Iron removal by hematite precipitation from sulfate-based solutions
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3026
Language
en
Pages
74
Series
Abstract
Hydrometallurgical processes are becoming a more critical processing method for metal refining. These processes can enable the usage of low-grade ores, which cannot be utilized feasibly by using traditional pyrometallurgical processes. The quality of final products and the yield for the valuables are much higher in some cases by using hydrometallurgical processes that allow very selective and efficient separation of different compounds. The most common processing method used nowadays for iron removal is jarosite precipitation. This method causes the formation of millions of tons of poorly utilized iron-containing hazardous waste, which is the main challenge that prevents the rapid expansion of the hydrometallurgical processes from spreading around the world. Iron removal by hematite precipitation has shown potential for solving the challenge of forming iron-containing, non-utilized waste. Hematite could be used as a raw material in steel, concrete, and pigment industries if the produced precipitate fulfills the strict requirements that the raw material needs to meet to enable its usage in these industries. Laboratory scale experiments show that it is possible to produce hematite that satisfies these requirements, although, this process has higher operating costs than the jarosite process, making it unfeasible. However, with tightening environmental legislation and continuously more aware customers, this could be a more viable option soon. In this master’s thesis, the main target of interest was to study a mixture of copper, nickel, and cobalt concentrate and how those could be refined together in the same process that uses hematite precipitation for iron removal. The demonstration for processing these non-ferrous metal concentrates described above was done by building an HSC Sim model. Besides the precipitation, the leaching processes and pre-treatment methods were also investigated. A short scenario analysis by changing reaction progress and other variables was implemented. The results show that the iron removal process is efficient, and the most optimal operating conditions for guaranteeing hematite’s high quality and high yield of the iron are well-known. The most uncertainty comes from the lack of knowledge of the optimal concentrations of different compounds in the Pregnant Leaching Solution (PLS) before going through the precipitation process. This part of the process still requires further research to find the optimal PLS composition and add the mandatory process units to pre-treatments to achieve these optimal concentrations for each compound.Hydrometallurgisista prosesseista on tulossa entistä tärkeämpiä metallien jalostusmenetelminä. Ne voivat mahdollistaa heikompilaatuisten malmien jalostamisen, joita ei pystytä nykyisin käytetyillä perinteisillä pyrometallurgisilla menetelmillä hyödyntämään kannattavasti. Hydrometallurgisilla prosesseilla myös lopputuotteiden laatu ja arvometallien saanto voivat olla joissain tapauksissa korkeampia. Nämä prosessit mahdollistavat myös erilaisten yhdisteiden erittäin selektiivisen ja tehokkaan erottamisen. Nykyisin kaikista yleisin käytössä oleva raudanpoistomenetelmä, jarosiittisaostus, tuottaa vuosittain miljoonia tonneja ympäristölle haitallista hyödyntämiskelvotonta rautapitoista jätettä. Tämä on suurin haaste, joka estää hydrometallurgisten prosessien laajemman käyttöönoton ympäri maailmaa. Hyödyntämiskelvottoman jätteen muodostumisongelman yhdeksi potentiaaliseksi ratkaisuksi on osoittautunut raudanpoisto hematiittisaostuksella. Sivutuotteena muodostuva hematiittisakka voitaisiin hyödyntää teräs-, betoni- tai pigmenttiteollisuuden raaka-aineena, mikäli poistettava sakka täyttää näiden teollisuusalojen raaka-aineille asettamat tiukat laatuvaatimukset. Laboratoriomittakaavassa tehdyt kokeet osoittavat, että laatuvaatimukset täyttävää hematiittisakkaa on mahdollista valmistaa kyseisellä prosessimenetelmällä. Prosessin käyttökustannukset ovat kuitenkin huomattavasti korkeammat kuin nykyisellä jarosiittiprosessilla, mikä tekee taloudellisesti kannattavasta toiminnasta haastavaa. Kiristyvän ympäristölainsäädännön ja asiakkaiden kiertotaloustietoisuuden lisääntymisen myötä tilanne voi kuitenkin jo lähitulevaisuudessa muuttua radikaalisti ja alkaa suosimaan ympäristön kannalta parempia vaihtoehtoja. Tämän diplomityön päätavoitteena oli tutkia kupari-, nikkeli- ja kobolttirikasteseosten jalostamista yhdessä prosessissa, jossa raudanpoistomenetelmänä käytettäisiin hematiittisaostusta. Prosessista rakennettiin työssä HSC Sim-malli, jonka avulla itse saostusprosessin lisäksi tutkittiin sitä edeltäviä liuotusprosesseja ja esikäsittelymenetelmiä. Lyhyt skenaarioanalyysi toteutettiin muuttamalla reaktioiden etenemisasteita ja muita muuttujia kyseisen mallin pohjalta. Tulokset osoittavat, että raudanpoistoprosessi on tehokas ja suurin osa optimaalisista toimintaolosuhteista hematiitin korkean laadun ja raudan korkean saannon takaamiseksi tunnetaan. Liuoksen optimaalinen koostumus ennen itse saostusprosessia on tällä hetkellä prosessin suurin epävarmuustekijä. Optimipitoisuuksien selvittäminen vaatii lisätutkimusta, jotta esikäsittelyvaiheeseen osataan rakentaa vaadittavat prosessiyksiköt näiden optimaalisten pitoisuuksien aikaansaamiseksi kullekin yhdisteelle.Description
Supervisor
Lundström, MariThesis advisor
Partinen, JereRusanen, Lauri