Bereiding van koper uit erts

...

I

•

I

..

. -~ ft

I

'I .'. .... 7 I T

r

I -I I I

.

.

_,, . "

i

l

~

ä

J~

"

\ 0 ' 1

i

:

~ _- --I . 1 . , ,. -r t !! :; ~

I

I

i

J

..

r

I

.

--, / ' .. N · '::'-·'" J3.. ' ,

I

"

·

~ , I . - I I i.,f l' .'/:_., ut

f

.

trl

i

l

-

_(;

_k

'

f

-~ -I C::. , \ I ~ . -~ , -l --·1 "----'

-.

•

!

I . ---;: : -j 3 ~ \

.

.

I

I

I j " , I.

~r

I

I I

R

i t __ I . '

··

·

·

·

_·

··

···

·

·

·

,

··

··

_·

_·

·

···

···

·

_···

·

, r

·

··

·

·

·

·

··

····

·

·

·

··

·

·

···

··

,

J

,

I

·

··

··

,

.

.

-

-...

Processchema:Berei di ng van kop e r uit erts

F.C.Everstejjn

Steenwijkl a an 81 's-Grave nhage

.

, ,,-",'

Inhoud

Hoofdstuk 1

Overzicht va~ de versc hill ende pr od u c t i e me t h o d e n ter

bereiding van ko p e r uit erts. blz.1- 5 Hoofdstuk 2

Keuze van het proces t er bereiding van koper uit ert s

en ec onomische verantwoorQing. bl z.6- 7

Hoofds tuk 3

De bereiding van metallisch kc er ui t een gemengd oxydisch

-sulfid is ch er t s door extractie met verdund zwaveLzu u r en

f e r ri s u l f a a t . bl z.8- l 4

Hoofdstuk 4

llateriaalbalans van de bereidin g van me t a l l i s c h koper

uit een gemengd oxydisch-sulfidisch erts. blz.1 5- 23 Hoofdstuk 5

nadere beschouwing van de electrolyse

Hoofds t uk 6

Be r-e k e ni ng van een wa rmt ewl sse Laar-,

Literatuur-overzicht

+++++++++++++++

blz.24- 2 6

blz.27- 3l

. " -- - - --

--

1-Hoofds t uk 1

Over zicht van de verschillend e produc t i emeth ode n ter bere id i ng va n kope r ui t ert s

Inleiding

Ofsc hoo n er in de p r akt ijk ongeveer 16 5 kop e rmine ralen bekend zijn

he b b e n hiervan sle chts 18 praktische toepassing vo or de ko p e ~vin­

ning.Hie r uit werd in 1952 een hoevee lhe id koper gemaakt van t otaal

2.9 86.0 0 0 t on als vol g t ove r de ve r s c hill end e l and en verd e eld:

Ver .Staten 932.600 ton (31,2% va n de we r 'eLd pro -Ch i l i 446.100 t on (14,9~n duk t i e ) No o rd Rh o d es ia 327 .2 0 0 t on ( 1 1 ,0~~) Ru s lan d 325.000 t on (10,970 Cana da 258.90 0 t on ( 8

,

7.o;/~) Be lgi s c h e Congo 226.800 ton (-.Ljf o) ~ 2. 516.600 ton (84,3~)

In bovenstaande t ab el zijn alleen de beLangr-J'k st.e kop e r- p r oduce r e n

-de landen aang eg e ve n .

De koperertsen zijn i n dr ie eroep en te verd el e n:

l )De metalli sch e kop er e rt s e n

De in de natuur voor kome n d e me tal l i sch e kope re r t se n bevat t e n onge

-veer 1% kop e r .De eni g e be ke~d e afzett ing i s i n liic h igan (V.S.) .

Kwam in 194 4 47~ van de kope rprodukt ie in de Ver.Staten uit deze

ert se n,th ans is dit be~rag ve e l l a ge r en hebben deze me t a l l i s c h e

kop e r a f z e t t ing en vr ~vel geen betekenis mee r .

'J 2)De oxydische kope r e r t s en

Deze zijn kara k teri s t i ek voor afzet t ing en aan de op pervl a kte. Ze zijn

ontst a an door on tle di n g van de sulfi ~ i sc he mi n e ra l en o.i .v .gro nd

-wa t e r dat ko ol zu u r ,zuu rstof,sulfaten en ver sc hill end e basisc he zou

-ten bevat.Ofschoon z~ he t meest i n t eress a nt z~n ui t me t a l l u r g i s c h

oog punt omd a t zij vl o t gereduceerd door ko ol st of en koo lmon oxy d e

zijn de ze zuiver e oxydis che ert se n ni e t meer va n veel be lang in de Ver . Sta t en omdat de oo r s pr onkel ijke afze t t ing en uitg e put zijn.

Van de oxydische koperm ineral en zijn het bel a n g r ijk s t :

Ku pr i e t _{Cu 20} 88,8~jCu An t le r ie t Cu

3S04(OH) 4 54,O%Cu

'l'enor Let CuO 79,95;Cu Bro chantiet CU

4

s

e

4(o ~=) 6 56 ,2?~6u

Mal a ch ie t cuC0

3Cu( OH) 2 57 ,3%Cu At ac a miet Cu2 Cl ( ÖH ) 3 59,5%Cu

Azu r i e t 2CuC0

-

2-3)]e sulf i di sc he kope rertse n

Deze ertsen zDn he t meest belangrDk van al le koperertsen.Gewoon -IDk zDn het geme n gde sulfiden van Cu en Fe al of niet samen met

Zn,As ,Sb,Bi ,Se ,Ag,Au,Ft,etc .

51,61~Cu 79,8%Cu 66,4>IaCu CU12As4S13 CU_2S Cu S Bor n ie t

De me est belang rlke sulfid ische kopermineralen ztn:

Cu FeS 63,3;iCu Tennantie t

5 4

Chalk opyri et CuFe S₂ 34,5%Cu Chalk os ie t

Enargi e t Cu

3(As ,Sb)S4 34,5~Cu Covel liet Tet raedrie t CU1 2Sb4 S1 3 45,8%Cu

De meeste th a n s in de Ve~.Staten ont gollilen koperer tsen bev a t t en 0,6-1,3%Cu.Een erts dat ong. 6~Cu bevat wo~dt een rDk er t s gen oemd

dat dan g ewoonLr'k direct ge smoL'ten wor-dt i n een blaus- of vlamoven. Zulke ert se n z~n er nagenoe G niet me e r i n de Ve r .Stat en ofs ch oon er pe r schi p uit Zuid Amerika,Afrika,China en Alaska ertsen van 20-3 0%Cu

0

:

ze lf s va n 50)~Cu word t aanGevoe rd .He t meeste erts moet i n de Ver. st at e n derhal ve beh a ndel d vlo r de n door een con c en t rer i ngsproc es zo

-dat het produkt economisch ge t r ansp ortee r d en ~e smol t e n ka n worden.

De ontwikkeling van concentre ri nós pr ocessen zonls flot at i e is va n

levensb ete k eni s voor de kop e r i n du s t r i e.Da c.r-naast zijn de h~dr ometa l­ lur g i sc h e processen de la at s t e jaren meer op de voorgron d getrede n

omdat men hier een me t hode heeft om kop e r a r me ertsen economisch t e verwerken zonder een voora fg a and con c e nt rering sp r oc es.

4)Hetlls econdairetl_{ko per}

Hi e rond er wordt vers t aan he t kope r dat bereid wordt uit schroot, ve e g s el,slak etc.nit z.g .secondaire kope r i s belang rijk voor het op peil houden van de national e r es er-v ev z o werd er in 195 2 in de Ver.

staten 922.000 ton"secB"dairlll~oper gepr odu c e e r d,t erwr'L er een verbruik was van 1.313.000 ton koper.

Vla k voor de twee d e we r-e Ldoor-Log VlaS het Itsec ondai r eltk op e r dat aan -sa·kocht werd af'korast i g voor 4~-~; uit de in <lu s trie

23~ van electriciteitsbedrDven

18 ~ van de SpOOY le gen

13)6uit de; stad

2~ ; uit biz on dc re bronnen.

-3-Productie-method en

De productie- p roc e s s e n t er bereidi nG van koper uit erts z~n in te delen in twee gro ep en : a) de drog e of pyromet al lurgische pr oc e s s e n

b) de natt e of hydrome tal lurgi sche processen.

a) De drog e of pyronet al lurgi sc he T)r OCe Ss e n (lit.lt/m 8)

De oxydische kop e re r t s en kunnen be t r e kkelijk gemakke l ijk gereduceerd word e n in een vla m-of hoogov e n.Cok e s wor dt hie rb ~ toegevoegd voor

de voor het proces nood zakel ijke warr.rte en voo r de kool s t of en het koolm on oxyd e dat nodi g i s voor ele r-educti e van de oxyde n tot het metaal.Eveneens wordt een toesla g t oeg e voeg d om sla kvorming met de gang ge steenten te verkrljgen.Het gesmo l t e n koper en de gesmol t e n slak scheiden zich direc t omda t zlj onoplosba ar in elkaa r zljn en veel in soortelljk gewi cht versc hill e n.Het =:oper dat op deze wljze verkregen wordt i s zee r onzui v e r en bevat ongeveer 1~6 CuO,dat aan di t kOp e r de zwar t e kl e u r geeft , en 0,5-10~s S en Pe,Da a r bi,: gaat bij deze productie-methode veel koper in de slak verloren.

met de sulfidische kop e r e r ts en i s ook het sme l t pr oc e s uit te voeren in een vlam- of hoogove n ma a r het pr inc ipe van he t proces is anders.

De be nodigde wa r mte voor he t smelte n va n de su l fi d i s che koperertsen

crrt s t'a at hier voor he t gr oots te gedee l t e door verbranding van het in he t erts ar.nwezi ge zwavel.ls er in he t erts gee n voldoende zwavel aanwezig dan word t een and er zwav eLr-r'k er t s toegevoe gd zoals niet ge r oo s t pyriet.Ook wor dt weI ex t r a cokes toegevo eg d ' om de vereiste hog e t emperatuur te ver krijgen.I=e t kope r kont hier i n de vorm van een dubbelsulfide TIet ~z e r in gesDol ten toestand uit de oven en scheidt

~J zich om dez e l fd e reed s hie rboven geno emde red e ne n van de ge smol t e n slak .

He t bereiden va ' zu iver k9per uit di t dub belsul fi d e met ~ze r is ge

-baseerd op de vol ge n de f ei t e n:

a)Koper heef t een gr otere affinite i t t ot zwavel dan ljz e r waardoor het :;.a mvez i g e 11_{e3 ove rg evoe r d kan wor-den nn} FeO en ve rw ijd e r-d Vl or de n met 'de sla k zonde r dat het Cu

23 wor d t ontleed.

b)Het Cu₂0 rea ge ert met CU₂S o:nde r vorming va n Cu en S02 .

