Металлургия цветных металлов

При обжиге для дистилляции образование сульфата нежелательно: он восстанавливается до сульфида и ос­ тается в раймовке или шлаке. Для гидрометаллургии присутствие в огарке небольших количеств сульфатов не­ обходимо: на выщелачивание их не затрачивается серная кислота, регенерируемая электролизом, поэтому потери ее в производстве восполняются. Образованию сульфатов способствуют высокие концентрации S02 и 0 2 в обжиго­ вых газах и сравнительно низкие температуры обжига. Этим в основном и отличаются условия обжига цинковых концентратов, перерабатываемых далее гидрометаллур­ гическим способом.

Окись цинка способна взаимодействовать с Fe20 3 по реакции

углеродом, при дистилляции он не опасен. Наряду с этим в разбавленной серной кислоте Zn(Fe02)2 растворяется медленно и теряется в нерастворимом остатке, поэтому для гидрометаллургии образование его нежелательно.

Изменение условий обжига мало влияет на выход фер­ ритов; лучше всего — более полное отделение минералов железа при обогащении.

Температура воспламенения ZnS зависит от природ­ ных особенностей минерала и его крупности; практически ее можно считать равной 550—600° С. Скорость горения возрастает с температурой, возможность повышения ко­ торой ограничена опасностью оплавления частиц.

CuO, PbO, ZnO, а также с CaO и MgO, образуя соот­ ветствующие соли — сульфаты, арсенаты, антимонаты, ферриты и силикаты. Возможные здесь многочисленные

реакции обычно не завершаются из-за стехиометриче­ ского несоответствия между реагирующими веществами, нарушения контакта между ними или малых скоростей взаимодействия. Наиболее существенными побочными реакциями обжига нужно считать образование ферри­ тов цинка, силикатов свинца и цинка. Последние, взаи­ модействуя с серной кислотой при выщелачивании, вы­ деляют коллоидную кремневую кислоту, затрудняющую фильтрование и отстаивание пульп.

Еще в 50-х годах нашего столетия цинковые концен­ траты почти повсеместно обжигали в многоподовых ме­ ханических печах; теперь так работают только немногие заводы. В СССР все цинковые концентраты обжигают в печах кипящего слоя.

Печи для обжига в кипящем слое бывают круглые Или прямоугольные; на рис. 74 показана круглая печь. Стены и свод ее выкладывают из огнеупорного кирпича, и под делают из жароупорного бетона. Для подачи воз­ духа и равномерного распределения его по поду служат сопла.

Концентрат подают с одной стороны печи, и он, об­ разуя кипящий слой, непрерывно «сливается» с другой стороны в разгрузочный желоб; время пребывания

женного. Девять десятых пыли оседает в циклонах, а ос­ тальная— в следующих за ними электрофильтрах. Пыль Хорошо обожжена и содержит больше сульфатов, чем огарок: температура в пылеуловителях и газоходах ни­ же, чем в печи. Изменяя подачу пыли на выщелачивание, легко регулировать баланс серной кислоты.

Тепла, выделяемого при обжиге горящими сульфида­ ми, вполне достаточно для получения в кипящем слое Температуры от 900 до 950° С. Избыток тепла отводят

водяными холодильниками. Автоматическое регулиро­ вание позволяет поддерживать температуру в пределах

± 10 град.

При обжиге для последующей дистилляции темпера­ тура достигает 1100° С. Обжиг здесь обычно проводят в две стадии, заканчивая его на спекательных машинах получением бессернистого агломерата.

Концентраты, поступающие на обжиг в кипящем слое, могут иметь высокую влажность и даже подавать­ ся в печь в виде пульпы.

Важное преимущество «кипящего» обжига для гид­ рометаллургии цинка— в несколько меньшем образо­ вании ферритов и силикатов: возможность контакта между твердыми окислами цинка, кремния и железа здесь существенно меньшая, чем в многоподовых печах.

При равных габаритах печи кипящего слоя более чем в три раза производительнее многоподовых; печь диа­ метром 6,5 м обжигает 150 тконцентрата в сутки. Удель­ ная производительность, измеряемая отношением суточ­ ной производительности к площади кипящего слоя, до­ стигает 5 т!м2 в сутки.

Благодаря быстрому сгоранию сульфидов в кипя­ щем слое обжиг можно проводить с малыми избытками воздуха и получать высокие концентрации SO2 в газах (8—10%) вместо 4—7% в многоподовых печах. Еще бо­ лее богатые газы получают при повышении производи­ тельности обжига, применяя воздух, обогащенный ки­ слородом. Это ггока еще ограничено некоторыми труд­ ностями.

При горении в чистом кислороде и теоретическом его расходе

1

.1 0 0 = 15,5% .

1 + 5 , 6 4

При избытке воздуха (а = 1,5) в обжиговых газах будет допол­ нительно:

с каждым молем кислорода подается 65:35=1,86 моля N2. В обжи­ говых газах будет S 0 2:

1

26,40/

1+ 1,5-1,86

§39. Выщелачивание обожженных концентратов

Все соединения цинка, присутствующие в обожжен­ ном концентрате, способны реагировать с серной кисло­ той и давать водорастворимый сульфат цинка. Нера­ створим только не окисленный обжигом сульфид ZnS.

