Estudo da lixiviação de um concentrado de zinco

Neste trabalho estudou-se a lixiviação em meio sulfúrico do zinco e outros metais de valor de um concentrado zinco, tendo-se realizado ensaios de lixiviação à pressão atmosférica e em autoclave. Nos estudos de lixiviação utilizou-se o ião férrico (sulfato férrico) como agente oxidante e avaliaram-se os efeitos de diversas variáveis como a razão sólido/líquido, concentração do ião Fe (III), temperatura, a pressão de oxigénio e a presença de enxofre elementar na eficiência da lixiviação. Os ensaios de lixiviação em autoclave sob pressão de oxigénio foram realizados para verificar o efeito da manutenção da quantidade de Fe (III) na lixívia, por oxidação do Fe(II) com oxigénio. Os resultados obtidos mostraram que à pressão atmosférica para uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 59% de zinco e 22% de cobre com solução de 0,25 M de Fe2(SO4)3 e 0,50 M de H2SO4 em 2 horas a 60ºC e com uma razão sólido/líquido de 5% foi possível lixiviar no máximo 65% de zinco e 23% de cobre com uma solução de 0,5 M de Fe2(SO4)3 e 0,25 M de H2SO4 em 2 horas a 80ºC. Efectuar a lixiviação do concentrado de zinco sobre pressão de oxigénio permitiu aumentar a cinética da reacção de lixiviação, tendo sido possível lixiviar 97% de zinco e 48% do cobre em 2 horas de lixiviação com uma solução de 0,25 M Fe2(SO4)3 e 0,5 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio (à entrada do reactor) com uma razão sólido/líquido de 5%. Utilizando razão sólido/líquido de 10 % foi possível lixiviar 93% de zinco e 54% do cobre com uma solução de 0,50 M Fe2(SO4)3 e 1,25 M H2SO4 a 95 ºC e a 6 bar de pressão de oxigénio, e para uma razão sólido/líquido de 20 % foi possível lixiviar 84% de zinco e 39% do cobre com uma solução de 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão. As análises de difracção de Raios X efectuados aos resíduos de lixiviação revelaram que o enxofre era maioritariamente oxidado a enxofre elementar. Assim, para um dos ensaios de lixiviação em autoclave, verificou-se que a remoção com tetracloreto de carbono do enxofre elementar formado num primeiro andar de lixiviação (s/l=20%, 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar de pressão) permitia aumentar a percentagem de zinco no segundo andar de 42 para 68%. Por último, o estudo do efeito da temperatura permitiu calcular como base nas velocidades iniciais do zinco a energia de activação para a lixiviação do zinco que foi de 39 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação em autoclave e de 38 ± 1.40 kJ/mol para a lixiviação à pressão atmosférica, o que é indicativo do controlo reaccional.

In this work it was studied leaching in sulphuric medium of zinc and other value metals of a zinc sulphide concentrate, having realized atmospheric and pressure leaching tests. In the leaching studies the ferric ion (ferric sulphate) was used as oxidant agent and had evaluated the effect of several variables as solid / liquid ratio, Fe (III) ion concentration, temperature, oxygen pressure and the presence of elemental sulphur in leaching efficiency. Leaching tests in an autoclave under oxygen pressure were were carried out in order to evaluate / check the effect of holding the amount of Fe (III) in bleach by oxidation of Fe (II) with oxygen. The obtained results showed that to the atmospheric pressure a 5% solid / liquid ratio it was possible to leach at most 59 % of zinc and 22 % of copper with a solution of 0,25 M of Fe2(SO4)3 and 0,50 M of H2SO4 in 2 hours at 60ºC and with a 5% solid / liquid ratio were possible to leach at most 65 % of zinc and 23 % of copper with a solution of 0,5 M of Fe2(SO4)3 and 0,25 M of H2SO4 in 2 hours at 80ºC. Making the zinc sulphide concentrate leaching on oxygen pressure increase the leaching kinetics of the reaction,being possible to leach 97% zinc and 48% copper in two hours of leaching with a solution of 0,25 M Fe2(SO4)3 and 0,5 M H2SO4 at 95 °C and 6 bar oxygen pressure (entrance to the reactor) with a 5% solid / liquid ratio. Using 10% solid/liquid reason, it was possible to leach 93% of zinc and 54% of copper with a solution of 0.50 M Fe2(SO4)3 and 1.25 M H2SO4 at 95 °C and 6 bar oxygen pressure, and for a 20% solid/liquid reason it was possible to leach 84% of zinc and 39% od copper with a solution of 0.11 M Fe2(SO4)3 and 2.00 M H2SO4 at 95 °C and 10 bar oxygen pressure. X-ray diffraction analyses carried out on leaching residues showed that sulfur was mainly oxidized to elemental sulfur. So, for one of the autoclave leaching tests, it was found that the removal with carbon tetrachloride of elemental sulfur formed on the first leaching floor (s/l=20%, 0,11 M Fe2(SO4)3 e 2,00 M H2SO4 a 95 ºC e a 10 bar oxygen pressure) allowed to increase the percentage of zinc in the second floor of 42 to 68%. Finally, the study of the effect of temperature allowed to calculate based on initial rates of zinc the activation energy for the zinc leaching that was 39 ± 1.40 kJ/mol for pressure leaching and 38 ± 1.38 kJ/mol for the atmospheric leaching, which is indicative of the control reaction.