De bereiding van zuiver kope r uit he t dubb e lsu l f i d e met ijzer gaat al s volgt.ln gesm ol ten t oes t a n d wor dt het aanwe z ige ijzersulfide voor .het grootste ge de e lte ove r-g evoer-d i n 11_{e O door inblazen van lucht waar}

-bij het gev ormde FeO met de tc ~' e vo e g d e silica-bestandd elen een slak vormen.ln de sme l t i s häernr . ' og hoodrdzak e l ijk CU_2S en een weini g FeS

-

4-aanwe ~ig.Het CU

2S wor d t nu ge r edu c e e r d tot metal lis ch koper door

ee r t s de l a a ts t e rest en FeS te cov e r tere n tot I'e O en hèt te verw

ij-de r e n in de vor m va n een jjzers i l i caa t smeLt wa ar na een deel va n het

CU₂S overg evoe r d wordt in Cu₂₀.1ietalli sch kop er omtstaat nu volgens

de r eact ie : 2Cu₂₀ + C_{u 2S} - 6Cu + 302

b) De natt e of hydrometallur gische met hode n.( l i t .l t/ m

5

;9

t/m 20)

B~ de hydr ome tal l urgis che processen wor dt het koper uit he t er t s af

-ges chei cen via eeD water fase .De extractie van het koper uit he t er t s

kan op de volg e nde wDz en gesc hie de n:

I)Al l e belangrt ke oxy di s ch e kóp e r mi ne r a l en zDn oplosbaar in ver

-du n d zwavelzuur wat dan ook i n de meeste geval l en wordt ge

-bruikt.

2)He t belan g r Uke sulfi dische mi n era a l ch a lk osi et i s vlot op -...'

los b a a r in een ferrisulfaat-op lossing.Een mengse l van ferri

-sulfaat en ve r du nd zwaveLzuur wordt daarom ook veel gebr u ikt

voo r het uit loge n van ertsen die zowel oxy di sc h e mineralen

als chalkosiet bevatten.Andere sulfidische minera len zUn ook

oplosbaar in een fer ri su l f aa t- op los s i ng ma ar de opl ossnelheid

is belangr~k kle ine r dan bt1halkos ie t .

3) Voor he t uitl oge n van ged eg en koper en kopercar b onaat wor d t

een wate r i ge oplossing van anmoniak en aL~oniumcarbonaat ge -bruikt wa ar-bij Luo ht zuur st of als oxydatiemiddel dienst doet.

Uit de koperbevattende opl os s i ng , die op een de r boven be s c hreve n WD

-ze~ erk rege n i s wordt nu koper afge scheide n.Is ver du nd zwa v e l zuu r of

een mengsel van ver dund zwavelzuur ell f errisulfaat als extract ie -,

..-J vloei sto f gebru ikt dan wordt he t kope r langs el e ctr ol y t is che weg

ui t de opl oss i ng afgescheiden.Is een me ngseL va n amraorriak en ammo

-nium carbona at als extractievloei stof geb r u ik t dan wor dt he t koper als CuO afg esche i den door de oplo s s ing t e koken onder vac uum.He t af

-ge s ch ei de n CuC wordt naar ee n smel t oven gev oe r d en het ammoni a k en

het arnL.1oniumc arbonélat wordt terugg ewon nen.

Daarn aa s t bestaat nOG de me t.hod e waar bf het er t s eerfit chl ori di s e r e nc1

of sulfatiserend ge r oo s t V1ordt.Eierbj,i vvorden de in het erts aanwezi

-ge koperbestanddelen overgevo erd i n de chloriden of de su lfaten

waarna extractie met wat er kan plaa t s vinden.Uit de z e waterige o

plos-sing word t koper l anGS ele c trolytische weg afg e s cn e i de n.( l i t .l t/m 3

21 t/m 23) Eet koper da t l ang s electr ol ytiscn2 ~eg wo r~ t afgeschei den

bezit een zuiverheid va n 9~ ,9% en be hoeft dus nie t meer ceraf f i n e e rd

-~-

---

5-kr eg e n wordt i s veel minder zu i v e r en Doet nOG gera f fi nee r d worden.

Ra f f i n age van kcper (lit.l; 2; 2 ~)

Di t ge sch i e d langs eLe ct roLyt Lsc h e vIeg en dient behalve ter verkrij

-ging va n zuiver koper ook t er afz onderi n c van de kos tb a r e metalen

zoals Au,Ag ,I t etc. die in het erts aanwe z i g wa r e n en die tijdens he t

smeltproc e~ i n het kope r gebleven zjjn.Het ele ctro lyt is c he ra f f ineren

geschie dt door het ruwe koper als anode in een bad van verdund zwa

-velzuur te pl aatsen.Via de oplo s si n g gaa t het ko p e r naar de kathode

di e bestaat ui t ee n dUilll e f ol ie va n zuiver ko p e r en zet zich daarop

af .De edele me t a l e n gaan niet in oplo~sing en komen als een slib op de bode m van de cel waa ru i t het da n afge v oeTcl wo rd t .

Beva t t e n de kop e r e r ts e n va n wa arui t werd uitg e g a a n veel edele me t a

-l e n dan i s het dr oge o~ pyr oneta l l u rg i s c he proces de aa n g e g e v e n we g

om uit deze ertsen kop e r te berei de~angezien b~ het hydrometallur

-eJele.

gische proces eventueel aamrezigevme ta l en ni e t i n oplossing ga an en

derhal ve in het uitg eloo gde er t s ach te r b IDve n.

-6 -Hoofdstuk 2

..

.. , I ,

.

.\'.. ,' ,', (t ," ~/t,. t\,'C I r ,,-,,

Keu z e van het proces ter bereiding van koper uit erts ~ economische

verant woo rding

Ue n ka n keuze maken uit twe e productie-metho den n.l .de pyrometa

llur-gische me t h ode en de hyd r ome tal l u r g i s che me t h od e.De hydrom etallur

-gi sch e me t h ode heeft de volg end e voordelen:

a)Langs electrolytische weg kan he t koper direct uit de opl os

-sine wor den neerge sl a g e n en hee f t dan tevens een grote zui

-ve r h e i d ( 99,9%) .De ont wi kkeling van goe dk op e electri c ite it

in de l a a t s t e ja ren geeft goedkope stroom en goede pe r spe

c-tieven voor de bereiding van koper langs dez e weg.

b)Het ganggeste ente blDf t tDdens het uitlogen onaangetast

t ervv ijl bij het smeltproc e s dit gangg e s te en t e met relatie f

dure toe slag als slak verw ~der d moet worden.

c)De hy dr one tal l u r g is che pr oce s s en wor den me e stal uitgevoer d

bij kamertemperatuur of in i eder geval bij relatief lage

tem-peratuur,t erwijl bij de pyrone ta l l u r g i s che processen veel

warmte nodig i s om de verschill ende reacties te laten ver

-lopen en de versc hillende pro ducte n te smelt en.

d)De wij ze va n beh2nd ele n van de producten is veel eenvoudiger

dan de han delw ~zen di e verei st zDn b~ de pyrometallurgis che

me t hod en.

e)De extractie van het koper uit het erts i s g!~t~r dan bij

het smeltpr oces.

f )He t i s econo mis c h verantwo ord om ertsen met een l aag kop e r

-gehalte te ve r we r k e n.

Daarnaast hebben de hydrome t al lu rbisc h e processe n de volg ende nade l en:

a)hleine hoeve el he de n on zuiver h ed en hebb en soms een slecht

effect op het electrolytisch ne ersl aan.

b)De ge b r u i k te oplo smid del en zijn sterk corrosief.

c)Er ontstaan soms moe i lljkheden bij het scheiden van de oplos

-sing en het uitgeloog de erts.

d)Er zijn hoge st r o or~osten

e)Er is een gemi s aan goe d el ec t r ode-ma t e r i a a l .

De bjj de hy dvometallurgi sc h e pr oc es s en t e geb r u i k en uitloogvloe i

-stoffen moeten aan de volg e n de voorwa arde n voldoen:

a)Het moet goe dk oop zijn e11 te ge b r u i k en zijn in waterige op

-lossingen.

~ -6 f (.'I 0, 5?o Cu i \ , voordelen " wer d het ~ - - - - ---

-7-aantas t en en nie t he t ganggest e ente .

c)Het moe t op goedk ope en eenvou dige w~ze teruggewonnen

kunne n wor de n.

d) He t moet te geb ruiken zijn in koude verdunde oplossingen.

Zwavelzuur heeft vanweg e zDn goe dkoop te veel voordelen.ne t wordt dan

ook gewoon lijk ge brui kt .He t los t echter niet de su lfid i s ch e mi n e r a l eh

op.Hiervoor i s de aanwez igheid va n ferr isu lfaat gewen s t .

f',

Als doel werd ge s t e l d kop e r t e berei den uit een erts dat

als sulfide en 0,65% Cu als oxyèe bevat.Om bovengen oemde

we rd gebrui k gemaakt va n een hyuro:metal lu rgi s ch proc e s en

erts uitgelo og d me t verdund zWQvel zuur en f e rrisu l f aat .

Plaats va n de fabriek.

\

, - I

Bij het door mij gekozen pr oc es wor-dt per dag 10.000 t on erts verwerk 't,

Di t erts be vat 1,3~~ Cu en v/or-dt verwe rkt zonde r een voorafgaand

con centrering s proc es.De t r anspo rtk os t en van dit erts van de mijn

na a r de fabriek zal derhalv e van zeer gr ote invloe d zijn.Er zal dus

ge s t r e e f d moeten worden n~ar een pl aat s i ng va n de fabriek zo dicht

mogelijk bij de mijn.

Aangezien de in de Ver.Sta ten on tgo nnen er ts en koper-arm zijn,zal

een dergel ijk e fabrie k,di e juist tot doel hee ft de venverking van koper- arme erts en,hi er op z~n plaat s zijn.De fabr i ek zal dan geplaa t s t

moe ten wor den in het Z.O. deel va n de Ver.Staten waar gr ote hoeveel

-heden koper-arm er t s aanwezig z~jn.Do o r dit gebi e d stroomt de

Colorado-rivier waarui t de fa b r i ek zijn l')f' n o :~:Lcc! c Y.(J, v,cllLC i d '.lat er (ong.12 .000

m3pe r dag)kan betrekken.Een plaa t s i ng van de f a bri ek zo di cht mog e

-l ijk bij de ri vie r is dan ook aa n te ra den.

He t verbruik aan ele c t r i c i tei t bedraagt ong.300.000 kvh per dag.

He t ver kr ijge n va n goe dk ope electrische energie i s dus ev enee n s va n

zeer gr oot be lang.Ei e rbij wordt gedacht aan de g0edk o p~ berei ding

van el e c t r is che en ergi e uit aardgas. . :"

--

--

8-Hoofd stuk 3

De bereio_ing va n metallisch koper uit ~ geDengd oxy di s ch

-sulfidisch erts door ex t r ac ti e met verdund zwavel zuur en ferrisulfaat.