Соединения железа, меди, кадмия, мышьяка, сурьмы и кобальта взаимодействуют с серной кислотой с обра­ зованием водорастворимых сульфатов либо других ра­ створимых в воде соединений, например:

FeO + H2S04— ^FeS04+ Н20,

CuO + H2S04-^ CuS04 + H20,

Cu20 + H2S04—>- CuS04 -f- Cu ■+ H20,

CdO + H2S04-> CdS04 + H20,

CoO + FI2S04-^ CoS04 + H20.

Как уже было сказано, силикаты свинца и цинка разлагаются серной кислотой с образованием коллоид­ ной кремневой кислоты, затрудняющей впоследствии сгу­ щение и фильтрование растворов, например

ZnSi03 -f- H2S04—>- ZnS04 -f- H2Si03.

Почти полное выщелачивание окиси цинка и наряду с этим сравнительно малое растворение примесей обус­ ловлены различием скоростей реакций окислов с сер­

ной кислотой. Особенно медленно растворяются феррит цинка Zn(Fe02)2 и окись железа Fe20 3> поэтому ионов Fe^+ в растворах мало.

Окислы двухвалентного железа, меди, кадмия, мышь­ яка, сурьмы и кобальта почти полностью Переходят в раствор. Присутствие этих примесей затрудняет по­ следующий электролиз, поэтому получаемые растворы необходимо очищать.

Очистка растворов от железа взоможна одновремен­ но с выщелачиванием. Ионы Fe2+ окисляют двуокисью марганца. В результате окисления и последующего гид­ ролиза в осадок выпадает основной сульфат железа:

2FeS04 + Мп02+ 2H2S04—*Fe2 (S04)з+ + MnS04 + 2H20.

железо нужно окислять в начале выщелачивания. Вто­ рая возможна только к концу выщелачивания, когда ки­ слота уже израсходована и раствор почти нейтрален.

Одновременно с железом из раствора удаляются при­ меси мышьяка, сурьмы и частично кремневая кислота. Достаточно полного осаждения мышьяка и сурьмы вместе с железом можно достигнуть, если последнего в 10—20 раз больше по массе, чем мышьяка, и в 20— 40 раз больше, чем сурьмы. Для этого недостающее ко­ личество железа иногда вводят в раствор.

Для полного извлечения цинка нужен избыток сер­ ной кислоты, но для очистки от железа раствор к концу выщелачивания должен быть нейтральным. Поэтому выщелачивание проводят в две стадии. Сначала обож­ женный цинковый концентрат обрабатывают ранее по­ лученным слабокислым раствором ZnS04, содержащим около 100—130 г/л цинка и 1—5 г/л свободной серной кислоты. Такой кислотности недостаточно для полного выщелачивания всего цинка, и только часть его перехо­ дит в раствор, который становится нейтральным, а сле­ довательно, и очищенным от железа. После нейтраль­ ного выщелачивания в нерастворимом остатке еще много цинка, поэтому его выщелачивают вторично от­

Рис. 76, Пневматическая мешалка:

/ — чан с коническим днищем; 2 — центральная труба; 3 — шту-

иульпы1- Г ^ " СЖаТ0Г0 воздуха; труба для полного выпуска пульпы, 5 — отверстие для желоба, отводящего пульпу в после­

довательно работающую мешалку

Ды и повышения концентрации щелочи. Выпарные аппа­ раты (рис. 93) соединяют в последовательную четырех­ корпусную систему, работающую под разрежением. Рас­ твор движется навстречу пару. Первый аппарат обогре­ вается свежим паром, а последующие — соковым паром. При охлаждении выпаренного раствора выпадают кри­ сталлы соды, накопившейся от взаимодействия щелочи с углекислотой воздуха и с карбонатами, входившими в состав боксита.

Кристаллы ЫагСОз • НгО отфильтровывают и превра­ щают в NaOH нагреванием в мешалках с известковым молоком:

Na2COs+Ca(QH)a—►2Na0H + |C aC 03.

Осадок карбоната кальция отфильтровывают и от­ брасывают, а раствор упаривают, фильтруют и направ­ ляют на приготовление сырой пульпы.

Кальцинация гидроокиси алюминия

Кальцинация необходима для удаления воды из мо­ лекулы А1(ОН)3 и получения глинозема по реакции

1200° С

2А1(ОН)3------->А120 3 + ЗН20.

Трубчатая вращающаяся печь для кальцинации (рис. 94) представляет собой стальную трубу диаметром 4,5 м и длиной до 110 ж, выложенную внутри шамотным кир­ пичом. Труба установлена на роликах с уклоном около 3 град, к горизонту и вращается от привода со скоростью

устроенный также в виде наклонной вращающейся тру­ бы, орошаемой снаружи водой для охлаждения.

Выходящие из печи дымовые газы уносят в виде пыли до 50—60% глинозема от загружаемого в печь, поэтому пыль улавливают пылеуловителями.