Combined Dynatec and Ausmelt Technologies for Zinc …

1 ERZMETALL 55 (2002) Nr. 7345 Ian M. Masters et al.: Combined Dynatec and Ausmelt Technologies for zinc RefiningCombined Dynatec and AusmeltTechnologies for zinc RefiningIan M. Masters, Norbert L. Piret, Wendy Short1 Process backgroundWorldwide primary production of zinc from zinc concen-trates is 6635 kt/y, of which 82 % is accounted for by thehydrometallurgical process of leaching and electrowin-ning [1]. By far the predominant process is the roast-leach-electrowinning (RLE) process ( % of total zinc pro-duction), in which the sulfur present in the concentrate iseliminated as sulfur dioxide by roasting with the inherentnecessity of the subsequent production of sulfuric the 1970ies, the increasing concerns about SO2 pol-lution by pyrometallurgical processing of base metalsulfide concentrates resulted in the intensive search foralternative hydrometallurgical processes, aimed at fixingsulfur in the form of elemental sulfur by direct the case of copper and lead, the industry response to theSO2 issue was the development and commercial imple-mentation of new intensive pyrometallurgical processes,characterized by low SO2 emissions, maintaining the sulfu-ric acid production the case of zinc .

2 The efforts on the direct leaching of zincconcentrates led to the successful development by DynatecCorporation of the zinc oxygen pressure leach process,Optimalisation du traitement des concentr s de zinc par int gration des proc d s Dynatec de lixiviation pression etAusmelt pour la fusion des r sidusOptimizaci n del tratamiento de concentrados de cinc mediante la integraci n de los procesos Dynatec de lixiviaci n apresi n y Ausmelt para la fundici n de los residuosPaper presented on the occasion of the European Metallurgical Conference Emc 2001, September 18 to 21, atFriedrichshafen, der Dynatec -Drucklaugung und der Ausmelt -Technologie zur Optimierung der ZinkgewinnungThe Dynatec zinc Pressure Leach Process has been usedcommercially in the zinc industry since 1981.

3 The processgenerates iron-bearing residues which, after eventual treat-ment for the recovery of lead and silver values, are deposit-ed in a suitable disposal facility. Ausmelt technology hasbeen used commercially in the zinc and lead industry since1992, and zinc plant leach residues from the Korea Zincoperation have been smelted since 1995 for the recovery ofzinc, lead and silver, concurrently producing a stable combination of Dynatec and Ausmelt technologieswould allow operation of a single-stage zinc pressure leach,with optimized zinc extraction; the zinc -lead-silver fumesfrom residue smelting would be used for conditioning thezinc solution prior to purification while producing a highgrade lead-silver byproduct.

4 Similarly, the leach residuefrom the two-stage countercurrent Dynatec zinc PressureLeach Process could be treated by Ausmelt technology. Thispaper outlines the integration of the two Technologies into azinc refinery flowsheet and provides economic data for agrass roots facility producing 200 000 t/a of slab : zinc Pressure leaching Leach residue Dynatec Aus-meltDas Dynatec -Verfahren zur Sauerstoff-Drucklaugungvon Zinkkonzentraten ist seit 1981 im kommerziellenEinsatz. Der bei diesem Proze erzeugte eisenhaltigeZinklaugungsr ckstand ist, ggf. nach einer Weiterverar-beitungsstufe, in einer geeigneten Deponie unterzubrin-gen, falls die Gewinnung seines Silber- und Bleiinhalteswirtschaftlich vertretbar ist. Bei Korea zinc wird seit1995 eine Ausmelt -Anlage zur Gewinnung von Restzink,Blei und Silber aus Zinklaugungsr ckst nden und Erzeu-gung verwertbarer Schlacken erfolgreich betrieben.

5 DieKombination der Dynatec - und Ausmelt -Technologienw rde nicht nur das zweistufige Drucklaugungsverfah-ren wirtschaftlich und kologisch gestalten, sondern auchden Betrieb einer einstufigen Drucklaugung mit hohemZinkausbringen dadurch erm glichen, da die dabei er-zeugten zink-, blei- und silberreichen Oxidst ube zurHerstellung der Zinkneutrallauge benutzt werden. Die-ser Artikel fa t die technischen und wirtschaftlichenMerkmale eines Verfahrenskonzepts zusammen, in demdie beiden Technologien f r die Erzeugung von 200 000 t/aZink aus Zinkkonzentrat in einer Neuanlage sselw rter:Zink Drucklaugung Laugungsr ckst nde Dynatec AusmeltERZMETALL 55 (2002) Nr. 7360 Michael Stelter et al.: Oxidierende Laugung von Kupferkabelgranulaten1 Die salzsaure Laugungvon KupferkabelgranulatenIn Deutschland fallen j hrlich ca.