Dit proces verloopt in versc hill ende trappen:

a) Het fijnmalen van het erts en de vervrijdering van de 11sli bil

blHet uitlogen van het erts met behulp van verdund zwavel

-zuur en ferrisulf a~ t.

c) De electrolytische prec ip i t a t ie van het kope r uit de

loogvloei st of.

d) Het uitwassen va n het ui t gel oog de erts.

e )De verwijd eri n g va n het koper uit de wasvLoeLst of do or

cement a tie met metall isch ijze r .

Elk van deze t r appen zal hiero n der i n het kort bespr ok en worden•

l

---

"

. )Het malen van het erts en de verwijderir..g van de 11slibil I , • 't

He t aangevoerde erts i s reed s op de mijn vo o rg ema.I-erî tot stukjes

kl e i ne r dan li" .Voor doelmati g ui t l og en va n het kopererts is ech

-t er een stukje s- gr ootte ge~enst va n maxiDaa l 3/S".Eet erts moet dus

op de fa b r i ek nog worden fijnge male n.Di t fijnmalen ge s c hi e dt met een

maalmachine waari n het erts fijngemaakt wordt door verplettering van

het erts tussen een vaste wand en een excentrisch roterende kegel .

Echter wor dt nie t al het er ts dat uit de mijn aangev oe r d wor d t op

deze wijz e fijnee malen.In het aangev oerde erts i s namel ijk nog e_~!1

colloidaal mater iaa l aanwez ig dat ,indien het niet voor he t gr oo t s t e

gede eIt e verwljder-d wordt,moei l j,ikheden veroorz aakt bj~ het uitlogen van

het erts.De uit te log en er ts ma s s a kan dan plaats e lljk verstopt ra

-ken waa r d oor de kope re x t ra ct ie uit het er t s ve r mi n de r d wor dt .

Het blijkt dat S05; va n het i n het er ts aanwez ige storende colloida

-l e mate ri aal aa nwezi g i s i n de er t sfrac t i e

<

t ".Het aang e voe r de erts

wordt daarom eerst ges che i den met behulp va n een schudzeef in een

fractie ) t il en een fr a c t ie

<

i

"

.

In de fr acti e>

i"

is nog maar we i n ig storend colloida al mater i a al aanvle zig en is na fijnmali n g tot stukjes

<

3/811 _{op de hierboven be}

-schreven wtze ges chik t voor uitlogi n g.

In de fractie

<

i

"

i s naa s t he t colloidale mat eriaal,dat fijn ver

-de old is ,nog er of er ts aanwezig.De sc he id i ng van dez e twee fracties

ges chi e dt me t een i n dikker wac.rdoor Vlat e r in tegenst r oom met de in

-gevoe r de ertsfractie stroomt.Eet fijne mat e r iaal ,de sl i b,wordt door

_ I

1_

-

9-slib-uiloogi n s t all atie.De grove frac t ie bezink t en wor dt me t be hu l p van een hark t ranspo r t omho og uit de wasv loe is t of gev oe r d.Di t erts i s ge s chi k t voor uitlogi ng en wor it na ar de uitloogbak gev oe r d . E) Het ui tlogen ~ het erts met behulp van verdund z\!avelzuur

en ferris ul fa at

De extracti e va n het koper uit een GemenGd oxy di sch- sul fidisch

er ts geschiedt in gr ote open bakken(53 m.lang; 20 m.breed;5 ,5 m.diep) . In deze bakk en i s een fi lterbodeB aunwe z ig va n hou t met een dikte van

5 orns di e va n boven doorboord z.ijn met opening en van 3/Stl .Deze openingen

l.

~\'V

va;;:':-' 3Î 4-" e n lopen na a r bov en schuin t oe .Di t i s gedaan om ver

stop-pingen van het fil te r te voorkoBen.~e loogvlo e i s tof tre e dt de ba k bi nne n onder het filter,s t ljg t door de er tsnas sa en verla at de uit

-

10-. "

met lood of met mas t ex.De vloeistof wordt onder het filter gevoerd

met behulp van een schr oefpomp.Al s mat e r iaa l voor de z e schro efpomp

werd een r-o estvr-lj st aal gekoze n ve.n de sarien st eLl Lng.0,07~S

c

;

0,75~b ]YIn;

1~~S i; 2 0;:C r; 29 5~Hi; 2iJ~0;3/:C u ; 44, 2/~F e.Dit roe stvrije st ae.I i s be s t e n

-dig tegen verdund zwavel zuur( a a n t a stingO,02 1rrm per ja ar ) .3 en schroef

-pomp word ~ebruikt onda t de ze pomp ook in te[;enge st eLc.e rLcrrti.ng

moe t ku nnen we r-ken (nl.\'vanne er de pomp de vloeistof uit de loog

-ba k weg moet ~1i e e n ) .

Voor de get e l e i nstalla ti e z~n ~13...uit l oocba kk e n vereist.Steeds z~n

er 8 bakken on de r loogcontaci; ,3 bal.k en word en gewa s s en terw:ijl er één

constant met nieuw er ts gevul d word t en 6én waa ruit het afge werkte

erts afgevoer d wor dt .

He t ' electro lyt,dat uit de el e c t ro lyse- c e l l en stroomt ,en wa arin het

zwavelzuur en ferrisulfaat i s gere g en ere er d en waaraan een nieuwe

vereist e hoe v e e lhe id zwave l zuur i s toegev oegd,wordt gel ei d naar de bak me t het oUQs t e erts on de r 10 occ ontac t .De loogvl oeistof stroomt

vervolgens i n serie va~ ba k tot ba k en neemt t ijdens ztn doorga ng

toe in kope r-gehalte en af in zwave lzuur-en f erri-gehalte.De l oog

-vloeistof wor dt ,na da t zij het nieuwste er t s onder l oo cbehandeling

heeft gepas seerd,t erugg evo ercl na ar de electrolysecellen.In deze elec

-trolysecellen wor dt een gede el te 'Jan het ä n de oplos sing aanwe z i g e

kope r neerge sl acen terr:i2l zwaveLcuur- en ferri teru ggevor md wor den.

Hjj he t uitlogen va n het erts t r eden de volgen de reac t ies op:

Vord t he t chalkosi e t als het sulf idis che kopermi ner a a l

gen o~en dan re a ge ert dit rIet ferri vol gens de vergelijking:

CU

2S + 2l!' e...; Cu ;) + 2J:'e"+ Cu" ,.

~-) ~

CuS + 21' e" ~

co"

+ 2Fe"+ S i .' , .. . f,

,1'.'

, ,

Het oxydi sche kope r l os t op in zwave lzuur volgens de verg.

CuO + 2E -- Cu"+ E₂0

VODr een doe lmat i g e extrac tie va n de su l fi fis c he l;opermi n e ral en

i s een temreratuur gewenst v~n ong.350C,zoals uit ond er st a ande

r

, -; .. , " 1 1\,,1., {. ' ft r~ ~\\. , I (\)(tiJ~ ( I' l'. t t ',~~., j •' I , ', ' 1 tabel bLijkt ,

Uitloogtemp.200C -- Extractie va n áO%

Uitloogt emp. 250C -- ~xt rac tie van 50%

Uitlo o~temp~}50C -- Extractie va n 75%

In de zomer tree dt de 100Gvloe i s to f met een t emp eratuur van on g.

400C het loogcirc ui t bi nn e n en de t emperatu ur daalt bij de loog

-doorga ng maar wei ni g (tot _on0.350C) .Ben voorv ervmrming van de

- - - --- - -

--

11-1 _

l oogvl oe i s t of vóór ZD het locgcircuit binnen treedt is dan niet

nodig.ln de winter i s dit anders.Dan is de afkoeling van de loog

-vloeistof veel groter en zal de loo;vloeistof met een hogere tem

-peratuur het l oog c i r cu i t moeten binne n treden dan i n de zomer het

geval i s .De l oogv l oeis t of ,di e met een temperatuur van ong.400C

uit de ele c t r ol y s e c e l l en stroomt,moet dan verwarmd worden t ot ong.

450C.T~dens het uitloGen daalt de t emperatuur en stroomt de vloei

-stof met een gemid delde temperatuur van 280C uit de l a a t s t e uit

-100gbak.De gemiddelde uitloogt emparatuur is dan ong.360C.

Een ve r h og i ng van de gemiddelde uitloogte mperatuur zal ongetwijfe ld een hog e re koperextractie van de sulfidische mineralen bewerkst el

-l i ce n,ma a r aangezie n de stralin gsverliezen boven de 400C ee n grote

rol gaan spele n is het economiscb niet verantwoord de loogv lo e i

-stof hog er dan 450C voor te verwarm en.

In het l oogc ircuit moet op elke plaats zoveel zuur aanwezig aanwe

-zig zijn dat het niet moge Lijk is dat basische ijzerzou ten neer kun

-nen slaan.Dit gee!t niet alle en een Dzer-verlies maar bovendi en

raakt de uit te l og en ertsmassa verstopt waardoor een l a g e r e koper

-extractie vörkregen wordt .De pH van de loogvloeistof mag daarom

nooit hoger zUn dan 2.

C)De electrolytische pr e c i pi tat i e van het kope r uit de l oogvlo e i stof. Bij de electrolytische precipitatie V8.~l koper ui -:; e2Yl op.Lo s oLng va n CuS0

4,FeSOA,Fe2(SOA )3 en H2S0 4 treden de volgende reacties op: Aan de ka thoc1e: cu"« 2e ----> Cu

Aan de anode: SO~' + _{H20 -, H2S}0

4 + i02 + 2e

1,'e' ·..,.. Pe"'+ e

Een deel van he t op de kathode neerge slagen koper wordt door het

i n de oplossing aanwezig e ferri weer opge l os t volGens de verg:

Cu + 2Fe"~ Cu"+ 2Fe"

I t

" I

Er zal derhalve Bestre efd moe ten wor den naar een zo laag mog~lijke

ferri- c on centratie.Van de andere kant moet er ook we8r vol d oe n de

ferri gevormd worden o~ de sulfidi sche kopermineralen op t e kmnne n

Los seni Een gunstige ferri... con c en t r ati e blijkt in de praktijk 5 - 10

'"

gr.Fe per liter te zijn.

Als kathode-materiaal worden dunne koperen folllies ge b r u i k t .De ze koperen f olies worden in een apart doe l van het bedrijf vervaar

-digd.De keuze van het anode-materiaal i s daarentegen veel moei l~­

.

" "l~, k_' ,, I

.• V

'S

.

\ Cr' • ~ . i ,.j'.1 J { I, • ,Î \, i ~ .; • ' .'

I

., :-f ,\ \" I {

('

,I"

I

I f

-1

2-l)Eet mag niet aang e t a s t worden.

