Fabrieksschema: Bereiding van koper uit erts

,.

!

F A B R I EK., S S C 13. E M A

":"<ro-o-B ERE I DIN G ',V ANK 0 PER

UIT ERTS

J .G.de Winter partner W.Brink

--

..

A. Algemeen

-1. Inleifling 2. Voorkomen

3.

Verwerkingsmetho~en I n hou d s o p g a v e - 0 - 0 - 0- 0-0-0-0-0-0""70 - 0 -

0-4. Keuze van fabrieksschema en motivering B. Fabrieksschema . 1. Inleiding a. flotatie b. loging c. classifi cati e d. indikken en wassen e. electrolyse

2. Flotatie ( in bewerking b~j W.Brink)

3.

Loogproces en In~ikkers a. inlei"ing

b. koperbalans om het loogproces . c •. koperbalans om (je iniiikkers

d. massabalans voor .het gehele loog en in0_{ikkerssysteem}

e. Fe balans en bepaling van B f. ~wavelzuurbalans

g. berekening van "e grootte van (je apparatuUl:' 1. loogsectie

2. classifiers

3.

iniiikkers

4. Electrolyse(in bewerking bij W.Brink) Litteratuur pag. 2 2 2

3

3

4 4

4-5

5

5

5

6 6 8

la

11 16 16

17

17

20 21

23

2

-A. ALGEMEEN

I. Inleiding

Hoewel koper in kleine hoeveelheflen in gedegen vorm voorkomt, is de be-langrijkste verschijningsvorm toch wel in de vorm van verbinrjingen, oie

~ in twee groepen m..jn te scheiden en wel de sulphiscbe en oxydische ertsen waarvan onn.er 2 ?Je belangrijksten besproken zullen ·worden. Naast het erts is ook het vergezellenrJe gang gesteente van belang daar dit ook voor een groot ge0eelte de verwerkkingsvdjze van bet erts bepaalt.

Bij re bereiding van Cu uit zijn ertsen zijn er zeer veel mogelijkheden, zowel voor wat betreft het uitgangserts als ne methode van verwerking.

Heeft men nu een bepaalèl erts en bereidingsschema gekozen, . waarvan de keuze .en de motivering van de keuze onder 4 besproken. zullen worden, dan stuit

men voor oe

bere~ing

direct op de moeilijkheid van het vinrlen van de grootheden die à.e grootte en

afm~ingen

van de irstallaties bepalen. We hebben hier imm~rs niet te maken met wel 'geàefinieerde systèmen waarvan allerlei physische en ch emische groothed en zoals oplos baar:g.eid,opl,ossings-snelheid, grootte verdeling, chemische samenstelling etc ... een~dtlidigbe- .

p~ald zijn, maar met ertsen ~ie sterk wisselen0e physische en chemische eige~

schappen hebben. Zoveel mogelijk zullen we daarom de gegevens gebruiken die in de li tteratuUI:' bekenr9 zijn en fI aarnaast zo mogelijk summier aangeven welke laboratoriumtesten not=lig zijn om de gegevens te verkrijgen' die nodig zijn

om (Ie afmeting van .,e appartuur te bepalen.

2. Voorkomen

In ;je volgenr'le tabel zijn oe belangrijkste koperertsen opgenomen

mineraal samenst elling

%

Cu Oplosbáa:f:hei d

azuriet malachiet chrysocolla tenoriet cupriet brochantie t chalcociet covelliet borniet chalcopyriet 2 ou00

3

.Cu(OH)2 OU2(OH)2C0

3

C~i03. _{2 H20} CuO l Cu₂0 CUS04

.3

Ou(OH)2. Cu S 2

CuB

CU5~·~~4

CuFeS2

55,3

57

,6

'36,1

79,7

88,8

;6 ,2

79,8

66,4

goed oplosbaar în zuren goed oplosbaar in zuren in zuur oplosbaar

in ruur oplosbaar

in zuur oplosbaar +

Îer-risulfaat. ,

in zuur oploobaar

in zuur oplosbaar + fer-ri sulfaat·

in zuur oplc:sbaar + fer-ri sulfaat

gedeeltelijk opl.zuUI:'+ Fe ge ëleel telijk 01'1. zuur +Fe -verwerkin~methoël

en 3 en

-3.

Verwerkingsmetho~en

De verwerkingsmethor1 en kunne n v..orden ge scheiden in twee groepe n •. a. 1 angp (J roge weg

b. langs natte weg

'De methor'le on"ler a. kan worden toegepast bij zowel metallisch koper als _{I '} sulfinisch en oxy~ische

.

koperertsen. Hierbij ,~rdt het erts gesmolten in een pUi!(J,el-oveD:- Het erts op neze ~vijze verkregen moet i~J e gevalléD. flan nog gezuivern warden wat langs electrolytische weg gebeurt, Gaat men uit van ertsen van laag gehalte bijv.

1-2%

dan moeten deze eerste

geconcen-r- treero. worn en tot ertsen met een Cu gehal te van 20% en meer.

~

De methorle onner b kan ook op n.e flrie ertsen groepen worflen toe gepast. Hierbij wornt het ~rts uitgeloogd met een geschikt,oplosmidnel dat voor de , oxydische ertsen meestal bestaat uit een ~u~r (zwavelzuur) terwijl voor het

metallische Cu en sulphiflische koper zwavelzuur wordt gebruikt met een oxydatiemidr1 el en wel ferri sulfaat. Bij r1eze methode behoeven de ertsen niet geconcentreern te worden. Het is hierbij reeds mogelijk om ertsen met een kopergehalte van

0,5

%

economisch te winnen. Uit de koper houdende op-lossing kan dan het koper elec,trolytiscl! ,gewonnen worden en noor neerslaan met fijn verdeeld Fe. De eerste methode wardt het meest toegepast.

4. Keuze van fabrieksschema en motivering

_.

,

Daar àe keuze uan het uitgangperts uitein1,elijk bepalend is voor de ver-werkingsmethode van d~t' erts werd beslo'jjen uit te gaan van een o:xydisch

~

erts en wel van' mala'chiet • Dit erts WOT!lt op grote !,chaal in !Ie Belgische

Congo gevonr1en. Langs hyr'lrometallurgische wijze kan uit r'li t erts het Cu worden geworme,n. Om verscbillenrJe rederen leek de hydrometallurgische wijze van behandeling van een erts aantrekkelijk. In ;Je eerste plaats wel omr'Jat ne meeste metalen op neze wijze gewonnen kunnen warden uit hun ertsen. De vol-gen"le metalen·worr'len tegenwoorr'lig uitsluitenfl. op r'leze vJijze'behandeld:

AI,Be,Mg,W,U en Ra, terwijl Co,Cu,Au,Mn,Ni,V en Zn voor éen gedeelte

op deze wLj ze worrien gewonnen. (N • Arbi ter and H.H~Kellogg). Verd.er omdat het hier unit operations omvat r'lie in (le chemische techniek niet zo veelvuldig voorkomen omnat het hier ,suspensies 'van vaste stof in.vloeistof bej:ïreft die gedeeltelijk uitgeloogn, gewassen, geclassificeerd en ingedikt moeten worden. Bovendien betreft het hier een proces dat in (Je Belgische Congo wordt ui t-gevoerd en wat economisch, mede in BeneluX verbanil bezien, van ~oot

4

-B. F ABRI EKSSCHEMA

1. Inleiding

Als basis voor ~e koperwinning werd het erts genomen dat in Katanga, de Belgische Congo gevon~en wordt. De gemi~nelde samenstelling van dit erts is als het volgt:

Si0₂ 64,17

%

MgO 5,05

%

Cu

9,31

%

A1₂0

3 7,42

%

CaO 1,29

%

Fe 3,21

%

Het Cu komt voor in oxynische vorm en wel als carbonaat (Malachiet) CU2( OH) 2_C0

3.

Het ganggest eente bestaat gro ten"leels uit silicaten~ De

re-serves van dit erts wo rden ge schat. op ongeve er lt • 108 ton met een gehalte van

6 - 10%

Cu. Dit erts leent zich bij uitstek voor het uitlogen met zuur. Aan de hanr! van het blokschema figuur 1 zal nu allereerst summier de win-ning van het Cu uit het erts be schreven worden.

a. flotatie.

In het algemeen wornen juist ne ertsen met laag Cu gehalte langs JVhYdrometaTIllrgisChe' weg gewonnen omnat r!it nog een zeer rendabele methode ~

I

is • Concentratie komt ~ bij hydrometall urgie zelden vo or. De reden n,at

rJ?

hier echter flotatie toegepast wordt ligt in rle uitvoering van het

loog-r

proces. Meestal worClt voor het uitlogen ne percolatiemethode toegepast.

