Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Выщелачивание цинка из обожженных концентратов

31.01.2020

Основной задачей выщелачивания является растворение окиси цинка из обожженного концентрата по реакции:

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O.


Вместе с этим при выщелачивании необходимо возможно полнее отделить цинк от пустой породы и примесей.

Все соединения цинка, присутствующие в обожженном концентрате, способны реагировать с серной кислотой и образовывать воднорастворимые сульфаты. Полнота выщелачивания цинка зависит только от скорости соответствующих реакций.

Примеси кремнезема, свинца и кальция при любой продолжительности выщелачивания практически в раствор не переходят: SiO2 с серной кислотой не реагируют и в воде не растворяются; соединения свинца, кальция и бария с серной кислотой дают практически нерастворимые сульфаты.

Примеси железа, меди, кадмия, мышьяка, сурьмы, кобальта и других металлов присутствуют в концентратах в виде соединений, способных взаимодействовать с серной кислотой с образованием воднорастворимых сульфатов либо других растворимых в воде соединений, например:

Fe2O3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3H2O;

FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O;

CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O;

Cu2O + H2SO4 = CuSO4 + Cu + H2O;

CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O;

FeO * As2O5 + H2SO4 + 2Н2О = FeSO4 + 2H3AsО4;

FeO * Sb2O5 + H2SO4 + 2Н2О = FeSO4 + 2H3SbО4;

CoO + H2SO4 = CoSO4 + H2O.


Возможно частичное отделение этих примесей от цинка при выщелачивании, так как скорость взаимодействия их соединений с серной кислотой медленнее, чем с окисью цинка. В частности, основная масса Fe2O3 не успевает прореагировать с серной кислотой за время выщелачивания.

Двухвалентное железо, медь, кадмий, мышьяк, сурьма и кобальт в значительной степени переходят в раствор. Присутствие этих примесей затрудняет последующий электролиз, поэтому получаемые растворы требуют очистки.

Очистка растворов от железа осуществляется одновременно с выщелачиванием. Она основана на окислении закисного железа двуокисью марганца и последующем гидролизе:

2FeSО4 + MnO2 + 2H2SО4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2Н2О;

Fe2(SO4)3 + 2Н2O = 2Fe(ОH)SО4 + H2SO4.


Первая реакция требует серной кислоты, поэтому железа нужно окислить в начале выщелачивания, пока кислота еще не израсходована на растворение цинка. Вторая реакция возможна только к концу выщелачивания, когда кислота уже израсходована и раствор почти нейтрален.

Одновременно с железом из раствора удаляются примеси мышьяка и сурьмы. Достаточно полного осаждения As и Sb совместно с железом можно достигнуть в том случае, если последнего в 10 раз больше по весу, чем мышьяка и в 20—40 раз больше, чем сурьмы. Для этого недостающее количество железа иногда вводят в раствор в виде FeSO4.

Для полного извлечения цинка нужен избыток серной кислоты, но для очистки от железа раствор к концу выщелачивания должен быть нейтральным. Поэтому выщелачивание проводят в две стадии. Сначала обожженный цинковый концентрат обрабатывают слабокислым раствором ZnSO4, содержащим около 100—120 г/л Zn и 1—5 г/л свободной серной кислоты; так как кислоты недостаточно для полного выщелачивания цинка, то только часть его перейдет в раствор, который будет нейтральным, а следовательно, и чистым от железа. Эту стадию выщелачивания называют нейтральной. Нерастворимый остаток нейтрального выщелачивания содержит еще много цинка, поэтому его подвергают второму — кислому выщелачиванию отработанным электролитом, содержащим около 100 г/л H2SO4. К концу выщелачивания концентрация серной кислоты в растворе уменьшается до 1—5 г/л и его применяют для нейтрального выщелачивания.
Скорость выщелачивания цинка зависит от концентрации серной кислоты; при кислом выщелачивании она больше, чем при нейтральном, поэтому основная масса цинка переходит в раствор при кислом выщелачивании. Кроме того, скорость выщелачивания зависит от температуры, крупности обожженного концентрата, интенсивности перемешивания и других причин.

При повышении температуры скорость выщелачивания возрастает вследствие увеличения скорости диффузии и скорости химических реакций между серной кислотой и твердыми соединениями цинка.

Крупность концентрата влияет на скорость выщелачивания прежде всего потому, что состав крупных и мелких частиц не одинаков. Крупные частицы представлены в основном спеком сульфидов, ферритов и силикатов, медленно реагирующим с серной кислотой. Кроме того, из крупных частиц цинк переходит в раствор медленнее, чем из мелких: в крупных частицах поверхность цинковых соединений может быть изолирована от раствора пустой породой, при измельчении она обнажается. При измельчении увеличивается поверхность твердого вещества, приходящаяся на единицу веса, а скорость растворения пропорциональна величине поверхности частиц. Поэтому крупные зерна (пески) перед выщелачиванием целесообразно измельчать.