2)He t moet een hoge electris che gele idbaa rhe id bezit ten.

3)Het moet Goe dk oop ztn.

4)Het moet ee n goede me cha n i sch e sterkte hebbe n.

5)Het moet een kl e i ne 02-overspanninG hebbe n.

Op het ogenblik zUn nog geen mat e r i a l en gevonden die aan al de ze

eisen 'tegeLijk voldo en.Ee t meeet word t tegenwoordig gebruikt een

Sb-Pb- leg e r ing met 8~s Sb.Het lood wordt hier ge b r u i k t vamvege zijn

ch emi s c he res iste n t i e terw~l het antinoon t oegevoegd is om aan he t

lood een gr otere mechanische sterkte en stijfheid te geven.Echte r i s

b~ de ~ e en ook b~ al de andere tot nu t oe Gebruik te onopl osbar e

anoden het st roomrendement zeer laag (ong.l/10 van het stroomr en- \fJ l ,l/t"'

dement b~ het gebruik van oplosbare anoden bv.ko p er) .

De ele ctr olyse wor dt uitgevo erd bij ie ts verhoogde temperatuur .De

vloe i s tof die uit de loogi n s t a l l a t i e komt voor zove r nodig voorver

-warmd tot 35 0 C.T~dens de electrolyse st~gt de temperatuur va n het

elect r olyt tot ong.40oC.

D)Het uitwassen va n het uitgel oogd e ert s.

Het grote be l ang van deze bewer-I.ing b Lijkt uit het on de r s taa nde.

Er wordt per dag veTIrerkt 10.000 ton erts met 1,3% kope r .De dag

-product ie is dus 130 t on.Ea he t uitlogen va n het erts met verdund

zwavelzuur en ferrisulfaat bevat het erts ong.l l %water waar in

ong.30 gr .OU/ l i t e r aanwe zig i s.Dit is dus een totale koper-ho ev eel

-he id va n 33 t on per da g.Di t i s dus 1/4 van de dagproduc t ie.

~d e re dag wordt er een bak met nieuw erts (inhou d 10.000 t on) in

het loogc ircu i t opg enomen.Ee t oudste erts on de r lo ogb~han d eling

wordt da n uit het ltoogc i rcu i t genor.en en in het waa si.r-cuf t opg e

-nomen.Aang ezi e n er cons t a n t drie bakk en onder wasbehandeling z~n

moet er ook wee r i e d e r e dag een bak uit het Da sci rcu i t gen omen

worde n.ln deze bak i s het afgewerkt e erts aa ruv e z ig dat afgevoe r d

wordt.

Het uit wa s s en va n het erts moet dus ge sch i e den in drie dagen.ln

dez e drie dagen moet dan zoveel mogel~k va n het opg el ost e koper

verwijd erd worden.In de prakt ijk wor den daartoe tien wassi n gen geb r u ikt .

De ee r s te vljf wassingen ztn systematisch en worden achte r elkaar

uitgev oerd.De eer ste wasvloeistof,die het mEeste kope r bevat ,s t roomt

naar de electrolyse ce l len.De tweede vlasvloeist of wordt de eerste

)

-

13-wassing word t de twe ede wase i.ng van de volgende bak,enzovoort.

De wasvloeistof,wa arvan du s t enslotte een dee l na:.r de electroly

-secellen wor dt gev oe ru,word t aange vu ld me t de vloeistof uit het

circui t der kope r- cenentat ie.l,~et dr.ze v Loel et of wordt het er t s nu

vie rma al gewas sen,w a a rb ~ na elke Vlass i ng de vleeistof terugg e

-voerd wordt naar het circuit der kop e r- c eme n tat ic.I n deze installa

-tie wer-dt vrrwe I al het in de' oplo s sing aanwezi ge koper neerge

-slagen ne t met a l l i s ch ~zer.Het erts word t op deze w~ze dus gewa s

-sen me t een nage n oeg koperv r t e oplos s i n~ wa t ee n go e de extractie

van het in het erts aamvezi g e opl os bar e koper ga ran dee rt .

De vloei s tof van de vier de '\Lssing worrit echte r nie t ter u gg ev oerd

ma a r wor-dt de vjji' de "sys tema ti s c h e" vlas sing voor de vole; ende bak

onder wasbehandeling.

Een "batch"-was si ng i s het me__st :.;e: 1:J l'lll :,:E: l ;.: ~~.D8 ',:c~svloeist o f wordt

onder het filter van de ba k gevoe rd en stDgt zo door de ertsmassa .

Hi e r n a wordt de vl oeistof weer vol g ens d8zelfde weg af ge v oe r d.

De tiende en laatste wassing ges c hi e dt met zuive r wa te r wat op

deze w~ze he t waterv e rlies van de geh ele installatie aanvult.

E}De verwijdering van het kOIJe l ' uit ûe vrasvloeistof door cernentatie

met metal .:i 8ch ijze r .

B~ deze bewer~inG wor dt het koper ui t de opl o 8 si n~ ve rw ~ de r d door

he t met met a l l is ch ~zer ne e r t e sl aan.Di t wordt gedaan voor die op

-lossinge n die t e wei nig koper bevatten OB lan g s ele c t r o l~t is c he

weg af te sche i den.Op deze w~ze word t 12,7~ van de totale uitge

-loogde hoe v ee lhe id kop e r afges cheidon.Da arb~ heef t deze installat ie

ten doel de Dzer ve r l iezen van de eehe le in s t all at i e aan t e vullen.

De oplossin g,die zuur i s ,wor {t t e r afsche id ing van het koper ge

-leid over meta ll is ch ~zer waarbt de volgen de reacti e optr eedt:

Fe + Cu --4 Cu +

-:1 ••

.L'e

Lee s tal word t ~z e r-s c hr o o t (92,5% Fe) voor de cemen ta ti e toegep~s t

doch de laatste tijd wor dt Het succe s iJzer-spons geb r u i k t .Di t ijze r

-sp ons geeft va nweg e zijn groot opper-vlak een beter rendement maar

i s echte r duurder dan het schroo t .Eet onstaat door reductie va n

ijzererts met koolmonoxyde•

Tijd ens de cenent ati e reageert ook noc een deel van he t Uz e r met

zwa v el zuu r en me t het ferri in de oplossing volg ens de reacties:

-1

4--Is theoreti s ch vo or he t neers laan va n 1 kg kope r 0,89 kg ~zer vereist in de praktijk blijk t er 1,85 kg t zer nodig t e zijn.M.a .w. 6 ,9 6 kg ijzer

lost op in he t zwa ve l zuur of re a g e er t met het in de oplossing aan

-wezig e ferri .Deze extra opgeloste hoevee lhei d ijze r i s noodzake lijk

t ene inde de jjzer-veI'liez en van de gehele inst a l lat i e aan te vullen.

De koper-ce3entati e wordt ui tge v oe r d in grote bakk en die van beton

zijn bekle ed met mastex.Er st a a n negen van dez e bakk e n in se r ie.

Is een bak met ijz e r ui tgewe rk t dan wo~dt deze uit het circuit g

e-nomen.De vloei stof wordt afgehev e ld en de kope r-ijz er-mas s a wor dt eruit ge s c h e pt .He t koper dat op deze w~ze i s neerge s l a g en wor dt

naar de smel t e r gev oerd.Het daa.r-bf Gepr odu ce e rd e koper wor dt gebruikt voor de vervaardi gi ng van de koperen f oli es \vaarmee de electrolyse aangevangen word t .

-1

5-Ho of'detuk 4

Materiaalb alans ~ de bereidinG ~ met a l l i s ch koper ui t ~

gemen g d oxydisch- sul f idisc h erts

In dit hoofdstuk zal eerst de rnatc riaa lbalan s gegeve n wor de n van

de geh e l e install ati e waarna een afz o nd e rl~ke materia albalans ge

-geve n zal ~o rden van l)h e t uitlog e ~

2)de electrolyse

3)het uitwa s s en en de kopercementatie.

65.000 kg/dag

65.000 kg/dag

13 0.000 kg/dag

Mat e r i aalba l a n s van de gehe l e installatie.

Er worden per da g 10.000 dr og e t onn en erts venverkt.Het erts be

-vat 0,65~G oxy disch kop e r en 0,65>; sulfid is ch kope r .Het oxy dische

kop e r wordt voor 98,5>~ uitgel oogd en het su lfid ische kope r voor 80%.

Koperbalans:

In erts aanwezi g e hoev e el h ei d oxyd isc h koper:

In erts aanwe zige hoevee l h eid su lfidis ch koper :

Tota al inga and e hoev e el h e i d koper:

In tailin g aanwezige hoe vee lheid oxyd.kope r :

In tailing aanwez ige hoeveelheid sulf.koper :

In tailing aanwez ige hoe veelhe id opg elo st l:.op e r :

Totale no ev ocLhct d koper i n tail ing:

1.000 kg/dag 13.0 00 kg/ dag

_ ....:::3:...,:4.;;;,.8 kg/ dag

14.348 kg/dag

Hoe vee lhe id el ect rolyt isch neerges lagen kope r :

liet ijze r neergeslagen hoe vee lheid koper:

Totale kop e r pr oduct ie 100.9 20 kg/ da g 14.732 kg/d ag 115.652 krydag 750 t on/ dag 910 :ta.riIdag 14 ton/da g _ 3 ton/dag 1.677 ton/dag 1.055 t on/dag 622 t on/dag 1.677 ton/dag

In tailing aanwezige hoe veelheid natel' (10,7j·n

Wa te rver l ies door ve r damping,on t l e di n c etc.

Totaal uitga ande hoeve el~ e id water:

Wate r balans

In erts aanwezi g e hoev e e l hei d water (7,55'n

Toegev oeg de hoev e el h ei d water bij het uitwasse n:

Hoe ve elhe id wate r gev ormd b~ het uitlogen:

Hoe vee l hei d water a2n~ezig in toegev oec d zwavel zuur:

~- - ~_.

_---16

-Zwavelzuurbalan s

Toeg e v oeg d e hoeve el h eid zwavelzuur (ber . op 100~):

Geregenere er de hoe vee lhe id zwav el zuu r :

Zwavelzuur gev ormd bjj de oxy da ti e van zwavel:

Tota al ingaande hoev e el h ei d zwa v el zu u r:

67. 3 59 kg/dag

75.451 kg/dag

2.000 kg/ da g

144.810 kg/dag

Zwa v e l zuu r nodi g voor opl os sen van oxydisch kop er:

Zwa ve l zuu r ve r bru i k bt oplossen va n tzcr :

Zwavelzuu rve r b r ui k door neutr.bas.bestanQde len:

Hoe ve e l h e i d zwav el zu u r in t ail ing:

Totaal uit gaande hoevee lheid z~ av el zuu r:

98.709 25.101 20.000 1.00 0 llt4 .810 kg/dag. kg/da g kg/dag kg/ da g kc/ da g IJzerbalans

Voor kope rc eme n t a ti e benodi g d e hoev ee l h ei d ~z e r :

In tailing aanvlez ige hoevee lhe id i,]ze r :

Hoe vee l he id ijzer Ll cecelile :c.teerd koper :

Tota al uit g a~nd e hoeve el h e i d Uzer:

28.881 kc/dag

27.254 kg/ da g

1.627 kg/dag

28.881 kg/dag

l~at eri a albal a n s va n de ui tloo ginstallatie

Ündc:csta .n d s c h erna geeft de a:c-n-en afvoer va n de ui tloogi l1 s t allati e.

ver daDp i n g

I

-~" --

~

' -

----:

na ar ele ct ro lyse - -E<=---l Ui tlooc ins tal lat ie 1

1 --<-cellen -"'--~---J-- -tai l ing er~s uit el e c t r oly s e ce l l e n

\ia ter balans van de uitl ooGi n s t all at i e

Hoe vee l he id wate r uit electro lyse cel le n :

In ert s aanwe z ige hoevee lheid water:

Hoe vee l h ei d water ge v ormd bt oplo s s en van

Tota al Lng a unde hoe vee lhe id wate r :

Hoe v e el he i d water na&r electr olyse ce llen :

Hoe vee lhe i d wate r in uitgel oogd erts:

Hoe vee l h e id wat er d1~ i s ve r damp t :

Totaal uitga ande hoe vee lhe id water :

14.400 750 oxskoper-: 14 15. 164 13.590 1.055 519 15.164 ton/dag ton/dag t on/ da g ton/dag ton/dag ton/dag ton/dag ton/dag

- - - -- - - - -

--1

7-Zwave lzuurbalans va n de uitloor,inctallatie

a)~~~~~E~§~~~~ g~~~~~~E~~~ ~~§~~~~~~E

Ve rwerk t men 10.000 droge tonnen erts dan i s er na uitlog e n nog

9.855 t on over.Het waterg e h alt e hierin is 10,7~~ wat over e e nk omt

met een hoeveelheid water va n 1.0 5 5 ton.Hie r in is het zwavel zuu r

en he t koper aanvrezi g dat via de Ylasins tallatie naar de kope r

-cement a t i e gev oe rd wordt.De benodigde hoe vee lhe id zwavel zu u r i s:

vo o r het op l oss e n van Dzer: 25.101 kg/dag

zwavelzuurverlies i n de t ail ing: 1.0 0 0 kg/dag

totaal benodi gde hoe v eel he i d: 26.101 kg/dag

Aangezien na de eer s t e wassin g van de uitgeloogde er t sma s s a nog

vloeis tof naar de electroly secell e n wor d t t e r u g g ev o e r d moet er

per dag meer dan 26.101 kg zwavel zuur uit de l o ogin st a l l ati e naar

de Yla si n s t al l at i e ge voerd wor d e n.Aa ng e zi e n 28.000 k5/dag met het

oog op een dan te hoge zuurconc entratie in he t wa s ci r cu i t t e veel

is werd een hoeveelhe id va n 27.50 0 kg/ da g genomen.

Aan he t eind van de uit looginstal latie heerst dus ee n zwave

lzuur-con ce nt r a ti e va n 27.500/ 1.055 = 26 ,1 gr H_2S0

4/kg H20.

Uit de uitloogi n st all a ti e st r o omt per da g 13. 59 0 + 1.0 5 5

=

14.64 5

ton water.Dit komt ov e r e e n met een zwave lzuu r h oe vee l he i d van

381. 94 2 kg H₂SC

4•

b)Y~~E h~~ g~~1Qg~g

y

§g

Qf~ f!~§ gfgQg~ggf

QQ§Y

f fl hf1Q

~~gY§l~ggr

Als aangenomen wordt dat al het oxydische koper in de twe ewa ar

-dige vo rm vo o r k omt da n i s t er oplo s sing va n 1 cra t .Cu ook 1 grmo l .

H

2S0 4 vere ist vol g e n s de vergel~king:CuO.+ H2S04 ~ CUS04 + H20

Er wo rdt per dag opgelost 64.000 kg oxy disc h kop er.Dit ve r e i s t

derhalve een zwavelzuurhoeveel hei d van S8 .70~ kG.