Hierbij wordt een aantal grote vaten gevuld met het erts waarbij de uit-logenrle vloeistof c'loor de vaste stof wordt geperst. Het erts blijft hier dus op de plaats tervdjl Cle aangerijkte vloeistof weer door een volgerde bak wordt geperst. Voor een goea.e werking van deze percolatie is het aus vereist dat tij"iens het logen ne circulatie van r'le loogoplossing door het I

erts goed blijft. Bij het erts vanbovenstaanne samenstelling bleken zich echter grote moeilijkheden vo ar te '-doen. Enerzijo.s do ardat het erts een car-bonaat was en rie hevige gasontwikkeling s"!Jorend bleek te werken, terwijl

anderzijds de hoeveelheid kleiac~tig kolloidaal materiaal zo groot bleek te zijn, dat ne vaten verstopt raructen. De aangewezen manier voor loging was d.aarom agitatie in vaten, waarbij door ae zeer intensieve roering met een klein~ verblijf ti ja , vergeleken bi j het percolatie systeem,

ge-noegen kan worQen genomen. Op zichzelf is ~eze wijze van werken niet zo prettig, om"iat het residu gewassenmoet worden van het aanhangende Cu wat niet zoals bij het percola tiesysteem in àe vaten zelf kan woraen ge-daan maar in

inrl~.kkers

gebeurt waarbij volgens 'het tegenstroom princitpe gewassen woràt. De grootte van ne gehele apparatuur har.gt àus af van de hoeveelheid inert ganggesteente .,ie aanwezig is.

Deze 5 Deze

-~eze kan nu zo klein mogelijk wor~en van ongeve er

7

1~ Cu tot 28

%

b. loging Cu. gehou"len fl~o~~èt 1\, ( ~ ~II,.'

ry~~ ~"~'

\j\"

erts te concentreren

Het uitlogen gebeurt met een zwavelzuurhoud.en~e oplossing r!i e van de electrolyse afkomt. Hierdoor kan wornen gewerkt met een gesloten circuit.Een nadeel van een gesloten circuit is nu nat fle verontreinigingen die bij het logen in oplossing gaan zich concentreren in de electrolyt( oplossing. Ten-einne deze vero,ntreinigingen (de belangrijkste is ijzer)nu op een constant - peil te houden wor"lt een gedeelte van het concentraat gebruikt om een constant \ deel van "e loogoplossi ng te neutraliseren. Hierbi'j gaat dus het Cu van het

,. erts wel in "oplossing maar tegelijkertijd slaat in,'dit neutrale rriilieu een gedeelte van het "Ferri' en Al neer als hyijroxyden en wornt tegelijkertijd met het ganggesteentei:p. rIe in"likkers na uitwassing vervJijderèi. Het loogproces valt flus uiteen in een zure loog en"~eutrale loog.

c. cl assifi catie

, Na het loog proces worflt in een classifier de loogvloeistof met vaste massa geschei(jen in twee flelen. Eén deel bevat nog sle chts ge grofste delen met iets vloeistof, terwijl fle an"lere stroom het overgrote rIeel van de loog-vloeistof en ne rest van de vast stof be vat. Deze behantJ,elirig is /noflig ten-ein"le ~e volgen~e phase, het in"likken en wassen vlot te doen verlopen. Want hiernoor wordt de grootte van ~e (jeeItjes in het in"l ikkersproces binnen nau-were grenzen gebracht.

à. in"ikken en wassen

In -=Ie in~ikkers wor,-'len (je vaste ,stof en (Je vloeistof ~door serlimenta-tie van elkaar geschei "l en. De inge"l ikte massa worfIt flaarna weer met nieuwe vloeistof samengebracht waarna in een volgen"l e in~ikker deze ,twee stromen weer gescheirten \vort=len. Na Ae laatste wassing warrIt Ae vaste stof die nog

t maar een minimum aan Cu bevat tezamen met ~e aangehechte vloeistof weggegooid.

,~ ,

_ e. electrolyse

De vloeistofstromen uit "le twee secties warflen nu bij elkaar gevoegd - en gemengt=l. De ene vloeistofstroom is rIus Fe en Al rijk, terwijl de andere

voor een ge"leelte van van "le vloeistof gaat het Cu gehalte tot fle

rleze onzuiverheflen ontrlaan is. De overgrote hoeveelheid

, ,

nu van t=le voorraar'ltank naar de electrolysecellen, waar helft 'ltvorrlt teruggebracht en de oplossing flan weer di ent voor het ui~logen van nieuwe ~ts. Het kleinste fleel van "le oplossing waràt zon"l er electrolyse !"Iirect naar het neutrale loogge fleel te gelei fI. Het beflrijf

i

wort=lt opgezet voor een prodillctie vanf±)190 ton CU/dag. '

Het gehele proces wor:=lt

nuver~eelfl

i1r

de volgenr3e nrie groepen van bewer-kingen en stat=lia.

6

-LOOGPROCES a. Inleiding

Bij het logen ~al pas na lange tijd het totaal aan be schikbare Cu in op-lossi ng gaan. De veriieling van het erts en mate van roering alsmede de diffu"'_. siesnenheid spelen hier een grote rol. Deze oplossingssnelheid kan niet _{~., ...}

theoretisch benaf!.erd worden.Het eenvoudigste is dan ook wel om uit labora-toriumtesten 0I? te maken hoeveel tijd bet zal kosten om bij bepaalde

vloei-,~

stof samenstelling een erts tot op zekere hoogt~ uit te logen.~angere con-tacttijd bevornert, he,t in oplossing gaan doch vereist tevens, voor een

be-~ paalde productie een' grotere apparatuur en .. verhoging in de koste n van. af-'schrijving. Er ligt n,us ergens een 'econom~sch optimum.

De laboratoriumtesten zijn g~~~kelijk uit te Voeren door de concentraat monsters 'gedurende een bepaalde tijd te schudden met de loogvloeistof • Als functie van de tijd kan dan de verrijking van Cu in de oplossing uitgezet worden. Belangrijk'is het wel nat,de loogoplossing dezelfde samenstelling wordt gegeven als de oploss'ing r'lie overblijft na electrol;rse. Hierin zit dus nog een gedeel te van het Cu en alle verontreinigingen. Het blijkt n.l. dat de opl'osbaarheir1 van het Fe in het gesteente minder is indien de oplos-sing een re0elijke koperconcentratie heeft (1). Bovendi en beeft het, gebr~k

van het concentraat nog het vo ordeel dat de hoeveel heid oplosbaar ijzer re-latief sterk vermin1erd is

(2).

Ui~eindelijk ~t de hoeveelheid Fe, die bij het zure loogproces in oplossing gaat, nauwkeurig geanalyseerd worden, daar oeze hoe,veel heid mede bepaal t hoeveel Fe er bij de neutrale loging neerge-slagen moet wor(len als hydroxyne. Daar immers met een gesloten circuit gewerkt wordt en men,: ~ geen ijzerophoping in de oplossing toelaat, moet de totale hoeveelheid opgelost ij zer gelijk zi jn aan d.e hoeveelheid neergesla-gen ijzer. Ditzelfa,e geldt ook voor de hoeveelheid Al die in de oplossing gaat, hoewel in mindere mate, rtaar Al niet stoort bij de/electrolyse. (3).

- De variabelen die dus ne stofbalans ronrlom de loging bepalen zijn:':d,e. hoeveel heid koper die" in oplossing gaat; de hoeveelheid Fe die in- een

op-~ 'lossing gaat; de voeding aan droge tnnnen concentraat aan de agitatoren bij de zure loog sectie en de neutrale loog sectie.

Voor de berek~ning van cl e gro o~te van de inoikkers zijn er nog" spe ci!3,le bezinkingstesten nOdig in het laboratorium.Hier moot bepaald worden hoeveel tijd het kost om de 100gpulp tot een zekere dikte in te dikken (deze t i jd, tezamen met ne hoeveelheid te verwerken pulp per tijdseenheid is bepalend voor de grootte van (je in.jikke'rs). Ook hi er ge l1 t weer hoe minder water de afgescheiden pulp bevat des te"minrrer zijn de verliezen van Cu die in dit

, '

wate;t:' zijn, opgelost. Maar aan 'le annere kant heeft' men ook weer grotere indikkers nodig om ne, gewenste einnconcentratie te krijgen. Voor de, stof_

-7;.

balans is echt~:r' yan belang ~et welke concentratie de pulp de laatste in-dikker verlaat, want het gesloten circuit verliest hier een hoeveelheid vas-. te stof, die echter steeds weer aangevuld VlJOrdt en eenhoevèvas-.elheid vloeistof

die weer als waswater moet warden. toegevoegd.

TeAeinde nu een algehele stofbalans te kunnen maken moeten het loogproces, de zuivering, het indikken en wassen tezamen genomen worden •. Ter berekening wordt uitgegaan van ge~vens van E.Roger (3)

. Voeding van flotatiecellen 700 ton erts per dag, Cu gehalte 28,32% Malachie tge hal te 49,28% - Van voeding naar zure loog 600 ton per dag

Van voeding naar zuivering 100 ton per dag.

