Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares.

Proceso para la recuperación continua de zinc, y dado el caso de otros metales,

a partir de materias primas que contienen zinc para ser extraído mediante un tratamiento integrado por un ciclo hidro-pirometalúrgico de concentración del óxido y un ciclo hidrometalúrgico de disolución del zinc y purificación de la disolución, distinguiéndose las siguientes etapas: Lavado y clasificación hidráulica; Proceso Waelz; Lixiviación colectiva neutra; Tratamiento de fangos; Cementación; Extracción con disolventes orgánicos; y Recuperación de amoniaco.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un proceso metalúrgico integral (pirometalúrgico e hidrometalúrgico) para el tratamiento de óxidos de zinc,  conteniendo otros metales,  como el plomo,  cobre y plata. Principalmente óxidos de acerías con alto contenido en cloro y flúor,  con el objetivo de recuperar zinc y otros metales,  para su reciclarse o comercialización ulterior.            

Entre las ventajas se ahorran costes económicos,  produce menos perjuicios medioambientales y se unifica el procedimiento hasta ahora conocido. 

El objetivo principal es la recuperación de zinc y otros metales,  a partir de residuos oxidados de zinc mediante un sistema integrado de lavado y clasificación hidráulica,  horno Waelz,  lixiviación con acido sulfúrico y la extracción selectiva de zinc mediante solventes orgánicos del tipo catiónico. 

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Existen varios procedimientos conocidos sobre tratamiento de zinc y otros metales a partir de óxidos de acerías o compuestos similares. 

Son ya conocidos métodos de solidificación e inertización de polvos de acerías para su evacuación y vertido a depósitos especiales,  pero todos ellos están basados en el empleo masivo de cemento más un activador, los cuales son caros y aumentan grandemente el volumen del material producido,  aparte de obtener productos de forma arcillosa y poco compacta. Además, en el vertido se pierden cantidades considerables de hierro,  zinc y plomo inutilizadas.

La primera solución probada para el enriquecimiento y puesta en valor de estos polvos de acerías fue la de recircular el polvo al mismo horno que lo produce ES2212742. De esta manera, puede recuperarse hierro y pueden concentrarse gradualmente óxidos de metales no ferrosos en los humos,  pero pronto se experimentaron mayores dificultades en las acerías, en la carga del horno y la recogida de humos,  los consumos de energía resultaron ser superiores,  y disminuyó la producción de los hornos,  así que se considera que el procedimiento no es deseable por motivos económicos y,  sobre todo,  medioambientales. 

Los procesos utilizados actualmente para la recuperación de los metales pesados presentes en los polvos de horno de arco eléctrico se basan en procedimientos pirometalúrgicos (Waelz,  Plasmadust,  etc.) ,  procedimientos hidrometalúrgicos (Zincex,  Ezinex,  etc.) y combinaciones de éstos. 

El denominado proceso de Waelz es el proceso más usado actualmente para el tratamiento de polvos de humos de acería. Dicho proceso se basa en la concentración de óxido de zinc de los polvos hasta obtener un nuevo óxido de zinc que se denomina óxido de Waelz. El óxido de Waelz contiene 5456% de Zinc y, de hecho,  es una mezcla consistente en óxido de zinc,  óxido de plomo,  otros óxidos de metales volátiles y, que,  sobre todo,  incluye la mayor parte del cloro y del flúor presente en los polvos, así como cualquier polvo de < 1 mm arrastrado por los gases de salida del horno.  

El proceso de Waelz se lleva a cabo en un horno rotativo inclinado en el que entra una mezcla de polvos y coque fino así como,  si es necesario,  aditivos tales como óxido de calcio y arena para conseguir el movimiento rotativo. Mediante la adición de una contracorriente de aire se generan reacciones de combustión reducción oxidación a una temperatura de 1.250º C. El proceso de Waelz ha revelado las siguientes desventajas: existe la posibilidad de aumentar la formación de dioxinasfuranos por la cantidad de cloro que contienen los polvos de acería de alimentación; no elimina casi ninguna cantidad de cloro y flúor procedente de los polvos,  lo que resulta en altos costes de mantenimiento,  puesto que resulta necesario renovar los ladrillos refractarios dentro del horno rotativo debido a corrosiones graves producidas por el cloro y el flúor a temperaturas elevadas; y tienen que llevarse a cabo tratamientos subsiguientes para eliminar cloro y flúor. Para ello,  una posibilidad conocida es que el óxido de Waelz sea lixiviado junto con la solución de carbonato de sodio. En la presente invención se produce un lavado previo de la materia prima a tratar en el horno Waelz,  con lo que se consigue una minimización del riesgo de formación de dioxinasfuranos. 