c)~~§Y~1~~~! ~Q3~g

YQ

Q!

~~~~!~1~~§~~~ y~g ~~ È~~ ~!~~ §~~~~~~g~

bas i sche best an ~ Q ele n.

aanwez ig.

een hoe

-van 20 ton/da g.

In het erts z~n alt~d we l enige basis c h e best a n d de l e n

~ord t al s basisch bestanddeel CaC 0

3 genomen en ~e l in

ve el hei d va n 0 ,21~ dan geeft di t een zwave l zuurgebruik

d)~Q!~~Eg Y~~ ~~~Y~1~~~! gQQ! Q~~3~~~~ Y~E ~~~Y~~ ·

B~ het opl os sen va n de sulfidische koperm~neralen komt zwav e l

vr ij dat met ch al k o s i e t als ka t a l y s a t or door de zuurstof ui t de

luc ht geoxydee rd kan worden tot zwavelzuur vol ge n s de reactie:

.,.~,.

2S + 2H

20 + 302 ~ 2H2S04

Indi en al het in het erts aanwe z i ce sulfidische materiaal chal

-kosiet (Cu0S) is dan komt er pe r dag 13.094 kg zwavel vrij.Di t

L

kan dan volgens bovenstaande vercel t ki n g 40.100 kg zwavel zuu r

vo r me n.Deze omzetting is echter lang niet volledig.Aangezien

-

18-de juiste geg ev en s hierover ontbreken wordt aangenomen dat de

omz e t t ing voor 5~~ verloopt.TIit ge e f t dan een zwavelzuur-v orming

van 2 ton per dag.

lIet behu lp van het voorgaande i s nu de volgende materiaalbalans

voor het zwave lzuur op te stellen.

Hoe v e e lhe id zwavelzuu r uit de electroly secellen :

Zwavelzuur gev or md bjj de oxydatie van zwave I :

Totaal ingevoerde hoeveelheid zwavelzuur:

Ll 98.651 kg/dag

2.000 kg/dag

500.651 kg/dag

Hoe vee lhe id zwavelzuur na 2r de electrolysec ellen:

Hoe vee lheid zwavelzuur i n uitg elooc d erts:

Zwavelzuur nodig voor oplo s s en van oxydisch kop e r :

Zwavelzuurverbruik door neutr .bas.bestanddelen :

Totaal uitgaande hoeveelheid zwav el zuur

354.427 k(';/da g 27•51 55: kg! dag 98.709 kg/dag 20. 000 kg/dag 500.651 kg/dag I ~ kg/ dag kg/dag kg/ da g

Koperbalans van de uitlooginstall atie

a)~2~!~~~E~~3 ~2E~E ~~g~~~~G ~g ~E~~

Er wordt per dag 10.000 ton erts verwer kt.Het erts bevat 0,65%

oxydisch koper en 0,65~6sulfidisch koper.Dit ge eft een invoer

per dag van 130.000 kg kope r .

b)~2~ !~~ ~E~ ~3 ~2E~E ~~g~~~~g ~g ~~~g~~22g3 ~E~~

In het uitge loogd e erts is op de eers te pl a a t s de hoeveelheid

koper aanvrezi g die niet i s uitgeloo gd (d.w .z .ni et in oplossing

is gegaan) .Van de in het erts aanwe zi ge 1,3>:: keper wordt ö , 14%

niet uitgeloogd.Deze hoeveel hei d komt overeen me t 14.000 kg koper/ dag .

Daarb~ i s in het uitgeloo gde erts nog e~n hoeveelh e i d opgelost

koper aanwezi g.ln de uit de looginst allatie st r omen de vloe is to f

wordt een koper-gehalte aangenomen van 35 gr/kg wat e r .Dez e waarde

geldt globaal in overe eruro msti g e install aties .ln he t uitgeloo gde

erts i s een wa t er h oe v ee lhe id aanwe z ig van 1.055 ton.Dit geeft

dus een hoeveelhe id opgelost kop er va n 36 .908 kg.

In

b9t

totaal wordt er du s per daG afg ev oe r d:

aan niet opg el ost kope r : 14.000

aan opgelost koper: 36.908

, - - -- - -- - - - -- - - - -- - - ----~---

--1

9-c)BQ~~~~~Q~~Q ~QE~E ~~~E g~ ~~~~ ~EQ~l~~~~ ~~~E

Br st r oomt per dag een wa te rhoe veelhei d van 13.590 ton na ar de

el e c t r oly se ce llen.ln dez e uit looGv loe is t of i s 35 gr koper/kg water

aanwe z ig.Di t komt overeen nlet een totale hoev ee l h e id kop e r van

475 .650 kg/dag

l.:I.et behu lp van het vooz-gainde is nu de volg ende materiaa l ba lan s

voor het koper op t e st e l l en:

Hoe v ee l he i d kope r uit de el e ct r oly se c e ll en: Hoeve e lhe id kope::: aanwezig in er t s:

Totaal ingaande hoeveelhe i d kop er : 396.558 kg/dag 130.000 kg/ da g 526.558 kg/ da g \ )

Hoe v eel he i d koper naar de electrolyse c ellen:

Hoevee l he id kop er in uitGelOOGd ert s:

Totaal uit gaande hoe vee lhe id koper:

47 5.6 50 kg/dag 50.908 kg/ dag 526.558 kg/ da g 'f , 'I \ i : 1 ' ": \ e + 2Fe -" Cu" + 2Fe"+ S CuS _! Cu_2S + ttPe -" 2Cu' + S + 41!'e

J

Pe r dag wordt 10.000 t on er t s veY0erkt.Hierin is 65.000 kg s

ulfi-disch koper aarnvezi g.Hiervan wor dt pe r dag 52.000 kg uit geloogd.

Dit vereist een ho eve elhe i d ferr i gel i,;k aan 91.41 3 Lg/ dag

b)~Q~~~~~È~~~ f~EE~ ~~0E g~ ~QQC~~~~0~1~~~~

De uit de el ec tr~ lysec el le n strouende vloe i sto f bevat 10,0 gr ferr i

pe r kg wat e r .Ui t de electrolys e celle n st r o o~t per dag 14.400 ton

vla t e r waar-i,n dus een totale hoe vee lhei d ferri aanwezi g is van

Pe rri-balan s van de uitlooginstal lat i e

a)~Q~~~~1È~~~ f~EE~ gQ~~g ~QQE Q~~ QE~Q~~~~ ~~g È~~ ~~1f~~~~2È~ ~QE~E

Aangenomen wordt dat het su l f id is che koper in he t erts acmwezig

is als chalkosiet.Het oplos s en van dit kope r s u l f i de in een ferri

-oplossing ga a t als volgt:

...

Cu₂S + 2~e 4 CuS + 2Fe + Cu

144.000 kg

c)~Q~~~~~g~~~ f~EE~ ~~~E ~E ~~~~!E~1~~~~~11~g

Naar de looginst allatie wordt per dag een hoeveelhei d ferr i gevoe rd

van 144.000 kg.Voor het oplossen van het sulfidische kope r i s een

hoeveelheid ferri vereist va n 91.413 kg.:Gr is dus aan het eind van

de looginstall at ie nog een hoev eel hei d ferri aanwezi g va n 52.587 kg.

Tijdens het ui tlog en zal waarschi'n 'Lr'k ook een weinig ferro ge oxy

-deerd worden tot ferri.ln de pra k t tk blijk t echter dat de benodigd e

-

20-ket de luchto xy dati e van fer ro t ot ferr i behoe f t derhalve ge e n

rekening geh ou de n te wor den.Aan het eind van he t uitlogen is een

waterhoeveelheid aanwe z ig va n 14.645 ton/dag.De f erri-concent ratie

aan het eind van het logen i s dus Geltk aan 52.587/14.645

=

3,6 gr

ferri per kg water.

Naar de electrolysecellen st r oomt du s per dag:48.8 0 2 kg ferri

In het uitgelooGde erts i s een hoeveelheid ferri aanwezig van

3. 785 kg.

Samenv attend kan de vol ge nde ms.ter iaal ba lan s voor het ferri op

-ge s t e ld word en.

Hoev e e lhe id ferri uit de ele ct ro lyse ce l len:

Hoeveelheid ferr i na ar ele ct r olyse ce l l en:

Hoev e elhe id ferri in uitgelo ogd erts:

Hoevee lhe i d ferri voor opl os se n va n sulf.koper:

Totaal uitg aande hoev e elhei d ferri

144.000 kg/dag

48.80 2 kg/da g

3.785 kg/dag

91 .413 kg/dag

144.000 kg/dag

Totaal j,iz e rbalans va n de uitloog i n st all atie

In de prakt ~k wordt

hU

overeenk omst ige installati es een t otaal

jjzer-gehalte in de l oogvl oe i s t of ge v on de n van 22 gr/kg wa ter.

tie t dit gegeven is de tota al ~ze rbalans van de l oogi n s t al l a t i e

op te stellen .

Hoeve e l he i d ijzer ui t de el e c tr olysec e l le n:

Hoev e e l he i d ijze r na ar de electrol~secelle n

Hoeveelheid ijzer in uitgelo og d er t s:

Totaal uitga and e hoe ve e l he id ijze r :

316.800 kg/dag

293 .979 kg/ da g

22.821 kg/ dag

-

21-fua t eri a al ba lans van de el e c tr olyse

Ond ersta a n d schema geeft een overz i cLt va n de ve r s chi l l en de st of

-stromen van en naar de el e ct r olyse cellen.

zwavelzuu r- suppl e t i e

zuUrstof door

~

~El

tle~

va n wat e r

ui t looginst all ati e

7>--,

)

r---

[

:::';le c tr olyse ce l l en ---)naar looginstallatie

~

/

uit was ins t allatie

De hoeveelheid f e rri,no di g voor het oplo s se n van de sul f i dis ch e kope r

-mineralen,moet bD de electroly se gev ormd wor de n.Daarbij wor dt er b~ de

electrolyse 875~ van he t uit g eloo g de kope r afgescheiden.De hoe vee lhe id

zwavelzuur die tDdens de el e c tr olyse gev onnd wor dt ,wor dt ge v on de n uit

de gelljks t el l i ng va n het la di ncs trans p ort naar de anode en de kath od e.

Afg es che ide n hoeveel he id kop er: 0,87 • 11~.00 0

=

100.92 0 kg/dag k.o.m.

3.176.580 ~laraday/dag

Gevormde hoev e elheid f erri :91.413 kc/da g k. o.m.l .63 6.760 Faraday/dag

Voor de zwaveLauur-vormäng derhal v e:1.539.820 :2'ara day/ da g "va t overeen

-komt me t de vorming va n 75.451 kG zDave l zuu r per dag.

Bij dez e zwavelzuurv orminc orrtLecdt er ee;-:L hoeve elhe id wat e r va n 14 ton.

Voor de el e c t rolyse vindt ooL nog zwavel zuursupp let ie plaat s en aa n g e

-zien het zwa velzuur toegevo e Gd wor~t als 96~: zwavelzuu r geef t een sup

-pletie van 67.3 59 kg zwavelzuur een water toevoer va n on g.3 ton.

kg/ da g kg/dag 1<::[;/ da t; 475.650 21.82 8 497.47 8 Hoev e e l h e id koper uit de was i n s t al lati e:

Totaal in ga ande hoe vee lhe id koper

Me t het voorga ande i s nu de volgende 8ster iaal bal a ns op t e st e l l en:

Kope r balans

Hoe v eel h e i d koper ui t de l oogi n stal l a t i e:

LoovooLhoid eLcct r-o Lyti ach ne cl'G2sl :-:cgen kope r :

Hoe v ee lhe id kope r naar l oogi'n st a l I a ti e:

Tota~l uitga ande hoe v ee lh e i d kope r :

100.92 0 kg/dag

396.558 kg/dag

r

---'

-2

2-Ferri-bal ans

Hoev ee l h e i d f e r r i uit loocin s t all a ti e: Hoe vee l h e i d ferri uit wasinstal lat ie :

Hoeve el heid gev orQd ferri t~dens de ele c t r ol y se :

Totaal in gaand e hoeveel h eid ferri:

Hoe v e e lhe id ferr i naGr de loogi nstalla ti e :

Totaal ~zer-bal ans

Hoev ee l he i d tota~l Uzer ui t loog i n st a ll ati e: Hoeve e l h e i d ~ot a al ~zer uit was ins tallati e:

Totaal inga ande hoeve elhei d ~z e r :

Hoe ve e l he id t otaa l Uzer na ar loogi n st allati e:

Zwav e l zuu r balan s

Hoev ee l he id zwavelzuur uit l oog i n st all ati e: Ge sup l ee r de hoev e elhei d zwavel zu u r :

Hoev e elheid zwavelzuur uit wasins tal la t i e :

Hoeveelheid zwavelzuur gevormd ttdens el e c t r ol yse :

Totaal ingaande hoe v ee l h e i d zwavelzuur :

Hoev ee l h e i d zwavelzuu r naa r loogi n s t all a tie: Wa t e r balans

Hoev e el h e i d wat er uit l oo gi ns t al l a tie:

Ingevoerde hoeveelheid water door supp le t i e va n zwavelz.

Hoev ee l he i d water uit wasinstal la ti e :

Totaal ingaande hoeveel h ei d wate r :

Hoeveelheid wat e r naar loogin s t a llati e:

Hoev e e l he i d wa t er ontle e d bU de zwave lzuurvor@ing : Tota al uitgaand e hoev e e l heid wate r :

48.80 2 kg/dag 3.78 5 kg/dag 91.413 kg/dag 144.000 kg/dag 144.000 kg/dag 293.979 kg/dag 22.821 kg/dag 316.800 kg/dag 316.8 00 kg/dag 354.427 kg/dag 67.359 kg/dag 1.414 kg/dag 75.L1,51 kg/dag 498.651 kg/dag 498.651 kg/dag 13.590 ton/dag 3 ton/dag 821 ton/dag 14.414 ton/dag 14.400 ton/dag 14 ton/dag 14.414 ton/dag

-23

-I:Iat eriaalbalans van de Vias i ns t a l l a tie en ~ de kopercementatie

Allereerst volgt weer ee n schena t ische voorstelling van de aan-en

afvoer van deze installati e s.

, -..../' gecementeerd koper <.-.~ (90~~ Cu;lO~ ; Fe) tailing Kope r ba l a ns

Hoeveelheid kop e r uit de loogi nstallatie:

Hoeveelheid koper naar de electrolysecell en:

Hoevee lheid koper aa nwe z ig in tailing:

Hoev e el h e i d ge c emen t ee r d koper:

Tota al uitgaande hoeveelh eid kop e r :

Zwavelzuurbalans

Hoeveelheid zwavelzuur uit de loogi n stall atie:

Hoeveelheid zwavelzuur naar de electr olysecellen:

Hoeveelheid zwavelzuur aamye zig in tailinc :

Hoev e el h e i d zwavelzuur voor o)lopse n van ijz er :

Totaal uitgaande hoev eelhe id zwave lzuur :

Totaal ~zerbal ans

Totale hoeveelheid !,:zer ui t Loogi nat al Lat.ler

Toegevoegde hoeveelheid Uze r:

Tota al inga ande hoeveelheid ijzer :

Tot a l e hoev ee lhe id Dz er na ar de el e c t r olys e ce l l en:

Hoe v e e l h e i d ~zer in gec emen t e e rd kope r :

Totale hoeveelheid Uzer in de tailing:

Totaal uitga ande hoe v e e l h e id ~ze r:

'.Jaterbalans

~oe gevoegde hoeve el h eid water :

Hoev e e lhe id wate r uit de looci n s t al l ati e:

Totaa~ng aa nd e hoev e elh e i d water :

Verdampte hoeveel h ei d wate r :

Hoeveelheid water aanw e z ig Ln tailing:

Hoe vee lh e i d wat er naar de el e c t r olyse c e l le n:

Tot a al uitga a n de hoeve e lhe id crater :

uit l oog -~ins t allatie ,j.o-naar el ect r o -lysecellen 50.908 kg/dag 21.828 kg/dag 14.348 kg/dag 14.73 2 kg/dag 50.90 8 kg/dag 27.515 kg/ dag 1.~-14 kg/dag 1.000 kg/dag 25.101 kg/dag 27.515 kg/dag 22.821 kg/dag 28.881 kg/dag 51.702 kg/dag 22.821 kg/dag 1.627 kg/dag 27.254 kt/dag 51.702 kg/dag 910 t on/ dag 1.055 ton/dag 1.965 ton/dag 89 t on/dag 1.055 ton/dag 821 ton/ dag 1.965 ton/dag

-24

-I-:oCJfdstul:: 5

lTadeTe beschou\'!ing ~ de electr'oJ..,:'::; E-;

~~ de electrolyse van een wateris c oplossing van CU J O A1~e S 0 4,F e2 ( S04) 3

en H_2SO_A t r e de n de vol Ben de reac·ties op:

.

.

.

aan de kathode: Cu + 2e - Cu

aan de anode: H2 ~ - 2E:.:- ;,.02 + 2e

:D'e -, Pe + e

Da arna:1st reagee rt no~ een gedeelte van het in d~oplossing aanw e z ige

ferri met het neerge sl a g en koper volgens de ver-geLijk.i.ngr

Cu + 2Fe - Cu + 2Fe

Beschouwt men eerst de reacties aa n (le anode dan ziet men het volgende.

Et

het bi nn e ntre den van de vloeistof in de electrolys ece llen i s de

fer r i- c oncent ratie in de oplossing 3,65 griL en Ce ferro-c on c.18,3 gri L Hi eru i t vol g t een r-edox-cpot.enti aeL voor de ferr o-oxy da tie van 0,728 V.

Voor de wateront l eding geldt daarentegen een r edox-potent iaal van

1,21 6 V.Daarbn 'tre edt bij de vlater ont led ing nog een ove r spanning op

t e ngevolg e va n de vr t k omende zuurt tof.Deze overspanning heef t een