De vaste stof womt genomen in tonnen

per

dag

en

de vloeistof in m3ldag. De vaste stof opge lost in de vloeistof wcrdt uitgedrukt in kg/m3 •

De gebruikte ge~vens kunnen werden gevonden met behulp van bovengemelde testen. Teneinde het ert$ goeii te kunnen uitlogen, wordt het gemalen tot een

~ _r fijnheid van -_. 2O~. &§rac~ 'IEo'rrJt zo weinig mogelijk van het -' 200 mesh materiaal te krijgen. In onderstaande tabel- wordt de samenSll7elling van de . voeding ge geven. + + 20 mesh 35 mesb + 100 mesb + 2)0 mesb ( + 0,833

mm)

°

%

( ( ( + 0,417 mm) 21 ,45

%

+ 0,147 mm) 42,35

%

+ 0,074 mill) .52,30

%

De percentages Zl.Jn cumulatief genomen. ,D.W.z. dat bijv. 52,;0% + 200 mesh is, dat 52,3

%

van èle totale voeding blijft liggen op een zeef van een fijn-beid van 200 mesb. TijrJens het loog proces worden de deeltjes verder afge-broken, termjl er oo'k een ge deel te oplost. Na de;loginiS is nu de eerste taak om de grofste r1eel tjes te scheiden van, de kleinere. Al~ g:r:ens VlX)rdt bier genomen 200 mesh. In een cl assifier kunnen nu langs mechanis eb /natte wèg de + 200 mesh àeeltjes gescbeiden worden van',~de .!""'200, mesb deeltj es.

,Terwijl voor de uitloging nog 52,30

%

van de deel tj es groter was dan 200 me~h,

blijkt uit de proov:en dat na c1e logi ng de grootte verdeling zo. veranderd is, dat nog slechts een 15

à

20

%

van de deel tj es groter is dan + 200 mesb. In de verdere berekeni:r:gen warot !'lan ook aangenomen, dat in rle classifier 20

%

van cle vaste ,sto.f verwijc'lerd woriit, terwi. jl in het volgenà:e staàium,de in-dikkers,ne resteren~e 80

%

van tge vaste stof afgescbeiden wordt.

De deeltjes groter (lan 200:·.:mesb (0,074'llllli) z~llen we zand noemen en de vaste stof kleiner aan 200 mesh, bet slijk. Bij het laatste wor.,t nog weer onder-scheid ,gemaakt tussen het zure slijk (afkomstig van ne zure loging) en het neutrale slijk (afkomstig van rje zuivering).

Uit 8 Uit

-Uit de Cu anqlyse van de verscb~llende deeltjes n~ de~loging bleek, dat het Cu gebalte in bet zand gemiadeld 1,6~ en in het neutrale en zure slijk resp. 2,57 en 0,57%. Dit verschil in Cu gehalte is wel verklaa:bj5aar, immers bij de zure loging was een ovennaat zuur aanwezig zodat de loging hier completer was dan bij het neutrale proces, waar al het aanwezige zuur opgebt'uikt werd. b. Ko;Perbalans olIlcsb.e,t loogproces

Uit bovenstaan"le gegev:ens kan berekend worë!.en hoeveel C~ resp. bij bet . zure en neutrale loogproces in oplossing zijn gegaan.