Перемешивание пульпы, состоящей из твердых частиц и растворителя, ускоряет диффузию. Необходимо постоянно поддерживать твердые частицы во взвешенном состоянии, тогда поверхность каждой из них будет постоянно соприкасаться с растворителем.

Аппаратура для выщелачивания


Для выщелачивания применяют аппараты двух типов: пневматические и механические. В пневматических аппаратах пульпа перемешивается сжатым воздухом, в механических — вращающейся мешалкой.

Пневматическая мешалка (рис. 129) представляет собой высокий цилиндрический чан с коническим днищем. Чаны изготовляют из дерева или железа, внутреннюю поверхность железных чанов выкладывают кислотоупорным кирпичом или керамической плиткой для предохранения стен от разрушения серной кислотой. Диаметр чана 3—4 м, высота 6—8 м; емкость до 100 м3. По оси чана установлена на распорках деревянная труба, открытая с обоих концов. К нижнему концу ее подведен сжатый воздух под давлением около 2 ат. Пульпа подается сверху и, заполняя чан, непрерывно сливается на уровне несколько ниже верхнего среза центральной трубы. Воздух, проходя пузырями через пульпу, повышает уровень ее в трубе и заставляет непрерывно переливаться из трубы в чан. По той же причине пульпа засасывается в трубу снизу. Таким образом, пульпа непрерывно циркулирует в чане, чем и обеспечивается необходимое ее перемешивание. Днище чана коническое, для того чтобы оседающие твердые частицы собирались под нижним отверстием трубы, но так как интенсивность циркуляции здесь наибольшая, то частицы вновь переходят во взвешенное состояние. Недостатком пневматических мешалок является охлаждение растворов вдуваемым воздухом.
Выщелачивание цинка из обожженных концентратов

Механическая мешалка одной из конструкций показана на рис. 130. Чан сделан из железа и выложен кислотоупорным кирпичом. В центре помещена стальная гуммированная труба с отверстиями в стенках, внутри трубы вращается пропеллер со скоростью 40—100 об/мин. Он создает ток пульпы сверху вниз и засасывает ее в отверстия на стенках трубы; таким образом достигается циркуляция пульпы внутри чана. Перемешивание в механических мешалках более совершенное, чем в пневматических, содержимое чана можно подогревать паром, пропускаемым через свинцовые змеевики.

В практике металлургии цинка применяется периодическое и непрерывное выщелачивание. По первому способу, пульпу из обожженного концентрата и растворителя заливают в мешалку, перемешивают установленное время и выпускают. Недостаток этого способа в непроизводительной затрате времени на заполнение и опорожнение. При непрерывном выщелачивании пульпа последовательно проходит несколько мешалок. При периодическом выщелачивании выгодней механические, а при непрерывном — пневматические мешалки. Мы подробно рассмотрим только наиболее часто применяемый способ непрерывного выщелачивания.

Обожженный концентрат из обжиговых печей выгружают в желоб, по которому течет раствор, уносящий с собой пульпу концентрата.

Перед подачей пульпы в мешалки для нейтрального выщелачивания ее пропускают через медную сетку с прозорами около 3 мм, и затем через классификаторы для выделения крупных (Песковых) частиц. Комки с сетки измельчают и возвращают на обжиг, а пески направляют на кислое выщелачивание.

Раствор, применяемый для нейтрального выщелачивания, содержит 100—110 г/л Zn и 1—5 г/л H2SO4. На весовую часть концентрата в начале выщелачивания приходится 10—15 вес. частей раствора (ж:т=10—15).

Три-четыре пневматические мешалки соединяют последовательно, и пульпа непрерывно перетекает из одной мешалки в другую. Пульпу не подогревают; температура ее повышается до 40—60° за счет тепла огарка, экзотермических реакций и теплот растворения. Продолжительность протекания пульпы через мешалки нейтральной ветви — 2—4 часа.

Для окисления железа в головную мешалку загружают двуокись марганца в виде шлама, полученного при электролизе цинка. К концу нейтрального выщелачивания в хвостовых мешалках сульфат окиси железа гидролизует с образованием нерастворимых основных солей. Вместе с этим осадком из раствора удаляются соединения мышьяка и сурьмы.