waar de va n 0,3 - 0,6 V.TIerhalve zal er voo r de waterontled ing eon

pot ent i aalvers chi l tu s s en de anode en de oplos si ng ver eist z~n van

1

,5 -

1,8

V

.

I s nu het pot errt i.a a' ve r sc h i l tu:::;se;1 de an ode en de oploss i ng klei ne r

da 1,5 V dan heeft al leen de oxydatLe va n ferro t ot f err i pl aats

en wordt er geen wat e r on t l e e d.Is het potentiaalverschi l echte r

gr ot er da n

1

,5

V dan heeft naast de water ont led ing,die da n op gaat

t r ed en,ook nog de f err o- oxy da t i e pl<:l8.ts.:Dit i s nu juist gewen s t .

Imme rs Hen moet bj5 de electrolyse sle chts die hoevee lhei d f e r r i

vcr-men die nodig is voor het oplossen v an de sulfidi s che kope rmine

-ra len.Da arb t moet b~ de electrolyse zoveel moge lDk zwave lzuu r terug

-gevormd worden.

Voor de el e c tro ly t is che prec ip i tatie van het in de opl os si ng aanwe

-zige koper is een pot enti a al v e r sc hil tuss en de kathode en de opl ossi n e

vereist va n 0,33 V.':lorelt dacrbi voor de Ohrise weerstand een p_o t~nt i -:­

~a~y e r s c hi l va n 0,2 - 0,3 V genomen dan volg t uit he t hierbove nstaande

ee n badspanning va n 2,0 - 2,4

v

.

Een exacte berek ening van het ben odigde cel-volta g e is echter niet

rnogeLljk omdat het r-e actLe-cnecha nä sme aan de anode te in g ewi kkel d is.

Immers aan de anode tre e dt zowel de wate r ont led inG als de fe r r o

-oxyd ati e op.Het i s ni e t vera n twoord a2n te neDen dat de wa te r on t le di ng

- 2

5-ook na a s t electr oc heni s che reacties zuiver ch emi sc h e reac t ies op -ot re de n ~aarbt ge da ch t wor dt aan de reactie van het S0 4-radi c a a l me t

ferro.

Dez e gehele electro lyse die dus een samen sp el is van vele reac t ies i s ni et in eenvoudi ge ber el~eninG en samen te vatten.Daarom zal voor de badspann ing de in de praktijk ge b r uikt e waarde van 2 ,2 V gen omen

wor den.

E~E ~~~~~~~ ~~~ E~~ ~~E~~! ~~~E2Q~ E·

In de praktijk wor dt me e s t al gew e rko~ ~e t een stroomdichthe id va n

12,3 IILÀJ cm2 t er1il:i.:i1 he t oppervlak van de kathode 120 dm2 i s.

Ei erdoor zal er bt ee n st ro omr end enent van 100;: op de ka t h od e ee n

hoevee lhe id koper wor de n afGe z e t van 8,3 kg/dag.Door het optreden van nev enreacties ,voor-naueLijl, va.i het nee rgeslagen kop e r met het in de op l os si n g aanwezige ferri ,is het stroourendement slechts 75~ zo

-dat er per dag 6,2 kg koper op de kathod e wordt afgezet.Elj een dag

-produ ct ie van 100.920 kg koper zIjn dus een aant a.L kathoden verei s t

van 16.l67,De electroden zjjn .::;e pla2..t s t in Langwer'pá. g e bakken met elk ong ev ee r 100 kathod en.Eieruit volgt dus dat voor de ber eke n de inst all ati e on g ev eer 160 van d: ze electrolysebakken nod ig zijn, ~~~Eg~~-È~§~E2~~~~g

De b~ de el ec trolyse t oege voerde electris che energie wor dt ge br u ikt om: a)d e versc hill ende cbemisc he reacties te doen verlop en

b) om de zuurstof uit de oplossin,; vrt te ma ken(overspanning)

c)ea wordt voor ecn sede e lte ou g ezet in warmte.

--.,./! ad a)

Zoal s ree ds hiervoor is ge z egd i s he t react ie-mecJ:anisme va n dez e elec

-trolyse zeer inge~ikkel d. Same nvatt e nd kan ne n echter zeggen dat blj de z e el ec t r oly se de volgende

_..

reacties opt r e de n•

l)De oxy da ti e van ferro : Cu + 2e

.

.

4 Cu

.

.

.

2Fe ~

_.

2Pe + 2e

_.

_..

C~'+ 2Pe ~ Cu + 2Fe - 3,8 kcal

2)De wateron t leding : Cu" + 2e 4 Cu

.

4 2E + -~O2 + 2e

H20 4 Cu T 2U'+ i 02 - 55,03 kcal Er wordt per dag 91.413 kG ferri g ev ormdsDez e ferr i vorrring verei s t

volgens de hierboven staand e verg el~king een ene rgie-ho evee lheid va n

3, 1. 106kca l .Ook wordt er per da c l d.OOO kg wat e r ontl eed wat een hoe

-ve el hei d energie kost van 42,7.l06kcal .Voor het verlopen van de ver

-schil l e nd e chemische reacties i s dus een hoeveelhe id en ergi e vere i s t va n 45,S .106kca l per dag.

,

,J

- 2

6-ad b)

Bij de 'i,e.. te roc:'2,e,~, i 1-:; :.ÛC' :L(' C:; '1 e_-::'~:::.·u. loev e eLh ei d energie toegev oe rd

worden teneinde de gev ormd e zuursto f ui t de oploss ing vrij te maken.

Dez e hoeve el h ei d energie,die t ot uiti ng kOI.1t in de oversp anning,

hang t ster k af van het electrode-ma t eri a al. Vo or de bij deze el e c t r

o-ly s e gebr u ik te Sb-Fb-an ode kan deze oversp anning ge st e l d wor den op

?emid~131d 0,5 V.Om nu na te gaan hoe gr oot cle z e hoeveel ij.eid energi e

i s moe t eers t het ladi ngstransport van dé kathode naar de an ode be

-r ekend worden.

Er wordt per daG 100.920 kg l~o;e r afg e s ch e i de n.Hi e r voor is een ladi ng s

-tra n s po r t vereist van 3,1 .108 Coulomb.Aangezien het str oomrend enent

slechts 75';" bedraagt wordt er i1~ vrer-keLijkh ei d een hoeveelheid la ding

getranspor teerd van 4,1.108 Coulomb.Bij een badspanning van 2,2 V .

wordt er dus een

h

oe ve e l~e iC

ene rg ie toegevoerd van 9.108J ou le

=

2,1.10~al.Eiervan Vlor dt ( 0,S/ 2,2) (2,1.108)ccal gebruikt voor het vrij

-ma k e n van de zuurstof uit de opl os s i nz.

ad o)

De hoeveelheid electrische energie die ongezet wor-dt in warmte wor dt

nu bepac.l d door de t otaa l t oegevoerde energie-hoevee lhe id t e vermi n

-deren me t de benodigde energ i e voor overspanninc en voor het verlo pen

va n ds chemische re a c ti e s.De hoeve el heid energie die in warmte wordt

o

~gez

et

b

l~kt

dan 115.106kcal te zUn.Door t oevoeri.ng van deze hoe vee l

-heid energie zal de temperatuur ve..n de vloeistof in de el ect ro l~ s e­

celle n 80C st~gen.

- 2

7-Eoofc1stuk 6

Be r ekeni n g ~ ~ warmterr isse laar

Bij de in dit pr oce ss chema Ge vülgde met h ode voor de bereid ing van

koper ui t e e n oxy disch-su l fid is ch ert s word t he t erts ui tgeloogd

me t zwavelzuur en f erri sul fuat wat geschi e dt in grot e open ba kk e n.

Zoa l s reed s in hoofd s t uk :3 i s ; e z e gd,i s voo r het ui t l ogen van het

su lf idis c he kope rmineranl een gemi dd eld e uitl oog temp e r atuur gewenst

van 360e.De vloe i sto f di e uit de el ect r olyse c e l l e n str oomt heef t

een gemidde l de t empe r a t uu r va n .100e.1n de warme mar.nden (mei- okt .)

is de afkoeling van de vl oe i stof in de ui t loogbakke n nie t gr oot .

De uitl oogvloeistof be hoeft da n ni e t voor verwarmd te wor den.

And e r s i s di t in de kou de maanden (okt. -uei) .In de z e maanden i s de

afk oe l ing va n de vl oei stof i n de uitloog bakk en zo gr oot .dat ,wi l

de gemi dde l de uit l oogte mperatuur 36°0 z~n,de vloe i s t of me t een

ten peratuur van ong•.~ 5 0 e het Lêogci rcui t [loe t bi nnentred e n.Voor ve r

-warning van de vl oei st of i s dan noodzak eltk.

Onderst a:.:m de tab el ge ef t eni g e llr8.l~ tj)~Yia~:::.rde n weer . (lit ,5)

temp.vloei stof t emp.vloe i sto f at[l.t eTIp. °pvvarmi n g

na ar voorverr!r:.l~"e r ui t vco r-verwa.rme

r-jan. "31 39 ,00e ~.6,.).oe 9,70e 7,3Oe fe b r ."3 1 40,7°e _-rIr7_, 7₎ 0e _{12,3°0 6,4}0e ma art "31 30 .1.0('( ,1 r-: 0 oe 15,10e 6,4° e :I, . \J .,),0 apr i l "3 1 39,10e .14,5°

c

18,9 ° 0 5,40e mei "31 'La 600 /l ~ ~°c, _{23,1 0e 4,7}0_C ) J , ." ,) li juni" 31 40,80C 40 ,SoO L'17, [1r0L;.. ° juli ":3 1 43,8 ° 0 .1,~) ,ö~o e 30,0°0 aug."31 _{~. )}. _,U-.0_{',_}, _{11.) ,} (_,I0_\.: ')_•.7_{. ,} .,_r.0.-;_\/ se p t ."31 41,10C 41,1 °,] _25,9O_e okt ."31 40, )~o ,.,'V 42,0°e 20,10e _1,5O_e nov."31 40,00e _43,9O_e

_I

L

_"

,

₄

0n

'

-..'

3,9Oe dec."3l /10,9°e 45,50e '.),40e .1.

,

60e

De Vlarmtevli s sela :_~r,die ele vloe i s t of ui t de el ec t roly s e ce l le n voor -ve nvarmd,moe t dus een zodaniGe ca pacit eit hebb en dat zU de vloe i -stof mi nst ens 7,:5oe op kan rrarLlen.De ber ekening van deze vlarmt e -wi s eeLa er caI dan ook ::.;enaatt \lor den voor een opwarmi.ng van SoC. Als t:n )e verwa rmer werd ee- •. warnrtewi sseLa ur- .:;ekozen waar-i n de t e ver-varmen vl oe i st of door buizen ot roor::c,t er-.fijl er r-ondom st oom

-

28-Zen dercel t k t~Tpe wa.rmtevrt s seLaar- is te verki e zen bov en di,e waar bij i n de bui ae stoom oon d eneeert met de te ve rwar-men vloei st of er rond om heen OD de volgende redenen:

l)De te ve r~ ar~e n vloei s t of i s corrusi e f .Lt eve n t uele st e rk e aanta st inG behoeft sl e cht s Qe buis verni elTIvd te worden ter\'djl ande r s de gehele ':,'armtew iss elaar word t aariget.c st ,

2)~r wordt ve n vc.r md met condensere nd e sto om.Condense r end e stoom in buizen wordt als er geen bizonder e red e n en aamve zig zijn ni et gebruik t oEdat het ontstaan van con de n s a at i n de bui

-zen van sl e chte invloed i s op de ove r d r achts c oe ff i c ient. De wa r mtewisse laar wor-dt gemaakt van ee n roest v r ij st caL met de samen s t e l l ins:0,07~:C ;0,75:.Ün;17'~ _i;205~C r; 29 j ;lTi;2;;Ho;3;0Cu;14,25'0Fe.

De aantasting va n di t mat e r iaal door de vloeistof uit de elect

ro-lysec elle n (ong.4 ;~ zwav el zuu r- opl os si ng)i s sl e c hts C,0 25 mm per jaar.

E~E~~~g~gZ ~§2 3~ ~~~I~~1l~2 ~§E0!~ ~§~ g~ ~E~~~~~EE

Per da.: stroomt er de vol G e~ de hoeveelheid uit de electr olyse cellen:

B2 ~ : 14.AOO.OOO kg k.o.m. 800.000 kmol H₂0

Cu: 39 6.55 8 I r ' kvosm, 6.238 kmoL 0u8 0 4 =:2304: 498.6 51 kg k.o.n. 5.085 kDOl 2₂3 °.'1 j• • T ?e

..

: 1411 .000 1=5 k s osn, 2.579 kmol .:.'Tj1e ",(c'O)U L1 ...,. .: , ) J?e: 172.8 00 1.,... 1:=.0.[1 . 3.094 kmol :Pe3 0 ...l~b !l.

De verhoud i nz va n het aant a.L Dolen opgelost zout en water i s 17/ 800 d.i .ong.l / 50.Voor sulf~at- oplossinge~ in water ge l d t bjj d2z e verhou

-ding een soor-teLr'k e warmt e van gem..0,85 cal /gr °c;.Deze waard e zal i~ de volge' de be rekeningen word en gebruik t .

De voor deze in st all a ti e be no di g d e warmtewiss e laar moet de vloeistof 80C op ku nnen ~arnen.Z~ Doet derhalve een capacite it ~ebben van

6

115.10 kcal .per dag.

~~E~~~ E~Eg ~~2 È~! ~21~9~ va n 3~ 2E12~~!EB·

De gemidde lde temperatuur van de vloe istof uit de elect r olys e c e l l en i s 400C.He t vol ume zal daarom ook wor de n ui tger eke nd b~ 4000.

Aangenomen wordt dat

bU

he~ oplosse~ van metaalz outen i n wate r volume-a ddi t iv i t ei t geldt.~r stroomt zo pe r dag de vol; ende hoe

-ve el h eden uit de electro lysecel len:

H_2O: 14.400 .000 kC le.o.n . 11.51 2.472 lit er ':;u301 S\9 5.T )3 1"r\..~..)c: =•0 •L1• 276.610 l i t er -rt- Cl ' 1198.651 Ir ,. k i ovn , 271.00U l it er L._2u

O

;1 \.6 Fe C30 ) 515.800 Ir". _{L.O.1,1. 171.93:.1 1tter} 2 -4 3 ~,~ " FeS0 4 /1rtC· \ i: ,:11 _{',-:-;... 1,} }-:-,()~ l i _~eJ~

- -

,-

'-_._

--

'-

~. -.-...

.

Totaal 16.88 0.308 1_r- L.o.n . 15.38 fJ.'70 5 l i t e r .l~ 0

- - - -- - ---~ - _ . , --29 -( ,\ ,',. , , t' 1.l

I er seconde wor~ ~ er dus i ng evoer d 178 li ter. \:

Voo r de visc os itei t van de opl os si ng werd de waarde van water ge

-bi 400("1 , . 6 5A ] 0- 3 .

nome n IJ v Q. l . , '!-. _ pOlse.

"

.

Voor de buizen ;,le rd een i n.V1endi ge diameter genomen van 0,982 en

<,,/'/ " ..r

een ui t wend.i[; e diameter van 1,25" .])e z e buis heeft een inwendig oppervl ak van 0,2572 sq.f t ./f t .l engt e en een ui twendig oppervlak va n 0,3271 sq.ft ./f t- lengte.

In het on de r s t aan de zal nu voor ee!"} aanta l beva ll en vl orden na g e g a an wat het verwarn:end opp erv La k va~: de warnrt ewi ss eLaa r' is,hoe de di men

-sies zj<~n;en wel k drukv er'va'l ove r de warmt ewLseeLaar heer è t .De be r e

-ken ingen z~n ui tg ev oerd voor wa TI~tew i ss elaa r s me t 97 ,186,262,34 4 p~pe n.

E~E~~~g~gg y~g ~~g ~§E~~~~~~~~1~~E §~~

2

1

E~l~g·

De wa rm t ew.Ls se laa .r mèet de vloeistof 80C op kunnen WarEle~1.]r i s der

-halv e een warmtetoevoer vereist va n 481.109J/dag.Per se c on de i s dit

5,6.106J .

De vl oei st of wordt ve rwarmd Liet lage druk st oom

De conc1ensatie-warElte hiervan is 533 kc al/ kg .Er hoeveelheid vereist van 216.000 kg/d ag

van

i s dus een stoom

Voor het bereke nen van de warn-t ewds seLa a r- .vor dt c;ebr u ik sen aakt van de f ornu Le: Q.,v = U.A.(0.r.c)Lm hieri n i s Ovv de hoeveel h e i d over te dr a

-een wa r mt e in Jf s ec

U de t otale warmt e over dr a cht s

-coë f f i ci ent i n J/m2secoc

A he t ver warmend mppe r v lak in

~' m2

(6T) lm het 10Ga rit~i s che ge

-mi ddelde va.: de temp

e-ratuu r v ers chi l len aan begi n

en eind van W.V. in °C.

Aangezien (à j:') lm= 6 5,90C er

~

'1

=

5,f. .le6J is de waarde van A.U.gel ijk aan

84 .50 0 J/s ec oC.

De totale warmteoverdrachts[' o ~ffici e nt wordt bepaald ui t de par t i êl e

wa r Elt e over dr a ch t s c oëf f i ci en t en m.b. v . de formu le:

(U) - l= (ul)-l + ( ~/d) -l + (u 2)-1

hier"n is U de totale 'imrr:lt e overdr a c h t s c oë fi' i c i ent

ald e v;armt e ovcrdrac h t sc oëffi ci en t va n de str omende

vloe' eto f

u 2de warnteove rdrachts co~ffic ient va n de condens e-rende stoom.

~/d de verhouding va n de war mt eg el e idbca rheid sc oëf f i

- 3

0-a

)~~I§~~~~~g ~~

g g

~

~~

E~~~~~

~§E0~

