Mehr als 95 % des weltweit produzierten Zinks wird aus Zinkblende (ZnS) gewonnen. Bevor das metallische Zink unter Anwendung des hydrometallurgischen oder des pyrometallurgischen Verfahrens gewonnen werden kann, muss das Konzentrat von Schwefel befreit werden. Dies geschieht durch Glühen oder durch Sintern bei hohen Temperaturen (>900°), wobei das Zinksulfat (ZnS) in aktiveres Zinkoxid (ZnO) umgewandelt wird.
Das dabei entstehende Schwefeldioxid wird anschließend in Schwefelsäure umgewandelt. Das im Erz enthaltene Eisensulfid verursacht jedoch Probleme, da es sich bei der Reaktion mit Zinkoxid in Zinkferrit (ZnO·Fe2O3) umwandelt. Um eine qualitativ hochwertige Zinkproduktion zu gewährleisten, durchläuft die gelöste Lösung vor der Elektrolyse verschiedene Reinigungsstufen.
In dieser Process Application Note wird die Online-Analyse von Schlüsselparametern wie Zink, Schwefelsäure und Eisen beschrieben. Der 2060 TI Process Analyzer von Metrohm Process Analytics bietet präzise und effiziente Messungen, die den Zeit- und Arbeitsaufwand reduzieren und die Bedienersicherheit erhöhen.
Mehr als 95 % des weltweiten Zinks werden aus Zinkblende (ZnS) gewonnen [1]. Vor der Gewinnung von metallischem Zink, was durch hydrometallurgische oder pyrometallurgische Verfahren erfolgen kann, muss das Konzentrat von Schwefel befreit werden.
Dies geschieht durch Rösten oder Sintern bei hohen Temperaturen (>900 °C), wodurch sich Zinksulfid (ZnS) in das reaktivere Zinkoxid (ZnO) umwandelt (Gleichung 1). Das gewonnene Schwefeldioxid wird in einer nahegelegenen Anlage, die an die Schmelze angeschlossen ist, in Schwefelsäure umgewandelt.
Wenn das Erz Eisensulfid enthält, wird es in Eisen(III)-oxid (Fe2O3) umgewandelt, das dann mit Zinkoxid (ZnO) reagiert und Zinkferrit (ZnO·Fe2O3) bildet. Diese Zinkverbindung ist schwierig zu gewinnen, weshalb Erze mit geringem Eisengehalt wünschenswert sind.
Beim Auslaugen (heiße Säureauslaugung, Abbildung 1) wird das Zinkoxid unter Verwendung von Schwefelsäure (verbrauchter Elektrolyt) abgespalten und es entstehen Zinksulfat (ZnSO4) und Wasser (Gleichung 2).
Der Zinkanteil wird gelöst, während sich Eisen ablagert und Blei und Silber nicht gelöst werden. Diese Lösung enthält allerdings einige Verunreinigungen, die entfernt werden müssen, um am Ende des Prozesses ein ultrareines Zinkprodukt zu erhalten.
Die ersten beiden Stufen der Reinigung vor der Elektrolyse erfolgen durch Ablagerung oder Zementation von Zinkstaub. Die entstehende neutrale Zinksulfat-Lösung wird zur Herstellung von Zinkmetall im Zellraum elektrolysiert.
In dem komplexen Prozess der Zinkraffination ist eine effiziente und genaue Analyse von Schlüsselparametern wie Zink, Schwefelsäure und Eisen entscheidend für die Aufrechterhaltung optimaler Prozessbedingungen und die Gewährleistung einer qualitativ hochwertigen Zinkproduktion. Zur Bestimmung dieser Parameter werden in der Regel herkömmliche Laboranalyseverfahren eingesetzt, die jedoch oft zeitaufwändig, arbeitsintensiv und anfällig für menschliche Fehler sind. An dieser Stelle kommen Online-Analysensysteme ins Spiel, die die Art und Weise, wie diese kritischen Messungen in der Zinkraffinerie durchgeführt werden, deutlich verbessern.