1 .•

~~~

voeding

600

ton erts

/ .' met 28,32

%

Cu = 169,92 ton Cu zittende in (1)

~'~ , 49,28 % Malacbiet = 295,68 ton

_ in oplossing:

~

%

Cu

=

1,6992 X ton Cu

= 2,9568 X ton Malachiet niet in oplos si ng:

(600 - 2,9568 X)ton gesteente hlb'ervan is 20

%

zanrl met Cu ge hal te van 1,62

%

80

%

slijk Cu ge hal te van 0,57%

(2)

(3)

(4)

De totale 'hoeveelbeid Cu in t'le voeding moet nu gelijk zijn aan de hoeveel-beir) Cu in oplossing gegaan en ~e boeveelheid niet in oplossing gegaan:. Dus (1) = (2), + (

3 )

+ (4).

169,92 = 1,6992X+ (600-2,9568X). 0,2 • 0,0162 + (600 - 2,9568X) •

• 0,8' • 0,0057. X

=

99,2%

Door X in te vullen ~n resp. (2),

(3)

en (4) zijn de hoeveelheden Cu in de 'oplossing, zanti en slijk te berekenen.

Hoeveel heid Cu in oplossing: 168,56

Hoeveelheid zand: 61,34

Hoeveelheià slijk: 245,35

2. Neutral"e loog voeding 190 ton erts

met 28,32

%

Cu = 28,32 ton Cu 49,2é}. % Mala chiet' in oplos sing:

=

49,28

y,%

Cu = 0,2832 Y ton Cu

=

0,4928 Y ton Malachiet . niet in oplcssing: ton ton ton. zittende ton

(100 - 0,4928 y) ton gesteente hiervan is

20

%

zanrJ met een Cu gehalte van l,62

%

80

%

slijk met een Cu ge bal te van 2, 57

%

in (1)

(2)

(3)

(4)

- 9

Ook hier geldt weer (1) = (2) +

(3)

+ (4)

28,3~

=

0,2832 Y

+

(100

0,4928Y). 0,2 • 0,0162

+

(100 -0,4928Y) •

• 0,8 • 0,0257

(4) geeft:

y=

95,4%.

Dit weer ingevuld in

(2), (3)

en· Hoeveelheid Cu in oplossing: . " Hoeveè.heiêl zand HoeveelhErl.d slijk

27,02

ton

, 10,6

ton

42,39

ton

.. Bij de afscheiding van het zand uit de classifiers en het neutrale en zure slijk uit

ne

laatste inriikkers gaat een hoeveelheid vloeistof mee. D.eze hoe-veelheid wordt uitsluitent=!. bepaald door à.e grootte van de app~ratuur,v wil men . bijv. weinig vloeistof , dan geeft men de pulp maar langer tijd om in te dikken.

De 'verhouding van de hoeveelheid vaste stof :tot het volume van d.e meegevo erde vloeistof is dus weer een laboratoriumwaarde. 'Oeze verhouding bleek voor bet

zand in àe classifiers, zure en neutrale slijk' te zijn: vaste stof in tonnen / vloeistof in m

3':

zand

, zure slijk

0,73

neutrale slijk

0,9

Ui t bovenstaande tabal blijkt dus dat het grovere zan:l door snellere b:ezinking beter ingedikt kan women Aan het vee,l fijnere slijk. Met bahulp van 'deze ta-bel en à.e berekende ho~veelheden zand en slijk in de beide processen kan dus tevens berekenn worden hoeveel vloeistof meegevoord wo rdt.

zure loogsectie

classifier inrJikker neutrale loogsectie

zand

61,43

ton' +

18,09

~vloeistof

. slijk

245,35

ton +

336,03

m

3

vloeistof

classifier zand

10,6.

ton +

3,13

m

3

vloeistof i nfi.ikkeI.' slijk

42,39

ton +

47,10

m

3

vloeisto*,

Daar deze hoeveel heden vloeistof uit het circuit afgevoerd worden, terwijl de ~ grondsl ag van het gehele schema het gesloten circuit is, moeten deze ho

eveel-heden vloeistof dus 'We er to egevoerd worden. Dit gebeurit. dan ook resp. bij de

classifiers en èie innikkers waarbij deze vloeistof bovendien nog als was-vloeistof benut wordt.

Bovenstaande barekende massa en vlo~stofstromen zijn ter verduidelij'king neergezet in het blokschema in fig.~. Hierin zijn ook nog de volgende onbe-kenden uitgezet.

A is de vioeistofstroom ëlie n oor de zure loogsectie gaat en vandaar via de

~engtank naar ne electrolyse gaat •.

Na electrolyse gaat àe vloeistof weer naar de zure loogs/ectie. Het gehalte aan

-Cu-... ~ ...

---...

...,..

10

-, --..<.

~'

.

Cu in deze vloeistofstroom moet vlak voor de electrolyse ±

electrolyse 30 kg!m3iiijn. Op Cle'ze gegevens plus de grootte stroom A wordt het schema van ne electrolyse bepaalfl.

60 kg{m? en na de\J:

van de' vloeistof- '

B

is de vloeistofstroom die noor Cle neutrale loogsectie gaat.

B

en

A

worden gemengd, zoclat na de mengtank het gehalte van B gelijk is aan dat van A en wel onge ve

~r

60 kg/m

3•

Het gehalte van Cu in A voor de indikke~s is P en'na de indikkers Het gehalte van' Cu in B voor de indikkers is

Q

en na de inàikkers

.

3

R kg/m,. S kg/m

3 •

Het gehalte aan Cu in ne meegevoerde vloeistof bij de indikkers~s bij de

zure en neutrale loogsectie' resp. T enU

kg/~.

\J

c.Koperbalans om de inàikkers Zure loogsectie

AlvorenEl nu de totale massa balans te màcen ,waarbij bovenstaande onbe-kenden berekend w'ar'(Jen, moet eerst een balans om ~e' indikkers gemaakt wo:r:den, daar hier een' vrij grote hoeveelheid Cu met Cle meegevoerde vloeistof

ver-dwijnt. Tevens moet hier bepaald worrJen hoeveel. indikkers bij dit tegenstroom

.

wasprincipe'moeten worflen gell3.omen, teneinde de verliezen redelijk te houden.

,

.

Ui t fig.l is van rle zure loogsecti e ,het omlijnde deel van ne indikkers ge-tekend in fig.2. Genomen werden 4 indikkers. Het transport van de stromen is in fig.2 mede aangegeven. In indikker 1 komt dus de stroom van de loogsec-tie , t'erwijl i,n de inflikker 4 de te',' verwijileren' slurry voor de laatste maal wordt gewassen met een niet Cu houd ende was oplossing., Het waseffect kan bi j

deze wijze van wassen langs grafische weg worden opgelost. Dit is hier echter niet nOdig. De oplossing is hier vrij eenVOUdig ÓlIIldat een gelijke hoeveelheid waswater wordt toegevoeg~ als er afgevoerd wordt met ,(J,e slurr:y". Voor elke

in-dikker kan nus eefi;'stofbalans ~ràen opgemaakt, terwijl voor het systeem als gebeel ook een dergelijke balans kan worden gemaakt. Hierbij wordt uitgegaan van de aanname flat rle vloeistofstromen die in een inàikker komen zich homo-, geen mengen zodat het Cu gehalte in de uitstromende vloeistofstromen hetzelf-de is.

Balans voor het gehele systeem: A • P = 336 • T + A.R. (1)

voor inrlikker 1 A • R ;or

336 •

R

=

A • P +

336

voor in"~ikker 2

3.36 •

R' +

336 .'

Rf =33) o. TI +

336

voor in-3ikker

3

voor inrlikker 4

336 • T'=33J. T

+

336

3;15 • T =3;6 • T' • Rf • R ' • Rf

Ui t (5) volgt Tf

=

,2T rJit ingevuld in (4) geeft

R' ,= 3T R = 4T di t ingevUld in (3) geeft (2) (3) (4) (5)

-We-- We--

11·-We zien nus, à,at, in"ien we 4 inr1ik...lcers hebben, het Cu gehalte van (Je afge-voerde 'il-loeistofstroom gelijk is aan ~ van het Cu gehalte van ne overlopende 'vloeistof van ~e eerste in0ikker. In het algemeen bij N in.1ikkers l/N deel.

Het verband tussen T en R biD- N infJikkers is R = NT (6)

Het rendement ~ van het wassen kunnen we nu àefiniëren als bet 9.uotiënt van de hoeveelheid Cu die in~ikker 1 verlaat on in te tproces terecht te komen en de hoeveelheid Cu die het inà.ikker-wassysteem binnenkomt.

,?;=

!:~

=

~

volgens (6) R = NT dus" =

~~

(7) Volgens (1) AP

=

336

T

+

NAT

=

T (336 +

NA)

AP

T

=

₃₃₆

₊

_NA

dit ingevuld in (7) geeft voor

NA

de efficiency~ = 336 + !.'lA

We vinden hier rlus een ui trlrukking voor de efficiency waar alleen de hoofd-stroom A, de meegevoerrle vloeistof (336) en het aantal indikkers in voorkomt. Deze vergelijking en vergelijking no.6 ,R = N.T zijn de b'elangrijkste gevon-den vergelijkingen. De hoeveelhei.c'l. afgevoerde Cu

=

336 • T kg.

Neutrale loogsectie

Deze is in fig. 3 getekend. In deze figuur zijn ook de bekende en onbe-kende grootheden inge zet. Op precies nezelfde wij ze als bij (te zure loogsectie kunnen we hier afleiden voor àe efficiency

NB

~=

47,1

+ NB en S

=

N U

afgevoerde Cu is,

47

,1 • U kg.

D. Massa balans voor het gehele loog +inoikkerssysteem

Met de tot nu toe gevonr1 en gegevens en 'vergelijkingen is bet mogelijk om O.e:.'Gotale balans op te zetten, waarbij tevens rl.e onbekende vloeistofstro-men A en B bepaald moeten worden alsmede (je g'ehaltes aan Cu p,q,r,s,t, en u. Het een en ander wordt nafler toegelicht ~an' ne band van fig.l. De hoeveelhéi.d Cu die opgelost i's in (je zuur loogsectie is 168,6 ton = 168600 kg. Deze hoe-veelhéi.cl is opgelost in vloeistofstroom A met een beginconcentratie van