Из хвостовой мешалки пульпа поступает в сгустители нейтральной ветви. Осветленный раствор из сгустителей представляет собой нейтральный раствор сернокислого цинка и поступает на очистку от примесей и затем на электролиз. Сгущенный продукт — это нерастворимый остаток нейтрального выщелачивания в виде густой пульпы, содержащей 15—20% твердого вещества и 80—85% по весу нейтрального раствора. Полное отделение раствора фильтрованием обошлось бы слишком дорого, поэтому ограничиваются только отделением основной массы его сгущением пульпы; сгущенный продукт поступает на кислое выщелачивание.

Пульпа для кислого выщелачивания составляется из сгущенного продукта сгустителей нейтральной ветви и отработанного электролита, который содержит 50—70% г/л Zn и 90—100 г/л H2SO4. Вначале в пульпе ж :т = 10, а к концу вещелачивания в результате перевода части цинка из твердой фазы в раствор повышается до 20. Температура пульпы вначале 40—50°, к концу кислого выщелачивания за счет экзотермических реакций между соединениями цинка и серной кислотой и теплот растворения она повышается до 50—60°.

Продолжительность кислого выщелачивания 3—4 часа.

Примерный состав растворов, получаемых в результате кислого выщелачивания, приведен ниже, г/л:

Раствор отделяют от нерастворимого остатка в сгустителях с последующим фильтрованием сгущенного продукта. Осветленный раствор направляется на нейтральное выщелачивание, а сгущенный продукт с отношением ж:т = 2,5—4 подается на фильтрование. Фильтровать всю пульпу не выгодно, так как фильтрация обходится во много раз дороже сгущения. В снимаемом с фильтров, кеке остается до 30% (по весу) раствора, содержащего цинк. Кек представляет собой отход производства, выводимый из процесса, поэтому его необходимо промыть водой, а промывные воды возвратить в цикл выщелачивания. При непосредственной промывке на фильтре требуется большое количество воды, поэтому выгоднее кек снять с фильтра и репульпировать водой, а полученную пульпу еще раз профильтровать.

Для фильтрования сгущенного продукта применяют рамные вакуум-фильтры периодического действия. Фильтр состоит из 20—30 рам, подвешенных параллельно друг другу на двутавровых балках (рис. 131). Остов каждой рамы сделан из медной трубки, согнутой в виде буквы «П», размеры его, например, 2,5х3,0 м. На поверхности медной трубки, обращенной внутрь рамы, имеются отверстия. Один конец трубки заглушен, а другой подключен к коллектору, соединяющему все рамы фильтра с вакуум-насосом. В раму закладывают рифленые деревянные планки, а снаружи ее обтягивают фильтровальной тканью. Мостовым краном комплект рам погружают в чан с пульпой. Под действием, вакуум-насоса раствор, просачиваясь через поры ткани, отводится через коллектор в рессивер, а на ткани откладывается слой кека толщиной 30—40 мм. Затем фильтр переносят краном в чан с водой, а в коллектор фильтра подают сжатый воздух, кек при этом сбрасывается в чан. Полученную пульпу вторично фильтруют на барабанных или дисковых вакуум-фильтрах.

Барабанные и дисковые фильтры, применяемые для вторичной фильтрации, были описаны ранее. Эти фильтры, работающие непрерывным способом, производительнее рамных. Для первого фильтрования барабанные и дисковые фильтры не применяются, потому что устройство их не приспособлено для хорошей промывки кека. Количество промывной воды, которое можно пропустить через кек на фильтре непрерывного действия, ограничено скоростью вращения фильтра.

Производительность сгущения и фильтрования в значительной степени зависит от состава перерабатываемого цинкового концентрата, условий его обжига и выщелачивания. При обжиге концентратов с повышенным содержанием SiO2 образуется значительное количество силикатов. Скорость образования их при обжиге зависит от содержания кремнезема в концентрате и возрастает с температурой обжига.

При кислом выщелачивании силикаты разрушаются с образованием коллоидальной кремневой кислоты:

MeO * SiO2 + H2SO4 = MeSO4 + SiO2 * nН2O.


Содержание коллоидальной кремневой кислоты в растворах может достигать 3—4 г/л и повышается с увеличением остаточной кислотности при кислом выщелачивании. Коллоидальная кремневая кислота повышает вязкость пульп и замедляет оседание твердых частиц при сгущении; осаждаясь на поверхности фильтровальной ткани, она забивает поры и уменьшает скорость фильтрования. Вредное влияние кремневой кислоты на сгущение и фильтрование можно несколько ослабить, если обжиг проводить при пониженных температурах, а кислое выщелачивание — при пониженной кислотности. Подогрев пульпы перед фильтрованием способствует коагуляции кремневой кислоты.

В кеке кислого выщелачивания, называемом цинковым, остается около 1/5 всего цинка; из концентрата в него переходят свинец, золото и серебро. Кроме того, в кеке остается около половины меди и кадмия, содержавшихся в исходном концентрате.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: