Hydrothermal crystallization of jarosite and natrojarosite from acid leaching solution of zinc oxide dust

ABSTRACT

The separation of Zn and Fe, K, and Na ions remains a challenge in the recovery process of Zn-containing secondary resources. A hydrothermal process without adding neutralizer was developed to remove Fe, K, and Na ions from the leaching solution of zinc oxide dust. Results showed that Fe and K ions were synchronously eliminated, yielding low-contaminant jarosite products with excellent crystallinity and rosette-like morphology under the following conditions: gas pressure = 1.6 × 10⁶ Pa, agitation speed = 600 rpm, reaction time = 3 h, and temperature ranges at 368.15 K−423.15 K. The removal efficiency of Fe and K ions reached 99.8% and 97.7%, respectively. The obtained low-contaminant jarosite contained Fe 31.09%−31.98%, Zn 1.05%−1.24%, S 12.33%−12.71%, K 6.12%−6.46%, and Na 0.44%−0.87%. Additionally, the Na ions in the leaching solution precipitated can also along with Fe ions, forming low-contaminant natrojarosite products containing Fe 31.36%−35.66%, Zn 1.60%−1.88%, S 10.66%−12.56%, Na 2.85%−3.26% and K 0.74%−0.85%. The optimal hydrothermal temperature for the removal of Fe, K, and Na ions while minimising energy consumption was determined to be 393.15 K. The low-contaminant jarosite and natrojarosite products possess potential applications in the field of yellow pigments, building materials, iron and arsenic removal, adsorption materials, catalytic materials, etc.

La récupération des ressources secondaires contenant du Zn a attiré un intérêt important, mais la séparation des ions Zn et Fe, K et Na demeure encore un défi dans le procédé de purification de la solution de lixiviation du zinc. Dans cette étude, on a développé un procédé hydrothermal dans un autoclave sans l’ajout d’un neutralisant, pour éliminer les ions Fe, K et Na de la solution de lixiviation de poussière d’oxyde de zinc. Les résultats ont montré que les ions Fe et K étaient éliminés de manière synchrone, donnant des produits de jarosite à faible teneur en contaminants avec une excellente cristallinité et une morphologie en forme de rosette dans les conditions suivantes: pression du gaz = 1.6 × 10⁶ Pa, vitesse d’agitation = 600 tr/min, temps de réaction = 3 h et plages de température de 368.15 K à 423.15 K. L’efficacité d’élimination des ions Fe et K a atteint respectivement 99.8% et 97.7%. La jarosite obtenue à faible teneur en contaminants contenait 31.09% à 31.98% de Fe, 1.05% à 1.24% de Zn, 12.33% à 12.71% de S, 6.12% à 6.46% de K et 0.44% à 0.87% de Na. De plus, les ions Na présents dans la solution de lixiviation peuvent également précipiter avec les ions Fe, formant des produits de natrojarosite à faible teneur en contaminants contenant 31.36% à 35.66% de Fe, 1.60% à 1.88% de Zn, 10.66% à 12.56% de S, 2.85% à 3.26% de Na et 0.74% à 0.85% de K. On a déterminé que la température hydrothermale optimale pour l’élimination des ions Fe, K et Na tout en minimisant la consommation d’énergie était de 393.15 K. Les produits de jarosite et de natrojarosite à faible teneur en contaminants possèdent des applications potentielles dans le domaine des pigments jaunes, des matériaux de construction, de l’élimination du fer et de l’arsenic, des matériaux d’absorption, des matériaux catalytiques et plus encore. Par conséquent, la précipitation hydrothermale présente un procédé prometteur, et la jarosite et la natrojarosite servent d’épurateurs efficaces des ions Fe, K et Na dans la solution de lixiviation de zinc des ressources secondaires contenant du Zn.

KEYWORDS:

• Zinc recovery
• jarosite
• natrojarosite
• crystallization
• hydrometallurgy

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Additional information

Funding

The correct information is as follows: This research was financially supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 51964029, 52164039), Applied Basic Research Key Project of Yunnan Province (Grant Nos. 202001AT070079, 202101AT070091), and Yunnan Major Scientific and Technological Projects (Grant Nos. 202302AG050008) for which the authors are sincerely grateful, and we gratefully acknowledge many helpful comments and suggestions from anonymous reviews.