Sinkkirikasteen liukenemisnopeuteen vaikuttavat tekijät ja sinkkirikasteen suoraliuotuksen mallintaminen

Työn kirjallisuusosassa selvitettiin eri tekijöiden (lämpötila, paine, mineralogia, partikkelikoko, sekoitus, kiintoainepitoisuus, liuoksen happo-, rauta- ja happipitoisuus) vaikutusta sinkkirikasteen suoraliuotusprosessin tärkeimpiin ilmiöihin (diffuusio, aineensiirto, reaktiokinetiikka). Kirjallisuusosassa kartoitettiin myös tämän hetkistä tietämystä niistä tekijöistä, jotka ovat oleellisia, kun sinkkirikasteen suoraliuotusprosessia mallinnetaan. Näitä tekijöitä ovat: sinkkirikasteiden liuotuksen kemia, sinkkirikasteiden liuotuksen kinetiikka ja mekanismit, kaasuneste aineensiirto ja kiinteäneste aineensiirto. Lisäksi selvitettiin millä tavoin aikaisemmissa tutkimuksissa sinkkirikasteiden suoraliuotusta on mallinnettu. Mallinnusosassa käsiteltiin atmosfääristä sinkkirikasteen suoraliuotusta, jossa hapettimena toimi ferri(III)rauta. Mallintamisessa käytettiin kirjallisuudessa esitettyjä mittaustuloksia ja mallintaminen tehtiin Modest tietokoneohjelmistolla. Työssä tehty atmosfäärisen suoraliuotuksen mallintaminen labo-ratoriomittakaavassa (laimeat liuokset ja pienet kiintoainepitoisuudet) antoi lupaavia tuloksia. Ongelmia mallin ennustuksen kanssa esiintyi pienissä happopitoisuuksissa, alhaisissa lämpötiloissa sekä pienillä ja suurilla partikkeleilla. Työn kirjallisuusosassa tunnistettiin ne ongelmakohdat, jotka vaativat lisätutkimuksia, jotta sinkkirikasteen atmosfääriselle suoraliuotukselle pystytään kehittämään simulointimalli. Näitä ovat: 1. Hapen liukoisuus ja aineensiirto teollisuuden käyttämissä sinkkirikastelietteissä, 2. Sopivien mittaustulosten puuttuminen, jotta atmosfääristä suoraliuotusta, jossa O2 ja Fe3+ toimivat hapettimena voitaisiin mallintaa, 3. Kiinteäneste aineensiirron merkitys sinkkirikasteen suoraliuotuksessa. Mallinnusosassa osoitettiin, että mekanistisella mallintamisella voidaan simuloida sinkkirikasteen atmosfääristä suoraliuotusta ainakin laboratoriomittakaavassa. Työn perusteella voidaan todeta, että sinkkirikasteen atmosfääriselle suoraliuotukselle voidaan työssä ehdotettujen jatkotutkimusten avulla kehittää numeerinen mekanistinen malli, jolla atmosfääristä sinkkirikasteiden suoraliuotusprosessia voidaan simuloida eri olosuhteissa.

The effect of different factors (temperature, pressure, mineralogy, particle size, mixing, solid content, acid concentration, iron concentration and oxygen concentration of solution) on the most important phenomenon’s (diffusion, mass transfer, reaction kinetics) in the direct leaching of zinc concentrate was investigated in the literature part of the work. Current knowledge about factors, which are essential, when direct leaching of zinc concentrate is modelled, was also investigated in the literature part of the work. These factors are: leaching chemistry, kinetics and mechanisms of the direct leaching of zinc concentrate, gas-liquid mass transfer and solid-liquid mass transfer. Investigation concerning the modelling of direct leaching of zinc concentrate carried out by other researchers was also done in the literature part. In the modelling part of the work, atmospheric direct leaching, where ferric iron is the oxidizing agent, was modelled. Data presented in the literature was used in the modelling and the modelling was done with Modest software. The modelling of the atmospheric direct leaching of zinc concentrate in laboratory scale (dilute solutions and small solid content of slurry) gave promising results and the prediction of the model was unsatisfactory only in low acid concentrations, low temperatures and with small and large particle sizes. In the literature part of the work the problematic parts, which need further research, so that model for atmospheric direct leaching of zinc concentrate can be developed, were identified. These problematic parts are: 1. Oxygen solubility and mass transfer in the industrial slurries, 2. Lack of proper data for modelling, where ferric iron and oxygen are oxidizing agents in the direct leaching of zinc concentrate, 3. The significance of solid-liquid mass transfer in the direct leaching of zinc concentrates. In the modelling part of the work it was proven that, with numerical mechanistic model the simulation of the atmospheric direct leaching of zinc concentrate can be done, at least for leaching in laboratory scale. Based on this work it can be pointed out that, numerical mechanistic model can be developed for atmospheric direct leaching of zinc concentrate with the help of further studies proposed in this work.