30 kg/m3 en een eind concentratie van p kg/m3 • Hieruit volgt de vergelijking A ( P - 30 ) = 168600 (1) .

Deze vloeistofstroom bracht in het innikkerssysteem een hoe~eelheid C;yt van A.P .• kg. Uit het indikkerssysteem gaat een hoeveelheid 336 • T kg. die

ver-, '

loren is en een hoeveelheid A.R. naa~ 0e mengtank. De inkomende hoeveàheid Cu is gelijk aan rle som van ne uitgaande hoeveelheden

A.P.

=

336 • T + A.R. daar R

=

NT wordt c'l.è vergelijking

A..P. = 336 T + A.N.T. (2)

-'Oe-.

'

12

-1)e hoeveelheid Cu flie opgelost is in het neutrale loogsysteem is 27,02 ton =

'27020 kg.' De~e hoeveelheid is opgelost in vloeistof'stroom B met een begincon- ' centratie van 60 kg/m'? (stroom komt van mengtank) en een

eindcoricent~atie

van

'=l

kg/m3 • Hieruit volgt 0e vergelijking:

. B (Q.- 60 )

=

27020 (3)

rond het iniiikkerssysteem kunnen we weer een soortgelijke vergelijking

af-leiden als onder (2)

B.Q

=

47,1 • U + B.N.U. (4)

De vloeistofstroom B met concentratie van S = N • U kg/m3 komt samen met de

N:T kg/m3 , om samen een vloei-va"u 60 kg/m3 •

vloeistofstroom .A met een concentratie van R =

stof'stroom A + B te ge ve n met een concentratie Hieruit volgt r'le vergel ijking: .

B.N.U.

+ A.N.T.

=

60

(A

+

B)

(5)

Bepaling No_ Allereerste moet nu N hetL!aantal indikkers bepaald worden in de zure. en, neutrale inoikkerssectie. Hiertoe be~ien we ver~lijking (1)

A (P - 30)

=

168600 en 0e vergelijki~ voor de wasef'f' .van de zure loog sectie AN We moeten eerst een schatti ng maken van rJe stroom A.

~

=

336

+

'AN

_{Dit kan gemakkelijk in-=tLen we in aanmerking nemen, dat} de totale hOeveelheid Cu die in oplossing gaat, vermin1ert me t de verlie ~en in de 'inàikkerssectie, die we ruw weg

?ffo

zullen nemep~ terecht komt in de

electrolyse afdeling met stroom A. Als eis' werd bij de berekeningen gesteld dat het geh al te van deze stroom vo or de ele ctrolyse 60 kg/m3 bedraagt, ter-wijl de stroom geelectrolyseerfl wordt totdat het gehalte 30 kg/m3 is. De hoeveelheid Cu is dus gelijk aan 30 •

A.

Be~ien we het blokschema f'ig.2 dan ~ien we d~t de hoeveelheid Cu die in oplossing is gegaan gelijk is .aan

168560 + .27020 kg

=

195580 ·kg. Rekening houdende met de verliezen wat:'dt dit 18967,5 kg. A is a.us

on~veer

gelijk aan 189675/30 = 6322 m3 • In onderstaande

,

tabel is nu uitgerekend voor div.waarden van

A

het rendement van de uitwas-sing resp. voor 1 tot en

me

t 7 int'l ikk ers •

. Aantal indikkers A 1 2 3 4 5 6 7 8 ₉ 6000 .94,

'70%

97,?ffo

98,17% 98,62% 98,89% 99,08% 99,20% 6100' 94,80

97

,31 98,20 98,64 98,91 99,10 99,21 6200 94,85 97,36 98,23 98,66 98,93 99,11 99,23 6300 94,93 97,40 98,25 98,68 98,95 99,12 99,24 99,34 99,41 6400 9.5,00 97,44- 98,28 '98,

'70

₉₈

,97 99,13 99,26 6500 95,08 97,48 98,31 98,72 98,98 99,14 99,27

Hieruit blijkt dus èlat het renAement niet erg verandert innien men het aantal i.ind ikke rs constant hou"t en A _{varieert van 6000- 6500 m3 • Het is dus veilig}

om 13 om

-om ,de rendementen te nemen voor r"le verschillende aantallen indikkers bij A = 6300. Het aantal indikkers dat we in ser.i.e moeten zetten is nu zuiver 'een economisch probleem. De vraag rlie we hier moeten stBllen is, of de kosten

van één inàikker meer in serie opwe@9n tegen de meer opbrengst ~an Cu. Ge-tracht zal nu WOI:'nen om aan r"le band van gegevens over de prijs. van indikkers (4) het aantal benodigdé inAikkers te berekenen.

1., P:ç-ijs van één innikker meer in, serie.

In ge noemn. artikel worflt vo or een indikker van een be paalde diameter, de kosten in dollars opgegeven per ft2 oppervlakte. Vooral bij indikkers met een kleine diameter is flit een groot berlrag om' dan tenslotte bij inrjjl~kers

met een diameter van 70 - 100 ft. con:stant

te

worden en wel

~PlO.-

per ft2• Hierbij is alles inbegrepen, dus een bedrt jfsklare installatie.Voorui tl 0-.,.:·.,pend op de berekeningen voor de gt:'ootte van de inrtikkers wordt in het on-gunstigste @9val aangenomen nat pe:o to.n in te dikken materiaal per 24 uur een oppervlakte van

~O

ft2

iWJik.k,~F

noo:l za.l{:elijk is. Uit f±g.2 blijIrt dat. per dag elke in(Jikk~r- ongeveer

339";.

_{- . , .} ton materiaal moet behannelen. Voor ₂ elke volgende wastrap is er dus 20.000 ft irulikke,r nodig, waarvan de kos-ten oP' 20.000 • 10 '~'

$

= $ 2000.000 komen. Bij een afschrijving van de

ap-V

paratuur

in~

jaar zijn rle kost,en dus 40.000 dollar per jaar. De

0~1erhouds·

:, '~. ,kos·ten etc. zijn ongeveer 5 dollarcent per ton per dag, dus totaal per

dag 50 dollar. Nemen we een jaar op .300 da@9n dan blijken de kosten dus, verbonden aan één wastrap, te zijn 40 .000$+ .300 • 50 • $

=

$ 55.000

2. Meero,pbrengE?t aan Cu per wastrap •

In tabel 2 hebben we de renflementen uitgerekend voor versdillende aantal-len inàikkers bij een vloeistofstroom van 6.300

~1.

Afgetrokken van 100% vinflen we de hoeveelheid Cu die bij het wassen verloren gaat. Depercen-tages moeten genomen worden van de, hoeveelheid Cu die 'de eerste indikker binnen gaat. Deze hoeveelheid Cu is als volgt te berekenen. In oplossing ging 168560 kg. Verder was er nog .30 kg Cu per m.3 vloeistof aanwezig. De totale hoeveelhe~d is dus 168560 kg + 30 .,6300 '.' kg

=

357.600 kg. De prijs van het koper is de laatste' jaren vrij sterk omhoog gegaan (5). Van 12 dollarcent per lbs. in de jaren 1946-47 is de prijs via 18 cent eind 1949 opgelopen tot 24,5 cent eind 1950. Bij het vaststellen van een prijs moet dus ook rekening gehou~en wor~en met een eventuele daling van de .prijs in rle toal{:omst. Verrger drukken op bet extra gewonnen koper nog

kos-ten, zoals electrolyse en vervoer. Een extra opbrengst van .30 dollarcent per kilo lijkt àaarom redelijk.

In 14 In

-In (Je volgenàe tabel zijn nu de volg'ende berekeningen opgenomen. Kolom 1: het aantaL inoikkers.in serie

Kolom 2: het verlies in Cu in

%

(totaal)

Kolom 3: bet verlies in Cu in kg. per Cl,ag (3576 • percentage) (totaal) Kolom 4: d~ relatieve winst aan Cu door het opnemen van één innikker meer

in bet wassysteem, berekend 000r bet verschil van twee

opeenvolgen-àe waarnen in kolom'3 te nemen.

Kolom 5: (Je relatieve winst aan kg. Cu per jaar (300 werkrJagen) Kolom 6: de relatieve winst in dollars (30 dollarcent per kg.) Kolom 1 2

3

4 5' 6

7

8

9

2 3 5,07 , . ~ 18115 2,60 ~)9290 1,75 6252 _, 1,32 4716 1,05 ' ₃₇₅₂ 0,88 3144-0,76 2715 0,66 2358 0,59 2087 4 8825 3038 1536 964 608 429 363 271 ,5 2647500 911400 460800 289200 182400 128700 108900 81600 6 $ 794.250 273.4,20 138.240 85.760

54.720 .

38.610 32.670 24.480

Vergelijkep. we de waarden ont=ler 6 met de berekenr'le waarde voor de kosten van één wastrap zijnrle $ 55.000 nan blijkt dus (Jat het ~og zin beeft om , 5 inr'jikkers te nemen. Dooràat de 'cijfers wel ongunstig genomen zijn heeft

. '

het misschien nog zin om eenzeSr1e innikker te nemen. Maar in ieder geval kan het bovenstaande r!ienen als basis. Bij de verAere berekeningen zullen dan ook in bet wassysteem 5 indikkers genomen worden. Dus N

=

5. Vullen we voor N nu 5 in bij de formules van 1 tot en met

5

dan krijgen we nu.

, . A ( P - 30 ) ~ 168600 ( 1)

A • P

=

T (

336 + 5A) (2)

B (

Q -

60 ) = 27020 (3) B • Q

=

U ( 47,1, + 5B ) ( 4)

5 B • U

+

5A • T

= 60

(A

+

B)(5)

We hebben hier dus vijf vergelijkingen voor 60nbekenrJen. De eerste 4 ver-gelijkingen slaan twee aan twee op resp. de zure loogsectie en de neutrale loogsectie. Vergelijking

5

,is Ae vergelijking van de mengtank, waaruit dus 'een vloeistof moet komen ,nie aan Ae ons gestelne eis van 60 kg Cu per m

3

moet 'v?liloen,. De hOeveelheid B is van belang omnat deze hoeveelheid· bepaald

hoe-.

.

veel uit ne mengt ank naar Ae zuivering gaat. De vraag is nu in hoeverre deze _{. ,} hoeveelheid varieerbaar is twr\v.ijl we niet in strijA komen met onze eisen dat

-de-- de--

15,-de oplossing naar en van

~e

electrolyse resp. 60 en 39 kg/m3 bevat.

Tene~nde

, .

