Rikin vaahdotuksen kapasiteetin selvittäminen

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin sinkkitehdas Boliden Kokkola Oy:lle Kokkolassa. Tehtaan puhdistamo-osastolla sinkkirikaste liuotetaan suurissa suoraliuotusreaktoreissa. Reaktoreissa rikasteen metallisulfidit liuetessaan sulfaateiksi happopitoiseen liuokseen synnyttävät elementtirikkiä. Liuotuksen loppuvaiheessa kolmiarvoinen rauta saostuu jarosiittina. Elementtirikki ja jarosiitti ovat prosessijätteitä, joita ei voida varastoida yhdessä jarosiitin hajoamisvaaran vuoksi. Nämä kaksi jätejaetta erotetaan liuotuksen jälkeen vaahdottamalla siten, että elementtirikki poistuu vaahdotuksesta rikastevaahtona ja jarosiitti vaahdotusjätteenä. Erityisen tärkeää on elementtirikin määrän minimoiminen jarosiitissa. Työn tarkoituksena oli selvittää nykyisen vaahdotuslaitteiston kapasiteetin riittävyys elementtirikin ja jarosiitin erotuksessa.

Selvitystä varten vaahdotusprosessiin tehtiin koeajoja. Työssä päädyttiin tutkimaan vaahdotuslinjan 1 ensimmäistä esivaahdotuskennoa VK1. Koeajojen ensisijainen tavoite oli selvittää syötevirtaaman vaikutus vaahdotuksen kapasiteettiin. Koeajosarjan suunnittelu tehtiin osittain Modde-koesuunnitteluohjelmistolla, jolla myös käsiteltiin ja tulkittiin tuloksia. Syötevirtaaman lisäksi toiseksi muuttujaksi valittiin lietepinnan korkeus kennossa VK1. Koeajot suoritettiin kolmen päivän aikana maaliskuun 2008 lopussa.

Näytteenotoilla varmistettiin tehtyjen muutoksien vaikutus. Näytteitä otettiin VK1:n syötteestä, rikasteesta ja jätteestä. Näytteet analysoitiin ja analyyseistä laskettiin elementtirikki- ja jarosiitipitoisuudet tiettyjä laskentaolettamuksia apuna käyttäen. Koeajojen tuloksia tulkittiin tämän jälkeen elementtirikin ja jarosiitin pitoisuuksia analysoimalla.

Syötevirtaamaa vaihdeltiin välillä 190–250 m3/h ja lietepinnan korkeutta välillä 71–81 %. Tuloksien perusteella syötevirtaamalla ei tutkitulla alueella ole selvää vaikutusta rikasteen ja jätteen elementtirikki- ja jarosiittipitoisuuksiin. Elementtirikkipitoisuus jätteessä vaihteli 1–23 %, mutta pysyi rikasteessa 70 %:n tuntumassa kokeiden aikana. Jarosiittipitoisuus oli pysyvästi rikasteessa 5–10 %, mutta jälleen jätteessä vaihtelua oli enemmän.

Tutkimuksen mukaan nykyisellä vaahdotuslaitteistolla ei tuoteta jarosiittia, jossa elementtirikin pitoisuus pysyisi hyvin pienenä koko ajan. Pitoisuus näyttäisi vaihtelevan enemmänkin syötekoostumuksen kuin virtausnopeuden mukaan. Nykyinen vaahdotuslaitteisto vaatisi jatkokseen jätteen ripevaahdotuksen, koska sen kapasiteetti ei ole riittävä.

The thesis was done for Boliden Kokkola Oy. The factory produces metal zinc from a zinc concentrate. The zinc concentrate is leached in big and high reactors. While zinc sulfide of the concentrate leaches in the solution elemental sulphur and jarosite are produced as a byproduct. These two minerals are process waste but they can not be storaged together because of the possibility of jarosite to resolve. After the leaching process the solution is going through flotation machines. Sulphur forms foam in the machines and is then separated from jarosite. Jarosite stays in the solution and is flotation waste. The aim of this research was to investigate how effectively the current flotation equipment separates these two minerals from each other.

The flotation equipment consists of two lines. For the research some tests were done in line 1 and especially in the first flotation cell on that line. The primary aim of the tests was to change the amount of feed, but another factor in tests was the sludge level in the cell. Modde 5.0 modelling and design software was used in the experiments in design and also in the analyses of the responses, elemental sulphur- and jarosite contents in the foam and in the waste. The most important response was the elemental sulphur content of the waste. The tests were run during three days at the end of March 2008.

After each test samples were taken from the feed, foam and waste in cell 1. Then the samples were analyzed by the factory laboratory. Because the analyses did not include direct elemental sulphur- and jarosite contents, they were calculated by using some composition hypotheses. The test results were studied after that by using the elemental sulphur and jarosite contents.

Even though the amount of feed was changed between 190–250 m3/h the results showed that it had not any clear influence on the mineral contents after flotation. It seems that the influence on waste contents is bigger than on foam contents. The elemental sulphur content in waste varied 1–23 % and in foam 65–75 % during the experiments. The jarosite content in waste varied also more than in foam. The sludge level in the cell seems to influence more and logically on the mineral contents.

According to the research the current flotation equipment does not separate sulphur and jarosite effectively enough. Varying the amount of feed does not give a chance to produce clean jarosite. One solution is to invest in a scavenger cell.