Regeneration of HCl from process solutions is an important unit operation in chloride hydrometallurgy. Currently, it is accomplished by the highly capital and energy intensive technology of pyrohydrolysis. The research described in this thesis, has focused on an alternative HCl regeneration system from iron(II, III) chloride solutions that has been coined "Hydrolytic Distillation". This system relates to the earlier developed (in the 1970s) PORI Process. Basically this system involves two steps: (1) the oxidation of ferrous chloride solution by oxygen sparging under reflux conditions (atmospheric pressure) at 150ºC; and (2) the hydrolytic decomposition under atmospheric pressure of ferric chloride solution by continuous controlled water addition at 180ºC. As a result of the latter step iron is recovered as hematite and chloride units as superazeotropic (8-9 M) hydrochloric acid in the vapor phase condensate. The study on oxidation determined that 2/3 of FeCl2 is converted to FeCl3 and 1/3 to Fe2O3 at a rate that is controlled by oxygen mass transfer. The hematite product from the oxidation step proved to be crystalline but nanostructured consisting of 1-2 μm porous aggregated particles possessing 12-28 m2/g specific surface area and to be essentially pure α-Fe2O3 (70% Fe, <0.1% Cl-). With reference to the hydrolytic precipitation/distillation step it was determined that at 180ºC, the temperature at which superazeotropic HCl (8-9 M) was consistently produced, the composition of the liquid phase is "FeCl32H2O". Controlled continuous addition of H2O (or feed solution) was found to be critical in maintaining pseudo-steady state and driving the reaction to ~95% conversion efficiency. The hematite consisted of coarse spherical compact aggregated particles (~40 μm) that exhibited excellent filtration and washing properties. Its %Fe content was 68.5% and it contained ~4% H2O and ~3% Cl- that could be re / Le recyclage d'acide chlorhydrique à partir de solutions industrielles chlorées constitue une étape importante des procédés hydrométallurgiques. A l'heure actuelle cette opération est effectuée par pyrohydrolyse, une technique très couteuse d'un point de vue économique ou énergétique. La recherche présentée dans ce manuscrit se concentre sur un système de recyclage d'acide chlorhydrique à partir de solutions de chlorure de fer (II, III), baptisé "Distillation Hydrolytique". Ce système est issu du procédé PORI, préalablement développé (dans les années 1970). Le système inclus principalement deux étapes : (1) l'oxidation d'une solution de chlorure de fer (II) (FeCl2) par barbotage d'oxygène et utilisation d'une colonne à reflux (sous pression atmosphérique), à une température de 150°C ; (2) la décomposition hydrolytique sous pression atmosphérique d'une solution de chlorure de fer (III) (FeCl3) à 180 °C par ajout d'eau contrôlé et continu. A la fin de cette dernière étape, le fer est récupéré sous forme d'hématite et les dérivés chlorés sous forme d'acide chlorhydrique super-azéotropique (8-9 M) dans le condensat provenant de la phase gazeuse. L'étude sur l'oxidation a permis de déterminer que 2/3 du FeCl2 était converti sous forme de FeCl3 et le reste sous forme d'hématite Fe2O3, la vitesse de réaction étant contrôlée par le transfert de masse de l'oxygène. L'hématite produite lors de l'étape d'oxidation s'est avérée de nature cristalline, nano-structurée, constituée d'agrégats de particules poreuses, d'une taille moyenne de 1-2 μm avec une aire de surface de 12-28 m2/g et de composition chimique α-Fe2O3 quasi pure (70% Fe, < 0.1% Cl-). Quant à l'étape de précipitation/distillation hydrolytique, il a été déterminé qu'à 180°C, température à laquelle l'acide chlorhydrique super-azéotropique était continuellement produit, la compo
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.66966 |
| Date | January 2009 |
| Creators | Hock, Sebastian |
| Contributors | George Demopoulos (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mining and Materials) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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