In mehreren Stufen des Zinkraffinationsprozesses werden Online-Prozessanalysatoren zur Bestimmung der Säure-, Zink- und Eisen(III)-Konzentrationen für die Qualitätssicherung eingesetzt. Metrohm Process Analytics bietet mit dem 2060 TI Process Analyzer einen Multiparameter-Prozessanalysator für die gleichzeitige Analyse der Analyten über einen breiten Konzentrationsbereich an (Abbildung 2). Methodenkombination sowie die Analyse von diversen Messpunkten können mit den Analyzer realisiert werden.
Die Säurekonzentration wird durch eine einfache Säure-Base-Titration gemessen, während die Zinkkonzentration durch eine komplexometrische Titration analysiert wird. Das Eisen wird durch Redoxtitration analysiert. Kobalt, welches eine weitere Verunreinigung darstellt, kann mit Photometrie gemessen werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit weitere Spurenverunreinigungen mittels Voltammetrie zu bestimmen (Tabelle 1).
Neben der chemischen Analyse ist die Probenvorbereitung ein entscheidender Faktor für den Erfolg der Online-Analyse. Abbildung 2 zeigt einen 2060 TI Process Analyzer mit einer maßgeschneiderten Probenvorbereitungslösung. Aufgrund der sauren Umgebung und der hohen Probentemperatur sind alle Teile aus Perfluoralkoxy (PFA) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) gefertigt (oder beschichtet).
Tabelle 1. Zu überwachende Parameter im Zinkraffinierungsprozess. Je nach Konzentrationsbereich werden unterschiedliche Messtechniken vorgeschlagen.
| Parameter | Konzentrationsbereich | Methode |
|---|---|---|
| Zn2+ | 0–2 mg/L | Photometrie |
| Zn2+ | 10–90 g/L | Titration |
| H2SO4 | 50–200 mg/L | Titration |
| Kobalt | 0,01–1,5 mg/L | Photometrie |
| Spurenmetalle | <0,05 mg/L | Voltammetrie |
Auch Verunreinigungen wie Nickel, Kobalt, Kupfer, Cadmium, Antimon und Germanium müssen aus Gründen der Qualitätskontrolle, der Prozesseffizienz, der Umweltverträglichkeit sowie der Bedienersicherheit überwacht werden. Darüber hinaus ist die Messung dieser Verunreinigungen von entscheidender Bedeutung für die Prozessoptimierung und die potenzielle Rückgewinnung wertvoller Ressourcen.
Die Verunreinigungen können mit einem speziellen voltammetrischen Prozessanalysator in den Reinigungsfiltraten und Reaktoren überwacht werden (Abbildung 1). Diese Einheit wird ebenfalls zur Umweltüberwachung auf Spurenmetalle im Abwasser der Zink-Produktionsanlage verwendet.
Die Zinkproduktion aus Zinkblende umfasst die Entfernung von Schwefel, die Rückgewinnung von Zinkoxid und die Reinigung der Lösung. Online-Analysensysteme wie der 2060 TI Process Analyzer spielen eine entscheidende Rolle bei der Überwachung verschiedener Parameter und der Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen Zinkproduktion. Sie unterstützen auch bei der Überwachung von Verunreinigungen zur Qualitätskontrolle und Prozessoptimierung und leisten einen wichtigen Beitrag zur Einhaltung von Umweltvorschriften.
- Produktion - Zinc.Org Indien. http://zinc.org.in/why_zinc/produktion/
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AN-PAN-1034 Analyse von Bayer-Aluminatlösungen mittels thermometrischer Titration
- Gewährleistung der Einhaltung behördlicher Vorschriften
- Sichereres Arbeitsumfeld für Mitarbeiter (z. B. keine Exposition des Bedieners gegenüber gefährlichen Umgebungen)
- Verbesserte Kontrolle der Chemikaliendosierung (H2SO4) des Zinkraffinierungsprozesses
- Überwachung mehrerer Parameter für höheren Informationsgewinn pro Messpunkt
