung ist
  • Im Rahmen der Herstellung von Bleiverhüttung wird Pyrit zugesetzt, um sicherzustellen, dass Bleioxid zu metallischem Blei reduziert wird
  • Pyrit ist in der Lage, die Chlorröstung zu verbessern, ein Verfahren, bei dem Metalle und Edelmetalle in kleinen Mengen aus Abraumhalden entfernt werden, z. B. aus der Bleiproduktion
  • Mit Säuren bietet Pyrit einen "nasschemischen" Ansatz für die Bleiextraktion, der das Schmelzen vermeidet
  • Bei der industriellen Sanierung und der Behandlung von Bergbauabfällen kann kalzinierter Pyrit als "Schwamm" dienen, um Blei aus dem Abflusswasser zu entfernen. Schlackenpyrit wirkt auf ähnliche Weise, um Blei aus wässriger Lösung zu entfernen
  • Pyritschlacke ist eine Form von Pyrit, die bei der Entfernung von Metallen - einschließlich Blei - aus der Lösung wirksam ist und für eine Vielzahl von Metallen bei pH-Werten über 6 wirksam ist
Pyritpulver im Topf

Verweise

1 Z. Szczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55
2 H. Wang und D. Shooter, Environ. Tech., 2000, 21, 561

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

4 C. Zschiesche et al., Herausforderungen und Chancen eines Bleischmelzprozesses für komplexe Futtermischungen, in: B. Davis et al. (Hrsg.), Extraction 2018, Ottawa, 2018

5 X. Guo et al., Aufl. Purificat. Tech., 2020 250 , 117168

6 W. Wang et al., J. Cleaner Prod., 2021, 302, 126846

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

8 P. Liu et al., Mineralien, 2019, 9, 74

9 T. Chen et al., Bergarbeiter. Wasser Env., 2019 36, 397

10 J. Guo et al., Env. Res., 2021, 194, 110708

11 Y. Yang et al., Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53, 18180

12 A. Jokilaakso et al., Metals, 2019, 9, 911
13 D. Chen et al., Bergarbeiter. Prozess. Auszug. Metallurg., 2012, 127, 79

14 T. J. Chan et al., Eisenerzeugung und Stahlerzeugung, 2013 , 40, 430

15 D. Bendz et al., Appl. Geochem., 2017, 85, 106