hierin èen inzicht te kr~jgen en o~ tevens een idee te krijgen van de soe-:pelheid van het pro ces werri als het volgt te werk geg.aan. Daar! een waarde moest hebben

rli'~IV-6300

m3 heen moest liggen, werden voor. de volgende waarden van A ( 6000,.6100, 6200, .6300, 6400) met behulp van formule (1) en (2) resp. P en T berekend.

Hetzelfn.e wer·l _{voor ële neutrale 100gsectie genaan met waarden voor B van}

500, 700, 900 en 1100 m3 • Uit verg. (3) en (4) werè'l en ~.an weer resp. Q en U

bereke nd. Bezie n we nu vergelijking (5)

5

B U

+

5

A T

=

60

=

X

A· + B

dan moeten er dus nu B en A waarà en zijn flie, ingy,uld met de bijbehorende U en T waarden, een uitkumst van 60 geven. Hiert0e werden alle mvgelijke combinaties van A met B in Cie verge~ijking ingevuld en de ui tkümst uitgere-kend. Deze ui tkvmst en zi j n in uriil erst aanne tabel ver zameld.

~urizvntaal staan ne verschillen~e B waarden. Verticaal staan de verschillenrJe A waarden.:

up de snijpunten staan (Je berekende X waarden.

B

=

500 700 900-.. 1100

ft

6000 61,64 61,61 61,53

61,54

6100 61,15 61,13 61,11 61,10 6200 60,73 ' 60,72

60,71

60,71 6300 EO ,25 60,26 EO ,26. 60,27 6400 ;8 ,82 59,84 59,86 59,88

Teneinde nu die waarCien van A en B

te

berekenen waarvoor een X juist 60 is, werden bovenstaande gegevens in een grafiek uit ge zet. Verticaal werden de verschille?de waarden vüar A Uitgezet en horizvntaal de waarde v~ X. B is parameter. Deze X waar0en werden nu uitgezet voor de twee grenswaarden van B n.l. 500 en 1100. 'Door deze twee seri es van waarnemingen is zmal s uit de grafiek blijlet een reèlelijke rechte

te

trekken. TrekkeiYenu een, lijn die vol-duet aan de vergelijking X = 60 d.an vinden we duor deze :besnijden met de twee lijnen voor B

=

500 en B

=

1100 ne bijbehorende waarden van;A. Uit deze grafiek kunnen we een belangrijke cvnclusie trekken. Wehebben hier te maken

met een systeem waarbij we vrij grute variaties in B kunnen aanbrengen bijv. van 50.0 - 1100 m3 , terwijl A hierbij binnen nauwe grenzen blijft en slechts varieert van 6355 - 6367,5 m3 • In àezelfde grafiek werd vok ter

~ergelijking

uitgezet A als functie ,van

t

met als parameter B, mSiar dan 'Voor een. systeem 'met 4 indikkers • Hierui"b blijkt dat ûok nu de vloeistofstrvom niet zo veel

-afwijkt--~16

-afwijkt van die bij'

5

indikkers, terwijl ook nu B weer sterk gevarieerd kan

worden zonder het geheel uitzijn bal ans te brengen.

E.ge Balans en Bepaling

van~.

De grootte van de vloeistofstrvom B, do or de neutrale loogsectie , wordt

uitslui~end

bepaald duor de hoeveelheid ijzer die bij de zure loogsectie in

oplossing gaat en de eis, dat het ijzergehalte in de vplvssing naar de

'elec-trvlyse cellen niet groter mag zijn dan 3

kg/~.

'

- Het ijzergehalte in bet erts. is

2%,

hiervan blijkt ongeveer

,2Ofo

in vplvssing

te gaan tijnens de zure 10glng. Bij een vveding van 600 tvn erts per dag is

. dit dus 600 x 0,02 x 0,2

=

2,4 tvn'Fe. De vlueistvfstroom die naar de

neutra-le loogsectiegaat bevat 3 kg Fe/m3 • Bij neutralisatie van deze stroom met de

100 ton erts blijkt er bij, een contacttijn van 16 uur ongeveer 80%

ne,ergesla-gen te

worde~.

Dus 2,4 kg Fe/m3 ., De hoeveelheid nie

ih

oplossing gaat bij de

zure

loog~ectie

'moet dus weer neer slaan bij de neutrale loogsectie • Uit

ge-lijkstelling van beide hoeveelher'Jen kan B worden opgelost. In oplossing gaat.

2400 kg Fe per dag. Neergeslagen wordt B • 2,4 kg Fe per dag. B • 2,4

=

2400.

Dus

e

=

1000 m3 •

'

Uit de grafiek, blijkt nu dat

À

nu 6365 m3 moet zijn. Hiermede zijn 'dus nu de

vloeistofstromen vastgelegd. Met bovenstaande vloeistofstromen A en B zijn

met behulp van de formules 1 tot en met 4 de hoeveelheden koper

P,T,Q

en U

berekend.(Zie figuur 1)

-

3

3

3

3

p

=

56

,49 kg/m •

T

=

11,18 kg/m •

Q

=

87,02 kg/m • U

=

17,24 kg/m

F·Zwavelzuurbalans.

_,

peze zal zo eenvouQig mogelijk worden opgezet.

I~

het @esloten systeem

gaa~

een gedeelte van het zwavelzuur verloren. Zo wordt bij de electr9lyse

geen equivalente hoeveelheiil zwavelzuur gevormd. De· zwavelzuur die tijdens

het proces verloren gaat worrJt voor de electrolyse toegevoegd. Uit

lite,ra-tuurgegevens blijkt,ilat per kg gewonnen Cu ongeveer 0,33 kg zwavelzuur

ver-loren gaat

(6),

Per kg Cu ilat in ,oplossng moet

wor~en

gebracht is echter

. 1,54

kg

~2S04

nOdig. Dus hiervan gaat ongeveer 20% verloren.

Als basis voor ile berekeningen wordt genomen de hoeveelheid zwavelzuur die

in de mengtank aanwezig moet zijn. Uit' fleze . mengt ank gaat immers 1000 m3 per

dag naar de neutrale loogsectie.

De~e

hoeveelheid zwavelzuur moet

geneutra-lisee,rd worden met 100 ton erts, Bij het neerslaan 'van Fe en Al als

,hydroxyden word.t' echter H

₂

S0

₄

ge.vormrJ nat blijkens litera,tuurgegevens ook

gebruikt wordt voor het in oplossing brengen van het Cu (7).

Fe2(S04)3

+

6

H

₂₀

=

2 Fe(OH)3

+ 3~H2S04

Al2(S04)3

+

6 H

Per 17 Per

-Pe~neergesl _{age'n Fe komt er 2,62 kg H2S04} vr~J.

Per kg neer~eslagen,Al komt er 5,44 kg

H

_{2S04 vrij.}

p'er kg in oplossing gebracht Cu is er 1,54 kg.H₂S0₄ nodig.

Het gehalte aan Cu na oe neutrale loogsectie is zoals we gezien hebben

87,02 kg. Voor de loogsectie vas het 60 kg/mB.. In oplossing is er dus gegaan 27,02 kg/m3 • Hiervoor is dus nOdig: ,27,02 • 1,54 kg H2SOJm3 (1)

Per m3 werd, er 2,4 kg ijzer neergeslagen en blijkens 'de gegevens ongeyeer

- 3 kg Al. Hierdoor komt dus vrij aan zuur: 2,4 •

2~62

+

3 •

5,~

kg H_2S04m3" (2)

Noemen we de ,hoeveelheiël vrij zwavelzuur die in de voeding aanwezig moet . zijn X (3), dan kan X nu'berekend. worden door ~l) gelijk

te

stellen aan de

som van'(2)en(3) 0US:

_ g/

3

27,02 • 1,54 = 2,4 • 2,62 + 3 • 5,44 + X X - 19 k m H2S0L~ , , In 0e mengtank komen nu samen .,e twee stromen A en B ëlie samen een gehalte aan zwavelzuur moeten hebben van 19'kg/m3 • De stroom B'heeft een zuurgehalte van 0 en, het gehalte van rle stroom A noemen we Y

1000 • 0 + 6365 • Y = 7365 • 19 Y = 22 kg/m3

Dit is dus het gehalte aan zwavelzuur van rle stroom na de zure loging, Bij de loging ging in oplossing

26~49

kg Cu/m3 waarvoor nooig

26,49 .1,54 =·40,8 kg H

2S04•

Ver~er \~rdt

'er nog ongeveer 4 kg H2s04/m3 'gebruikt voor Fe en Al dat in oplossing gaat. Totaal moet dus aan zwavelzuur

aanwezig zijn in oe voeding naar de zure loogsectie 22 + 40,8 + 4 =

~6,8

kg

H2so~m3

G. Berekening van ne grootte van rle apparatuur.

'Na dus de vloeistofstromen en stofstromen zi jn vastgelegd moet de groot-te en het aantal van r'le 'benOdigde apparagroot-ten vas~gelegr'! wor/Ien. De belang-ri,jkste zijn wel 0e loogtanks , classifiers en ikdikkers. Deze drie zullèn nu in deze volgorde besproken worden.

- 1. Loogsectie •

Bij oe neutrale loogsectie hebben we een vloeistofstroom van 1000 m3 en een stofstroom van 100 m3 • Voor een veilige schatting van de ooncx:l.igde

ruimt~ nemen we het s.g. van Ile vaste stof op0 We bebben dan een totàal .. / volume van 1100 m3/24 uur. 'Aangezien voor de agi tatie in de neutrale

loogsectie een tijn van 16 uur nOrlig is ( di t omdat hier in een mili,eu met afnemende zuurgraall W~0t _{gewerkt), moet de totale capaciteit van de}

tanks dus zijn: .16/24 • 1100 = 733

m~

Bij r'le zure loogsectie hebben we een vloeistofstroom van 6365 m

3

en een stofstroom van 600 ton erts.' Totaal dus on@ëveer 7000 m

3 •

Omdat hier de zuurgraad aanzienlijk hoger is ,zal dus rle reactie sneller verlopen, zodat

.met:... 18

-,

met een verblijf tijd van 4 uur genoegen kan worden genomen (dit bleek uit _

r '

loogtests) (8). Voor deze verblijf tijd is (JUS een capac.i teit aan tanks van

. 4/24 • 7000 • m

3

= 1166 m

3

·nodig.

Voor (le agitatie worden vaten gengmen van het type ·Parucha. Deze hebben onge-veer een inhoud van' EO m

3 •

Het transport en de agitatie

wo