Los métodos tradicionales empleados en la obtención de zinc a partir de óxido Waelz son principalmente dos: el proceso Imperial Smelting y la electrólisis. El primero de ellos es un proceso pirometalúrgico en el cual se obtiene zinc metálico en una retorta vertical a partir de briquetas hechas de óxido Waelz u otros concentrados de zinc sinterizado y carbón calentadas hasta más 900º C. En el segundo, el óxido Waelz,  junto con el óxido de zinc,  se introduce en la etapa de lixiviación del proceso electrolítico con el fin de obtener una lejía electrolítica a partir de la cual se pueda obtener el zinc metálico. Estos dos tipos de procesos suelen usar como materia prima óxido de zinc sinterizado,  conteniendo 5060% de zinc,  obtenido a través de rotación de menas de zinc en forma de blenda de zinc o esfalerita (ZnS) en lecho fluidizado a una temperatura superior a 800º C. Entre sus desventajas,  los limites admisibles de cloro y flúor contenidos en la materia prima quedan estrictamente limitados en ambos tipos de procesos ya que los halógenos poseen una capacidad de corrosión muy fuerte frente a una amplia gama de materiales tales como platino,  níquel,  hierro,  acero,  ladrillos refractarios,  etc. a temperaturas elevadas. También aparecen corrosiones graves de cátodo y ánodo,  así como conglomeración del cátodo durante proceso de electrólisis a temperatura baja. Por eso,  las concentraciones de cloro y flúor dentro del electrolito deben quedar limitadas a máximos de 100 mg/l de cloro y 10 mg/l de flúor, respectivamente,  para evitar la aparición de problemas. Como las concentraciones de fluoruros y cloruros en el óxido Waelz son elevadas,  es preciso someter a este concentrado de zinc a una doble etapa de lixiviación con bicarbonato sódico,  de manera que se obtiene un producto denominado óxido Waelz doblemente lixiviado  (Double leached Waelz OxideDLWO) con menores concentraciones de cloruros y fluoruros, ES2104508,  pero no consigue en la práctica los niveles deseados para su posterior tratamiento. De todas formas,  en el proceso Imperial Smelting y la electrólisis,  el óxido Waelz u otro concentrado de zinc similar,  únicamente representa una pequeña parte de la alimentación. 

Los procesos pirometalúrgicos en general suponen inversiones más costosas que los procedimientos hidrometalúrgicos y, por contra,  presentan una mayor recuperación de los metales no ferrosos. 

En general,  los principales procesos hidrometalúrgicos planteados están enfocados únicamente a la materia prima o a las etapas de purificación independientemente,  por lo cuál,  estos procesos aún no representan una adecuada aplicabilidad industrial,  ES2255542 y ES2269349,  respecto de las cuales nuestro procedimiento garantiza simultáneamente la recuperación y purificación,  a la vez que es capaz de tratar óxidos de menor ley de zinc y disminuye los costes de operación e inversión en instalaciones.  

La presente invención utiliza una combinación de sistemas típicos pirohidrometalúrgicos,  para de su combinación y con cambios sustanciales lograr la máxima recuperación de metales y garantizar la obtención de productos de alta calidad y subproductos reciclables con ausencia de los principales contaminantes tóxicos y peligrosos de los residuos. 

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o compuestos de zinc similares. 