6 150 000 t Kupferkabel-granulat mit 60 000 t Kupfer an, die bisher meist ber dieStufen mechanische Aufbereitung, Einschmelzen im An-odenofen und Raffinationselektrolyse verarbeitet wer-den. Als m gliches alternatives Verfahren bietet sich eineoxidierende Laugung der Kabelschrotte an. SystematischeUntersuchungen zur Optimierung der schwefelsaurenLaugung ergaben, da diese zur Erzielung einer m glichsthohen Laugungsgeschwindigkeit bei hohen Temperaturenund mit Sauerstoff als Oxidationsmittel erfolgen mu [1].Die schwefelsaure Laugung verl uft jedoch selbst unteroptimalen Bedingungen insbesondere bei Einsatz grob-k rniger Granulate relativ langsam. Aus der bei der Lau-gung als Produkt erhaltenen schwefelsauren Kupfersul-fatl sung l t sich im Anschlu relativ problemlosKathodenkupfer oder Kupfersulfat erzeugen.

7 Das setztaber eine enge r umliche Bindung zwischen dem Lauge-proze und den nachfolgenden Proze stufen voraus. ZurOxidierende Laugung von KupferkabelgranulatenUntersuchungen in schwach salzsauren L sungenMichael Stelter, Hartmut Bombach, Atef Soliman El Sayed KhaledDie oxidative schwefelsaure Laugung von Kupferkabel-granulaten verl uft selbst unter optimalen Bedingungen(hohe Temperaturen und Sauerstoff als Oxidationsmittel)relativ langsam. Ein alternatives Verfahren ist die Lau-gung in stark verd nnter Salzs ure, bei der Kupfer(I)-oxidals Endprodukt erhalten wird. Thermodynamische Be-rechnungen und experimentelle Untersuchungen zeigen,da der Laugungsproze sehr stark vom pH-Wert der L -sung abh ngig ist und ber diesen gesteuert werden optimale pH-Wert der Laugung betr gt 4,8.

8 Die Lau-Etude concernant la lixiviation oxydante des granul s de c bles en cuivre dans des solutions d acide chlorhydriquefortement dilu esInvestigaci nes con respecto a la lixiviaci n oxidante de granulados de cables de cobre en disoluci nes d bilmente cidosVermeidung dieser Nachteile wird nach alternativen Pro-zessen mit folgenden Zielstellungen gesucht: Verbesserung der konomie des Prozesses durchErh hung der Laugungsgeschwindigkeit, Verringerungder Temperatur und Einsatz von Luft als Oxidations-mittel. Erzeugung eines lagerf higen Produktes, aus dem innachfolgenden Prozessen unterschiedliche Kupfersal-ze in hoher Qualit t erzeugt werden k der Literatur bietet sich als eine m gliche Alternativedie Laugung von Kupferkabelschrotten mit stark verd nn-ter Salzs ure an, bei der als Produkt Cu2O erhalten [2] untersuchten die hydrometallurgische Her-stellung von Cu2O durch Oxidation von metallischemKupfer mit Sauerstoff in w sseriger L sung mit HCl alsKatalysator.

9 Durch die Reaktion des Kupfers mit Sauer-stoff und Salzs ure entsteht CuCl als dazu gebildetes CuCl2 wird durch metallischesKupfer zu CuCl reduziert. Das CuCl hydrolysiert mit ber-sch ssigem Wasser unter bestimmten Bedingungen zugungsgeschwindigkeit wird vor allem von der Temperaturund der Partikelgr e des Granulates beeinflu t. Die Lau-gungsgeschwindigkeit wird bei Temperaturen zwischen 20und 50 C im wesentlichen durch chemische Reaktionenund bei h heren Temperaturen durch Transportreaktio-nen sselw rter:Kupferkabelgranulat Laugung Salzs ure Kupfer(I)-Oxid Optimierung der Laugungsparameter OxydulThe oxidizing leaching of copper wire granulates in sulfuricacid proceeds relatively slowly even under optimum condi-tions (high temperatures and oxygen as oxidizing agent).

10 One alternative process is the leaching in strongly dilutedhydrochloric acid under formation of copper(I)-oxide as thefinal product. Thermodynamic calculations and experimen-tal investigations show that the leaching process largely de-pends on the pH value of the solution and that it can becontrolled by it. The optimum pH is The leaching rate isInvestigations on the Leaching of Copper Wire Granulates in Strongly Diluted Hydrochloric Acidprimarily controlled by the temperature and particle size ofthe granulates. Within a temperature range of 20 to 50 Cthe leaching rate is mainly controlled by chemical reactionsand at higher temperatures by transport :Copper wire granulates Leaching Hydrochloric acid Copper(I)-oxide Optimisation of the leaching parame-ters Cuprous oxideERZMETALL 55 (2002) Nr.