Pyrite Besi Untuk Penapisan Lead Dan Penyingkiran Tembaga


Pyrite besi sudah mempunyai pelbagai kegunaan
, daripada pengeluaran sebatian sulfur kepada bahan tambahan dalam beberapa jenis kaca komersial. Dalam ruang penapisan logam, pirit dihargai untuk digunakan dalam penapisan plumbum, di mana ia adalah komponen penting, dan penyingkiran tembaga dari plumbum cair dan slags yang berkaitan.

Pengenalan

Seperti mana-mana pengeluaran logam, elemen penapisan perlu dilakukan untuk pergi dari bijih yang dilombong kepada produk yang berguna dan berdaya maju. Plumbum berlaku secara semulajadi sebagai bijih galena, bijih semulajadi plumbum (ii) sulfida (PbS), tetapi sering mengandungi kekotoran.

Plumbum sering dilombong untuk kandungan logam lain, terutamanya perak. Di samping itu, sejumlah kecil sebatian tembaga boleh didapati di dalam bijih ini. Dari sudut pandangan ekonomi dan praktikal, adalah penting untuk mengeluarkan perak dan mana-mana logam lain dari plumbum - selalunya logam ini jauh lebih berharga daripada plumbum, mempunyai proses penapisan peringkat hiliran/lewat yang berbeza dan penyingkiran pada peluang terawal memastikan proses keseluruhan yang lebih cekap. Bijih plumbum selalunya mengandungi banyak logam berguna lain juga.

Bijih mentah dimasukkan ke dalam mesin sintering dengan pelbagai fluks, pengurangan dan oksidan, termasuk kok, besi dan silika. Oleh itu, boleh dinyatakan bahawa rawatan bijih plumbum bermula dengan pengoksidaan sulfida kepada sulfat, yang ditunjukkan di sini dengan oksigen sebagai oksidan:

2 pbs + 3 o 2 →2 pbso3

Yang mengalami penguraian haba ke dalam plumbum (ii) oksida dan gas sulfur dioksida, yang diusir.

PbSO3 → PbO + SO2

Peleburan plumbum adalah proses seterusnya yang menggunakan haba dan beberapa bahan pengurangan untuk mengurangkan sebatian pengoksidaan yang terikat kepada logam, dan pengurangan selanjutnya kepada logam perantaraan, unsur, logam dari plumbum (ii) oksida yang telah dihasilkan di situ berlaku. Peleburan berterusan dengan penggunaan haba dalam relau letupan, masih dalam keadaan yang berkurangan.

Dalam relau letupan, slag dan sinki plumbum cair ke bahagian bawah dan kekotoran logam lain naik ke atas. Plumbum lebur (yang pada ketika ini masih mengandungi kuantiti tembaga yang sederhana) dan sanga dibenarkan meninggalkan muka depan bawah relau, dalam saluran berasingan. Kekotoran logam lain sering termasuk antimoni dan arsenik dan dirujuk sebagai 'speiss', yang dipulihkan dan dijual untuk pembersihan selanjutnya.


Pyrite adalah bahan utama
dalam proses penapisan plumbum(1). Sebagai tambahan kepada pengeluaran utama, ia mendapati peranan penting dalam rawatan sekunder sisa peleburan dan proses jenis pemulihan lain.

shutterstock_1671212602 Wide

Pyrite Dalam Proses Peleburan

Sebagai sebahagian daripada koktel fluks, bahan tambahan pengurangan dan oksidatif ditambah pada keadaan awal peleburan plumbum, pirit adalah kemasukan yang berharga. Tanpa proses pengoksidaan yang berkesan, sulfida tidak akan ditukar kepada sulfat, yang kemudiannya tidak boleh ditukar kepada oksida plumbum dan ini sebahagian besarnya dijaga oleh komponen seperti silika.

Pyrite adalah penting untuk proses kerana ia bertindak sebagai pengurangan dalam penukaran oksida plumbum kepada logam plumbum, dalam persamaan(2):

2 Fes 2 + 15 PbO → Fe2O 3 + 4 SO3 + 15 pb
FeS 2 + 5 PbO → Feo + 2 SO2 + 5 Pb

Tindak balas ini sangat menguntungkan secara termodinamik, dengan nilai tenaga bebas Gibbs -23,804 dan -9.548 kcal mol-1 masing-masing pada 1,100 °C (3). Spesies besi yang dihasilkan biasanya larut dalam sanga dengan sulfur dioksida hilang ke atmosfera, dengan berkesan menolak kedudukan keseimbangan lebih jauh ke kanan. Natrium karbonat biasanya hadir untuk merampas sulfur trioksida (SO3), menstabilkannya kepada natrium sulfat - yang memasuki slag - dan karbon dioksida yang juga hilang ke atmosfera(4).