rdt bier bewerk-stelligd door mir10 el van een airlift • Teneinne zoveel· mogelijk gelijke ap-paratuur te krijgen wornen ëleze vaten zowel vo or de neutrale als de zure loogsectie gebruikt. Voor de zure loogsectie bepben we nUS 20 tanks nonig en voor 0e neutrale loogsectie 12 tanks. De beste schakeling is voor de

neu-.

- =

. trale sectie , parallelle secties van 4 tanks in serie en voor de zure loog-sectie

5

parallelle secties van 4 tanks in sen. e. Vanwege de corrosieve

~ vloeistof worden (le tanks van mnren met lood "Pekleed. Voor de verdere dimen-

---=-sio~ering van

flè

tank is het noo(J~akelijk om het airlift mechanisme nader te bekijken. W~ hebben hier een bui~_die in de vloeistof gestoken is. Onder in de buis wordt nu een hoeveelheio lucht geperst (lie 'door ~e bui~ naar boven

zal gaan. Door het 'verschil in dichtheid tussen het lucht-vloeistof mengsel "in de bui~ en de vloeistof er buiten zal het vloeistof-luq9t mengsel een

kracht in bovenwaardse richting onrJervinrien. De grootheden die de werkir.g van de airlift bepalen zijn fle hoeveelheid lucht ~ie 0t;lder in "e buis wordt gelaten, ne totale hoo,gte waarover het vloeistof lucht mengsel boven het vloeistof niveau moet wortjen verpompt en de lengte van de b~s die zich in de vloeistof bevinnt. Tussen deze gr oot be den bestaat een experimenteel ver- ~ band {9).

v=

o

log (

_s _ _ _ _

H +

34

)

34-Hierin is V de' hoeveelheifl cu ft .lucht be noA _{igt'l per gallon water} ,

Hl is .het hoogteverschil ~at overwonnen moet worden in ft. H

s is (le lengte waarover ne buis in de vloeistof gedompeln is.

o

is 'een constante afhan~elijk van he t percentage van" e buis dat on-=!erge-dompelr!. is.

Ret verband tussen bovenstaan~e grootheAen is wel dui'ielijk. Wil men immers een bepaaln hoogt,everschil overwinne n, à an be paal t de hoogtevan 1 e 1 uch t vloeistofkolom deze hoogte. Heeft men nu een lange buis in de vloeistof dan kan men met minAer luèht toe (oeze heeft nu een langere verblijf tijd in de

.

.

,

kolom) om een zelfèle hoeveelheid vloeist.of te v.erpoÎnpen. Verpompt men geen

_...

.

wa~er m~8!..keen slurry Aat moet bovenstaande formule vermenigvuldigd worden

met

he~.g~"'4an

Ae slurry. De waarfle van 0 is ·in ons geval 370. Drukken we V uit in aet aantal

mB

lucht beno~ig~ per

m

3

vloeistof en H in meters, dan

wordt 19 wordt

-worrlt (j.e formule:

v

=

6,65 .10-2 ' _• s _{• • • 1} g H (3,281 Hs + 34),

log . 34

7,

Moet men

X

m/ per Aag verpompen 0an is het totale volume van het mengsel dus X .( 1 + V). Heeft men een buis met een oi ameter van R m., dan is de snelbeid van bet mengsel rJ oor Aie buis (mete rs perndag)

v = X. (1

2

v) stelt men een bepaalde'eis aan de snèlhei1 àan" T\R

nu !'Ie r'liaineter van 4e benon.igde buis berekenf;n,

, / X

(1'+ 6,65· 10-2 • s.g. • Hl .

• V

v .Ti '~',.3;?;281HS +

34

log (,"

34

)

kan men ilus . 1) =

'2

Uit bovenstaande formule volgt, dat,vrillen we zo weinig mogelijk lucbt ver-bruiken, H

s zo groot mogelijk moet z:i. jn. Voor tle tanks werden nu de volgen-oe afmetingen genomen. Hoogte 9 meter en een diameter van 3 meter. De bodem van rJe tank wordt coniscb genomen teneinde bet vormen yan dode hoeken te ver.mij~en. De lengte van ~e midnenbuis, ondergedompeld invloeistof wordt 8,5 meter en de hoogte boven het vloeis.tofniveau, dus H 1'= 1 meter~ Het gemiddelde s.g. wordt l,3 genomen. Met bebulp van deze gegevens wordt de

h~~ih~i~J::~~î~bt~

te verpompen vloeistof 0,332 m3 ., Dit is ecbter bet volume lucbt "lat onner in ~e buis moet v-orr'Jen gelaten •

... De dru..~ rJieecbter bier op staat in verbani met bet gewicht van de bierbo-venstaande vloeistof kolom is on§3veer 2 atmosfeer. Is dus onder in de buis de verb'ouëling lucht-water 0,332, boven,i;:tdeibuis is deze 0,664. Terw.Llle _ van' eén constante snel beid is bet gewenst de buis daarom ~..?~ te malren •

Aangezien ile 20 mesb r'leel tjes de grootst aanwezige dee~ tjes zijn, is de 'Y'alsnelheio van deze "leeltjes bepalen" voor de snelheid van lucht-vI oei-stofstroom in (Ie buis. DC? vals nel beid van nsze deel tjes (vallenne in:.!het gebied waar Newton opgaat) is ongeveer ..2.5-CllLper sec. Terwille van een goe(le circul~tiesnelbeid wordt de snelhe'id in ne buis 1,5 meter per sec. = 1296. 102 m/nag. genomen. De hoeveelbeid te verpompen vloeistof kan

o~

de volgeniie manier gevonien wor:'1en. In ne neutrale sectie moet per dag 1100 m3 verpompt worden.Deze stroom v~ràt ecbter in'~rie stromen verileeld: Per

tank moet dus 366 m3/dag

warà~n

verpompt. In (Ie zure loogsectie is dit 7000 m3 verneeln over

5

stromen. Dus lLJ-OO

m3/~ag

per tank. De

buize~

zullen echter (le nubbele boeveelhei·"! moeten""verwèrken, daar de uitstromende j

vloeistof in twee belften wordt gesplitst.Eén belft wordt naar oe volgende tank gevoerr'l, terwijl Ae anrJere belft weer in à~ Dank terugkomt, dit om een

I

goede roering te verzekeren. Hierdoor worr'len de te verpompen hoeveelheden

voor 20 voor

-voor de neutrale zure sectie resp.?32 en 2800 m3/dag. Met behulp van deze gegevens kunnen nu de resp. boven en beneden diameters berek end worden van de buizen der bei~e secties, alsmede à.e hoeveelheid lucht, nodig voor het verpoml?en van-'le vI oeistof. In onderstaande tabeL ,zijn t'le berekende waarden samengevat.

bovendiameter benedendiameter lucht/m3 0,332 m? 0,332 m3

totaal vol.lucht per dag (2 atm.)

zure loogsectie 0,214 m 0,196 m

neutrale" 0,109

In.

0,098 m

De totale hoeveelheiéi lucht

à

2 atm/rlag voor 12 • 243 = 3116 m3 en voor ile zure 100gsectie Totaal 31716

~

2.Classifieré. (literatuur 10, 11 en 12)

930 m3 243 m3 ile neutrale sectiè is: 20 • 93J = 18600 m3 •·

De Classifiers zijn in het circuit opgenomen teneinrJe de deeltjes,groter dan 200 mesb,te scbei/1_{en van de grootste boeveà.beid vloeistof en d~ deeltjes}

kleiner dan 200 mesh. De classifier bestaat uit twee gedeelten. In he'lJ on-derste gedeelte komt de voeding, terwijl hier ook de overloop is voor de vloeistof en Ae èJ eel tjes kleiner <1an 200, me sh. De deel tj es groter dan 200 mesh,moeten bezi~~en en worrJen noor mi<'làel van'harken langs de zwak hellen~

d,e bodem naar boven bewogen, waar zij via de overloop afgevoerd worden. IDp b-et laatste Cleel van het traject verliest rle vaste stof nog eèn deel van de

aangehechte vloeistof, terwijl ook hier het benodigde waswater kan worden opge bracht.

De belangrijkste ,grootben'en van

(I~~laSSifier

zijn de tankbreeàte, lengte van de tank en ne helling. Deze bepalen het oppervlakte van de vloeistof in de 'cl assifier. Noemen we <'li t op:çervl akte 0 m2 en' Cl.e hoeveel heid voeding per dag 'B m3 , dan zal' t'le maximale verti cale snelheid van

~e

vloeistof in het bO-, venste r'ieel van de vloeistoflaag in r1 ~ cl assifi er B/O m., per tiag

m.

jn. We nemen bierbij aan

n

at de'~gehele vloeistof hoeveelheid via 1e laagste

ove:r-~.

loop verdwijnt en laten het volume van (Je vaste §tof buiten beschouwing daar,

.

.

-ilit ten opzichte van Ae hoeveelhei~ vloeistof te verwaarlozen is. Deze verticalesnelheirJ moet nu zo gekozen WCD:'1en ilat ,.=je ·ieeltjes kleiner dan 200 mesh niet kunnen bezinken en ile deeltjes groter dan 200 mesh wel. We

~

hebben hier

te

maken met een ongehinrJerr'le bezinking (veel vloeistof t.o.v.

""

(Ij

yaste stof) en kunnen, (Jaar we hier in het gebied van Stokes zitten, de valsnelheid voor rIeeltjes van 20.0 mesh berekenen T)eze is 0,5 cm./dag=

~

~ 'l)e helli,ng van ,-'1e bot'len mag niet te sterk zijn daar de deeltj~s

dan niet opgeharkt kunnen wQrnen. Voor een eDO 'mesh scheiding is de tangens ongeveer 0,2. 1)e cos van ,-'Ie hellingshoek is in' dit geval 0,98. Met behulp van t'leze gegevens kunnen we nu Ae grootte van oe classifier voor de beide loog secties berekenen.

e 21 e

-Neutrale loogsectie: In fig.l staan bij Ae Chssifier de hoeveelheden ver-meld flie A e cl assifier moe t ;erwerken.' De stroom B = 1000 m3 , Het

