Схемы и способы выщелачивания

Все схемы выщелачивания различаются способом выщелачивания (периодический или непрерывный) и количеством стадий (1,2 или 3).

Непрерывный метод более эффективен. При использовании этого метода пульпа проходит серию последовательно установленных реакторов с перемешиванием. Подача огарка и кислоты происходит непрерывно.

Периодический метод включает несколько стадий:

1. заливка кислоты;

2. загрузка сырья;

3. перемешивание;

4. выгрузка.

Этот метод более пригоден для переработки низкосортного и сложного по составу сырья, так как обеспечивает более жесткий контроль за ходом процесса.

Двухстадийная схема применяется наиболее часто:

1-я стадия: нейтральное выщелачивание;

2-я стадия: кислое выщелачивание.

1-я стадия

На первой стадии огарок перемешивают с оборотным раствором после второй (кислой) стадии выщелачивания и процесс заканчивают при определенном значении рН (4,8-5,4). Цель этой стадии – получение раствора пригодного для очистки от меди, кадмия, никеля. Состав раствора в конце первой стадии: цинк – 135 г/л; медь – 1800 мг/л; железо – 40-50 мг/л; мышьяк – 0,2-0,5 мг/л; сурьма – 0,1-0,5 мг/л; содержание взвешенных веществ – 0,8-2,0 г/л. Этот раствор должен хорошо осветляться. Во время первой стадии в раствор переходит 30-40% цинка.

2-я стадия

На второй стадии к нейтральной пульпе добавляют кислоту и проводят довыщелачивание цинка. Цель – обеспечить возможно более полное извлечение цинка и не допустить переход в раствор вредных примесей.

Выщелачивание проводят в нескольких реакторах (4-5) с перемешиванием. При этом концентрация кислоты падает с 2-5 г/л до 0,05-0,5 г/л. После выщелачивания пульпу сгущают. В результате образуются 2 продукта:

1. Кислый слив. Состав: железо 1,2-2,5 г/л; медь – 1,5-3,0 г/л; мышьяк – 40-60 мг/л; сурьма – 10-12 мг/л; взвешенные вещества – 30-80 г/л.

2. Пульпа. Имеет влажность 50-60%. Ее подвергают промывке для уменьшения потерь цинка. Осветленные промывные воды направляют на нейтральное выщелачивание.

Лекция 11 Очистка растворов сульфата цинка от примесей

Все примеси можно разделить на 4 группы:

1. Железо, алюминий, мышьяк, сурьма, германий, индий, галлий, кремнезем.

2. медь, кадмий, кобальт, никель, таллий.

3. Хлор и фтор.

4. Калий, натрий, магний, марганец.

Такое деление обусловлено применением одинаковых способов очистки для соединений одной группы.

Удаление соединений 1 группы

Для удаления примесей этой группы используется гидролитическая очистка, которая основана на гидролизе этих металлов, в результате которого образуются нерастворимые гидроокиси и основные соли. Удаляются только те примеси, которые выпадают в осадок до рН 3,5-5,6, то есть удаляются железо (Ш), алюминий, медь, мышьяк, сурьма, германий, индий, галлий, теллур. Двухвалентное железо практически не удаляется, поэтому проводят окисление железа (П) до железа (Ш) с помощью перманганата калия, кислорода или соединений меди. Соединения меди (П) гидролизуются хуже, чем соединения меди (I), поэтому присутствие некоторого количества двухвалентного железа улучшает перевод меди в осадок. Также в процессе увеличения рН происходит коагуляция кремниевой кислоты.

Удаление соединений второй группы

Удаление соединений второй группы проводится методом цементации. Цементация основана на замещении в растворе одних металлов другими. Способность к замещению зависит от положения в ряду активности. Металлы, присутствующие в растворе имеют следующие окислительно-восстановительные потенциалы:

Zn -0,762 Cd -0,4 Fe -0,43 Tl -0,336

In -0,33 Co -0,29 Ni -0,22 Cr -0,13

Sn -0,1 Sb +0,25 As +0,3 Cu +0,34

Таким образом, цинк вытесняет все остальные металлы, так как он является наиболее активным. В качестве цементирующего агента используется цинковая пыль. Идет следующая реакция:

Zn⁰ + Me²⁺ = Zn²⁺ + Me⁰

Легче всего цементируется медь. На 1 м³ раствора расходуется 3-4 кг цинковой пыли. Ее берут примерно в 2 раза больше теоретически необходимого количества. Процесс ведут при температуре 80-90^оС в течение нескольких часов при перемешивании. Поступление кислорода ухудшает эффективность очистки.

Удаление соединений третьей группы

Удаление соединений третьей группы проводится химическим методом. Хлорид-ионы содержатся в воде и концентрате цинка. Высокое содержание ионов хлора приводит к разрушению анодов в процессе электролиза. Поэтому содержание ионов хлора не должно превышать 150 мг/л. Очистка от ионов хлора проводится несколькими методами:

С помощью соединений серебра.

К раствору добавляют раствор сульфата серебра. Идет следующая реакция:

2Cl^- + Ag₂SO₄ = 2AgCl↓ + SO₄^2-

Cодержание ионов хлора при этом снижается до 1 мг/л. Таким образом, очистке можно подвергать не весь раствор. Серебро затем регенерируют, однако его потери составляют 60-90 г серебра на 1 кг ионов хлора. Это довольно дорого.

С помощью соединений меди

Очистка осуществляется с помощью медного кека. При этом идет следующая реакция:

Cu²⁺ + 2Cl^- + Cu = Cu₂Cl₂↓

Соединения фтора ухудшают процесс электролиза. Однако эффективных методов очистки от соединений фтора нет. Поэтому необходимо в процессе подготовки к электролизу уделять этому внимание.

От соединений четвертой группы очистку не проводят.