Pyrite terbukti secara industri, manakala sulfur unsur mempunyai takat lebur dan didih yang rendah - yang membawa kepada kecekapan rendah (5). Tambahan pula, pirit adalah bahan yang lebih mudah untuk dikendalikan dan berfungsi berbanding dengan penambahan langsung, kerana ketoksikan bekas.

logam pemutus proses dengan api suhu tinggi merah di kilang bahagian logam
dawai tembaga digunakan dalam pembuatan tembaga oksida

Pemurnian plumbum lebur: Pengorekan tembaga

Drossing tembaga adalah peringkat seterusnya dalam pembersihan plumbum, di mana sulfur ditambah terus ke plumbum cair. Dalam banyak proses, sumber sulfur adalah pirit (6,7), dengan besi logam sekerap juga ditambah. Spesies besi yang dihasilkan berakhir di lapisan matte.

Sebatian tembaga dan sulfida logam bukan plumbum lain dengan cepat naik ke permukaan membentuk lapisan yang dipanggil matte. Lapisan ini boleh dikeluarkan secara manual dan diambil atau dijual sebagai bahan permulaan yang berdaya maju untuk peleburan tembaga. Pemprosesan selanjutnya plumbum lebur untuk mengeluarkan lebih banyak logam melibatkan penyejukan ke ca. 700 hingga 800 °C dengan pergolakan, membentuk dros yang memisahkan daripada plumbum lebur. Dross mengandungi oksida plumbum sisa, sebatian tembaga yang lebih banyak dan jumlah antimoni sisa yang sangat kecil. Dross dimatikan dan, seperti matte dan speiss sebelum itu, dijual untuk pembersihan selanjutnya. Akhirnya, plumbum disucikan menggunakan kaedah seperti proses Betterton-Kroll, yang menghilangkan sebarang bismuth sisa dari plumbum, yang membolehkan ia dibuang.

Sulfur berterusan (pirit) - drossing tembaga dibantu adalah proses yang sama, kecuali ia menggunakan dua atau lebih periuk yang terus dikacau, di mana plumbum cair dan pirit dan besi ditambah.

Penyingkiran plumbum sekunder

Pemprosesan plumbum sekunder merujuk kepada pengasingan plumbum dari sumber sekerap terutamanya, seperti bateri, pateri atau plumbum berkelip dari rumah. Proses ini sangat mirip dengan kaedah pengeluaran plumbum awal, kecuali tiada agen pengoksidaan digunakan, kerana pengoksidaan plumbum yang sudah terutamanya unsur tidak berguna. Oleh itu, pyrite tidak mempunyai peranan untuk dimainkan di sini.

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

Pirit Dan Asid

Telah ditunjukkan bahawa galena bijih plumbum boleh dioksidakan dengan asid pirit dan nitrik dalam fasa berair - berbanding dengan kaedah tradisional di atas apabila plumbum dihasilkan dalam fasa pepejal dan seterusnya lebur. Dalam penyelidikan(8), anglesite (PbSO4) dihasilkan daripada galena melalui pemanasan dengan pirit dan asid nitrik, menyebabkan plumbum sulfida larut. Pada suhu, asid dapat mengoksidakan pirit dan seterusnya membantu dalam pembentukan anglesite dan jumlah plumbojarosite yang sederhana. Anglesite adalah bijih sekunder, secara eksklusif dibentuk sebagai produk pengoksidaan galena.

Ini adalah pendekatan yang menarik kerana ia menunjukkan bahawa kaedah larut lesap menggunakan asid pekat mungkin berkesan dalam pengeluaran plumbum dari bijihnya, apabila plumbum itu ditakdirkan sebagai sulfat yang lebih tinggi, yang akan menafikan penggunaan relau letupan yang mahal dan merosakkan alam sekitar dengan mendapatkan sulfat secara langsung. Plumbum (ii) sulfat telah digunakan dalam teknologi bateri.