vloeistof-oppervlakte moet nu

~ijn

10,00/

432 = 2,31 m 2

• Uit (je voorwaarde dat de

helft van oe hellenrte boflem droog moet staan, teneinde hét zand gelegenheid te geven i,n te A ikken , kunnen nu oe

afmetinge~berekenA.

worden. Zie figuur.

Hierbij is in aanmerking genomen dat' ne apparatuur geleverd wordt met

be-paalde verhoudi.ngen tus_sen le,ngtè en bre~dte van .de cl assifier •

r

.

7'

t

L • 0,98 • B = 2,31

. L • B= 4,7

L -

6,50

m.

B = 0,72 m

Hieruit volgt nu tevens de hoogte van de overloop.

Tg. _{= 0,2 = H/ 0 ,49 • 6,50} H = 0,2 • 0,49 '. 6,50 = 0,64 m. Ook de snelheid van Ae harken is van belang~,

Deze mag voor een 200 mesh scheiding niet meer bedragen dan 10 slagen per minuut. Na in bedrijfstelling kan nu door het bijregelen van de hoogte van. de overloop H het vloeistofoppervlak 0 geregeld waden teneinile een zo

vol-ledig mogelijke scheiAing te krijgen., . . '

Zure loogsectie. De hoeveelheiil

~hanilelen

vloeistof is hier 6365 m3• Het 'vloeistof oppervlakte moet hier zijn 6365/432= 14,7 m2• Op

vol~omen

analoge

\v.ijze als hierboven zijn de gevonAen afmetingen hier (L • B

=

30 m2 ) L = 8,2 m en B = 3,65 m. H = 0,80 m.

Daar hier echter Ae hoeveelheirJ vI oe is tof die met het zand ve:r:!l oren gàat aanmerkelijk hoger is, moet dit beter uitgewassen woroen, daar anders te veel Cu verloren gaat. Hiertoe wor':len twee classifi ers in seri e gescha-keld tot een eenheid.

\ Aan het ein.tje van Ae tweede classifier wordt nu het waswater opgebracht

( en wel evenveel als met het zand wordt afgevoerd •

_.

De classifiers.woràen met lood bekleed.

3.In~ikkers~ ( literatuur 13,14,en 15)

De indikkers hebben tot èlo el

om

fI'e vaste stof van de vloeistof te scheiden

en wel zo d.at in de vaste stot: zo weinig moge! ijk vloeistof blijft zitten.

I

Het vermogen van èle.inqikker om een helilere overloop't:è pro"luceren hangt

_..

af van de snelheiA van be~in..lting. van de vaste rl.eeltjes.Deze snelheid kan wor-Aen geschat uit ,de snelhei0 van zakken van het pulpniveau in een batch test. (deze 'snelheiA is niet te berekenen daar we hier te maken hebben met

bezin----

-

-

---

.-.---.

---king,wa.arbij ~oveel "eel tjes aanwe~ig ~ijn,dat ~e elkaar beinvloeden). uit ~en materiaalbaLans volgt dat de hoeveelheid vloeistof in de voeding

22

-gelijk is 'aan de som van cge hoeveel heid vloeistof die verwijierd wordt al s heldere overloop plus de vloeistof die in de.onàerloop met de vaste stof wordt

verWij~erd.De verticale snelhein van de vloeistof op elke hoogte in de

indik-ker is nu gelijk aan het volume vloeistof dat naar boven gaat,gedeeld door de oppervlakte van de indikker.De bezinkingssnelhei~ van de deeltjes moet iets groter zijn dan Ae verticale snelheid op iedere hoogte,anners zal er een laag

I • gev'ormd worcgen,die zich gec9raagt als een barrière.Het doel van de batch testen

. is nu om verschillenr1e concentratiegebieàen van de pulp te maken(een gebied. van de voedings concentratie tot de onderloop concentratie).Bij iener van deze

concentraties wordt nu een batch test gemaakt,waarbij de bezinkingssnelheid van het pulp niveau

het oppervlakte van

A = Q ( F - D)

(./R

worat gemeten.Met behulp van ~e volgen~e formule kan dan

de indik~er berekenn worden:

A = bet oppervl àtte in m2 benoiiigëI. om de te verwijderen slurry in te dikken tot D

D = gewichtshoeveelheden vloeistof / 1 deel vaste stof in de onderloop. F

=

i-=lem in de voeding.

Q

=

kg. vaste stof te behanAelen per tijnseenheid

R

=

de bezillicinssnelheid van ne pulp met samenstelling F

P

=

ili cbtheiil in kg/m3

Men neemt nu het grootste oppervlakte dat men bij' bovens'baande tests vinst. Daar in ons geval geen duidelijke gegevens ter beschikking stonden werd een

gemidAelds literatuur waarde aangenomen en wel een benor:Jigd oppervla~te van

50

ft 2 per ton in te dikker vaste stof per dag.

l1 \

.

Indikkers voor de zure loogsecti ei

Uit fig. 2 volgt dat we per dag 245,4 ton vaste stof moeten indikken.Het totaal benofligde opp. is d'aarvoor

50

.245,4.0,093 = 1141,11 m2 • I nni en we dri e parallellf: series nemen dan wordt het oppervlakte per

indik~er

1141/3

=

380 m2 ,wat neer . komt op een indikker met een niameter van 22 m.De c'iiepte van een indilL1cer niet

deze ài-ameter is volgens de literatuur (13) 3,5 m.Voor dé zure loogsectie hebben we dus ori e parallelle secties van 5 indikkers in sen e. De bas si. ns van de indikkers worAt gemaakt van.gewapend ~eton.

Inàikkers voor ële neutrale loogs.ecti e.

Hier hebben VJe slechts 42,4 ton in te dikken per àag(fig. 3) .Dit kunnen we doen met één serie inrlikkers van 5.Het opp. per inr1ikker is 222 m2,wat

overee~~omt

me een r1iameter van 17 m. De bijbehoren·'le "!i epte is 3 meter. Totaal hebben we dus

nonig: 15 in'likkers met Aiam. van 22 m. en 5 met een diameter van.17 m.

Mengtank .Hiervoor wor~lt genomen een betonnen reservoir me.t een diam.van 20 m. en een Aiepte van 3 mèter.De inhour1 is 900 m3 .De verblijf tijd van de

..

23 -Litteratuur:

A.A1gemeen : 1. Butts 2. Arsdale

Copper New York 1954

Hy~rometallurgy of base metals New York 1953 Arbiter and Kellog Hynrometallurgy

Eng. an·., Mining Journal 139 (1951)

1

B.Fabrieksschema

1. Inleining; 1. A.Wbeeler an~ H.Eagle

Development of the leaching operations of the Union Minière à.u Haut 'Katanga

Trans.Am.lnst.Mining Met.Engrs. 106,609-49(1933) ,

- I

2. E.Roger

La practique du traitement électrolytique des mineraiE cuivre du Katanga.

~nst.Royal Oolonial Be1ge,Tome 1,fasicule3(~946)

3. M.Maurice Rey

La métallurgie du cuivre au Katanga

Rev. ne Métal1urgie, tome ~,262(1947) 4. E.B. Sengier

Katanga is weIl equipped for treating its ~iverse oreE Eng. ano Mining JOUJ:'"llal 152 , 92 (1951)

5. E.Weberg

Evo1ution 0es exp1otations minieres de 1,Union Minie' re ou Haut Katanga

Comptes rendus du Congrès Scientifique ~lisabethvi11e 1950 ,volume 3, 'p. 59 3. Loogproces en in~ikkers

1. C.F.Floe an~ A.Drucker

. Teh deve4,opment of an electro-hynrometallurgi"cal procE for copper f1otation concentrate.

Month1y Bulletin of the state COllege of Washington 14,25 (1931) 2. Arsdale

, ,

4. B.Gery Thickeners OhE1mica1 5. Butts 6. Ars ale

7.'

Wheeler anrl Eagle

8.

,

,

,

,

p.

150 p. 148 Engineering June 1955 p. 12 p. 148 p. 615 p. 620

24

-9.

W.M. staley

Mine Plant design New York 1949 10. A.F. Taggert

p·397 Elements of ore Dressing New York 1951 p.147

11. Ency~lopenia of Chemical Technology

12,530 (1954) 12. H.W.Hitzrot

A guid to the proper Application of Ciassifiers Mining "Engineering , May 1954

13. EncyclopeA_{ia of Chemical Technology}

12,133(1954) 14. Gery

Tbickeners

Chem.Engineering June 1955 15. W.P.Talmage an-=!. E,B.Fitcb

Determining Thickener Unit Areas

-..., r 0 ,/\ :; pi D

...

'"

..

.; c)

... ... I .. Figuur 1 t - -_ _

-..L.I:--=6=0~kgLm3

Cy 100 ton 53 ton B --- loog apparatuur ---3,).3 m

3

H2~

/ "

r----...L.----.~ _ _ :...- 10,6 tOn

.... _ 3,13 m3

- classifiers-'

B Q kg/m

3

Cu 42,4 to j ' - - - --'I 47,1 m

3

H 20' I 245,4. ton i

-I

(

I

L_

/ "

I

.---'''----~ - - - 42,4

tgn

I

47,1 m .

I

I

I

fig~

B_

wasinàiklker~ ~engtanki

B A

<' 61 kg!m3 Cu

B~

A~

600 tc.n

- - - l

~6,O

m

3

_H2

9,

-245,4 t4n 336,0

mI

_ _ _ _ .J

R kg/m? ~---~~---~ ~-~---~ ~~----~---~ 60 kg/m 60 kg/m

A m

3

P kg/m

3

Cu

245,4 ton slijk I

Fig. 2

245 4 ton

sli

'k I I I 24 4 to~ sli 'k

336

m 245,4 ton

336

m

3

T

k~)m3

Cu

I

..

, Q kg/m

2

Cu' ton slijk I 42,2 ton

47,1

m Figuur

3

4 . 111 4-2 4 ton 42 4 ton

47,1

m l--.::J:.C;...~~n 47,1

lJ;l3

U kg/m/ Cu

?r-~II _~ I I I

I

~fÇ:,' :---,.~II I

-.J~~I.

=7======:::::l!Eii:~:>-~.

~

Ig,

.,1: _____ :.._

\.

r

,

l

'r

\

~ ~

3

u lol ~ !Il o o .J _

~

I

i

l

r

I

i

I

i ~

.

ö ~

.

.

;

i ; ~ ~. , I

I'

" J! ;: I

~

~

I

~

~---~--~-~----~~~~--~~===~~I~I~,_!

,