La invención hace referencia a un proceso continuo, e integrado por un ciclo pirometalúrgico de concentración de oxido y un ciclo hidrometalúrgico de disolución del zinc y purificación de la disolución para la obtención zinc metálico electrolítico o compuestos de zinc de alta pureza a partir de la utilización de una materia prima con bajas cantidades en zinc y elevadas impurezas y cuya unificación, secuencia y acoplamiento constituye una nueva combinación que nos permite la máxima recuperación de metales y subproductos En el primer ciclo,  cuyo objetivo principal es obtener,...

1ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares caracterizado por la unificación, secuencia y acoplamiento de un ciclo pirometalúrgico de concentración de oxido y un ciclo hidrometalúrgico de disolución del zinc y purificación de la disolución para la obtención de zinc de alta pureza a partir de la utilización de una materia prima con bajas cantidades en zinc y elevadas impurezas, distinguiéndose etapas de lavado y clasificación hidráulica,  proceso Waelz,  lixiviación colectiva neutra,  tratamiento de fangos,  cementación,  extracción con disolventes orgánicos,  y recuperación de amoniaco.

2ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicación anterior caracterizado porque se realiza en el ciclo pirometalúrgico la eliminación previa a tratamiento en el horno Waelz,  de gran parte del cloro y flúor mediante un sistema integrado de lavado y clasificación hidráulica con agua.  

3ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicación anterior caracterizado porque una parte de la fracción no magnética obtenida en la clasificación hidráulica y lavado con agua puede ser paletizada para su tratamiento en horno Waelz y otra parte ser utilizada directamente en la etapa de lixiviación. 

4ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicaciones anteriores caracterizado porque en el ciclo hidrometalúrgico la composición básica de la materia prima del circuito de lixiviación colectiva neutra, es una mezcla de los polvos de acería y de óxidos Waelz,  con la condición de mantener una concentración adecuada de hierro y zinc para su tratamiento.

5ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicación anterior caracterizado por la integración de las distintas etapas de lixiviación colectiva neutra y tratamiento de fangos,  en medio sulfato, en el ciclo hidrometalurgico, permite la disolución del zinc contenido como oxido,  sulfato,  ferritas y sulfuro,  garantizando la recuperación casi total de Zn y del plomoplata de la materia prima,  incluso con materiales que contienen una concentración mayor del 12% de hierro y alto contenido de ferritas.

6ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicación cuarta caracterizado porque el procedimiento de precipitación del hierro, en el ciclo hidrometalúrgico,  puede realizarse mediante goethita,  hematita o jarosita,  siento el modo preferido la precipitación por jarosita en forma de sulfatos insolubles naturales,  de disoluciones de sulfato,  con contenidos de hierro variables,  realizándose mediante un control del pH del orden entre 0, 5 y 1,  y temperaturas del orden de 95 a 100º C. 

7ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicación anteriores caracterizado porque la técnica de extracción, por disolventes orgánicos sin agente catiónico se considera como una vía complementaria a la extracción por disolventes orgánicos con agente catiónico y no la vía primordial en la obtención de una disolución apta para la recuperación final del zinc,  lo que facilita el control del hierro y aumenta la producción de zinc en la extracción. 

8ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicación anterior caracterizado porque la recuperación y reutilización del amoniaco,  utilizado como agente catiónico en la extracción con disolventes orgánicos,  permite purgar el 100% de los caudales de acuosa descargada. 

9ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicaciones anteriores caracterizado porque la regeneración o eliminación de Fe+3 de parte de la orgánica descargada, tras la etapa de extracción,  se realiza en dos etapas,  definiéndose en primer lugar un tratamiento con ácido clorhídrico para eliminar el hierro y posteriormente un lavado con agua para evitar los arrastres de ácido clorhídrico y de cloruro férrico. 

10ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicación anterior caracterizado porque la disolución de cloruro férrico se trata con TBP (fosfato de tributilo) permite 5  obtener un ácido clorhídrico libre de hierro apto para su reutilización y una disolución acuosa de cloruro férrico a purificar en las etapas de lavado previo. 

11ª.Procedimiento integrado para la recuperación de zinc y otros metales a partir de polvo de acería o similares según reivindicaciones anteriores caracterizado 10 por que la combinación y secuencia del los procedimientos empleados permite la reutilización del agua en las distintas etapas y/o procesos.