~~~~EQE~E~~~E2~f!~

E~

~g~

~

~

g

Q

~

stromend, vloeistof.

])

e

~

~

-

~

~

;

~

~

-

1::

~

;~~

ï

~

-

~

~

b

.

v , d"::;f o rrnu Le.IT u= 0,027. (Re)0,8 . (Fr)1/3•(?/1 w) 0

,

l~

Voor di t ce v a l is Re=1,5G.lO/ rr="'c,3 fJ/? W = 1,39

cond enserende

b)~~E~~f~~gg y~~

S2

Y~E~2~3~gB va n de ~gE~!~~~~f~g~~~E~~~3~E ~~ff~E~~g!

en de dikte va.i de Di~'ol,:anl1.

--

--

---

----

-- ~~~- - -

-De

w~

rmte

ge

l

e

idb

aarhei d

va n staal i s onGeveer 15 J/mOC sec De wa n d d i kte i s 0,3 18.10- 2 m.

De r hal v e is À/ d =l A.1 50 J/o

e 2

- - ' sec m

c)È~E~~~~~~§ ~~D ~2 ~§:E~!~2~~EgE~EÈ!~E2~ff~E~~~:':: van (te

stoom.

Deze waar-de wordt bepaald uit tcd~ellen.IIiervoor i s da n ee r s t èL:: waa r- d e

van. li, T.D 'n od ic.

E=ce midfe l d aantal pUpen boven elkaa r =7

~l= :.;eIIli d c'i e l d tenJle r,::, t uu rvel' s c h i l tussen de st o om en het ver

-, 1 1 • On 6'70.,

wa rreenet opp e r v ax .in l! = ) 1'.

D' =de uit~ e n di:e p~ 9 di ameter in inch e s= 1,2 5

De waarde van i. , ':[1.1) ' = 551 ,2 r:ienli t v olgt een "aar d e voor (L2 gel:ijk

aan 5680 J/oC m2 sec.

Ui t het bovenstaan de tal' nu Cte totale warFLteo'ler d l'achtsc oëfficient

o 2

berekenQ worde n.De z e heeft een waarde van 328 0

J/

e sec m

Ilet behulp va n de betrekking U.L.=8tt.500

J/

sec oe wer-d t nu het ver

-wa rm end op pervl a k Gev ond en.De z e

=.3

..=el iJ: ar.n 25 ,8 m2•Voor d.ze wa rmt e -wisselaar ne t 97 p~_"pen v oLgt hi enui.t een Lengt e van de warmtewisselaar

van 266 cm en een hoo cte van A5,7 cm.

d)berekeniw -:; van het ö ru kv e rvaf over de wa rrrtewi sse Laa.r,

--- -- -- ~ --- --- ------ - - -- --- -- - -- - -~- -~- -

-Deze TIordt bepaal d m.b .v. de for n ule 6p=4f.L/D .~pv hieri n i s

f=fri ctie-factor

=

0,00 6 L=266 cm D=2,4·9 er: P=l, l gr/ cm3 v=377 cm/sec 5 I 2 2 2 6.2. =

.sz

1.10 dyne/ cm = ~_ m water -druk