Pyrite Untuk Membersihkan Speiss Dan Sisa Berkaitan

Kerana kecenderungannya mengandungi jumlah perak yang agak besar, speiss sebagai bahan adalah berharga dan harus dirawat. Penyelidik telah mendakwa bahawa satu tan speiss peleburan plumbum boleh mengandungi sehingga 0.901% perak mengikut jisim, selain terdiri daripada kira-kira 54% tembaga, 19% arsenik dan 9% antimoni. Penyelidikan mereka menunjukkan bahawa dengan memanggang speiss dengan pirit dalam persekitaran pengoksidaan, oksida antimoni mudah dihasilkan (9) dalam kadar penukaran melebihi 98% pada 800 °C selepas hanya dua jam. Pada mulanya, penulis berpendapat bahawa pirit akan bertindak sebagai sumber sulfur, seperti dalam drossing tembaga.

Pyrite, bagaimanapun, mempunyai penggunaan dalam arena pengeluaran tembaga. Penyelidikan telah menunjukkan bahawa logam boleh dipulihkan dengan mudah daripada peleburan tembaga melalui penggunaan pirit. Slags juga hadir dalam pengeluaran tembaga, dan di sini pirit boleh digunakan untuk meningkatkan hasil dan oleh itu membuat proses yang lebih kompetitif. Secara ringkas, slags dipanggang dengan kehadiran pirit dan kemudian larut dengan air. Menggunakan nisbah 1:4 pirit kepada slag, lebih daripada 95% sisa tembaga dikeluarkan dari slag kaya tembaga, meninggalkan kekotoran lain di belakang, selepas hanya satu jam pada 550 °C(10).

Besi Pyupacara bungkal bodoh emas

Penukaran Kembali Ke Sulfida

Terdapat minat dalam penukaran oksida logam kepada sulfida setara mereka, yang mungkin mempunyai aplikasi dalam bidang penyimpanan tenaga. Vulcanisation adalah proses yang lebih biasa dikaitkan dengan pengeluaran getah - dan betul merujuk kepada rawatan getah asli dengan sulfur untuk kekerasan - tetapi penyelidik telah menunjukkan bahawa oksida plumbum boleh divulkan (iaitu dirawat dengan sulfur untuk penukaran ke dalam sulfida) menggunakan pirit. Apabila dipanaskan bersama-sama pada suhu 900 °C, oksida dan pirit menukar kepada sulfida pada tahap penukaran yang hampir lengkap, mampu PBS dalam bentuk kristal yang sangat tulen (11).

Ringkasan

  • Peleburan plumbum adalah proses di mana bijih plumbum - galena - ditukar kepada plumbum logam
  • Dalam relau letupan, pirit adalah kemasukan penting, menukar oksida plumbum kepada logam plumbum cair dalam proses yang sangat termodinamik yang menguntungkan
  • Pyrite lebih disukai daripada sulfur unsur kerana prestasi buruk yang terakhir dan dengan yang pertama menjadi lebih mudah untuk mengendalikan
  • Pirit digunakan dalam proses drossing tembaga, sebagai sumber sulfur, mengeluarkan tembaga dan kekotoran logam lain dari plumbum selepas peleburan
  • Aplikasi lain yang menggunakan pirit termasuk pembersihan sanga dan pengasingan oksida sekunder daripada bijih
  • Secara keseluruhan, pirit adalah komponen penting dalam penapisan plumbum dan tembaga
Serbuk pyupacara dalam periuk

Rujukan

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

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

3 H. Wang dan D. Penembak, Environ. Tech., 2000, 21, 561

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

5 C. Zscheische et al., Cabaran dan Peluang Proses Peleburan Utama untuk Campuran Suapan Kompleks, dalam: B. Davis et al. (eds), Pengekstrakan 2018, Ottawa, 2018

6 Paten AS US3694191, 1970

7 B. Xu et al., Pembuangan Sulfur daripada Dros Tembaga Dijana oleh Penapisan Plumbum, dalam: J. Y. Hwang et al. (eds) Simposium Antarabangsa ke-9 mengenai Pemprosesan Metalurgi Suhu Tinggi, Phoenix, 2018

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

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

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

11 Y.-X. Zheng et al., Fisiochem. Probl. Proses Mineral., 2018, 54, 270