Металлургия цинка - выщелачивание цинкового огарка (стр. 2 из 3)
Оксид кремния в свободном состоянии не растворяется, а связанный в, силикатную форму с оксидами металлов растворяется даже в разбавленных растворах серной кислоты
Переходящий в раствор оксид кремния проходит стадию коллоидных растворов.
Редкие металлы в основном или не растворяются (ванадий), или растворенные (германий, таллий, индий частично) выпадают из раствора при нейтральном выщелачивании в виде гидратов металлов. Переходящий в раствор таллий осаждается вместе с медью и кадмием цинковой пылью.
2. Описание работы сгустителя
Пульпу, полученную при выщелачивании обожженного цинкового концентрата (нейтральную и кислую), разделяют на твердую и жидкую фазы. Для разделения фаз применяют классификацию, отстаивание (сгущение) и фильтрацию.
Сгущение является промежуточным процессом при отделении жидкого от твердого перед фильтрацией. Отстаиванию подвергают пульпы, в которых жидкая фаза составляет значительную долю всей массы, когда твердые частицы легко оседают.
Рис 2 – Сгуститель: 1-железобетонный чан с футеровкой, гидроизоляцией и кислотоупорной керамикой; 2-укрытие; 3-привод; 4-приёмник пульпы; 5-перегребающий механизм; 6-сливной желоб; 7-узел выпуска сгущенного продукта
Сгуститель (рис.2) представляет собой чан диаметром 10-18 м и высотой 4-5 м с подвешенным на ферме перегребающим устройством. Чан изготавливают из железобетона или листовой стали и футеруют кислотоупорным кирпичом по рубероиду или полиизобутилену. Днище сгустителя выполняют с небольшим уклоном (8-15°), что помогает оседающему твердому материалу передвигаться к центральному разгрузочному отверстию. Этому же способствует перегребающий механизм, состоящий из привода и вертикального вала с прикрепленной к нему крестовиной с гребками. Перегребающий механизм выполняют из кислотостойкой стали, либо гуммируют. Пульпу, содержащую 50-100 г/дм3 твердого, подают в приемник с решеткой для улавливания из пульпы случайных предметов (тряпок, щепок и др.). В сгустителе твердые частицы пульпы оседают на дно, собираются перегребающим механизмом к центру аппарата и выгружаются, а жидкая фаза пульпы вытесняется вновь поступающей более тяжелой пульпой вверх и переливается в кольцевой желоб. Для интенсификации процесса отстаивания в пульпу добавляют полиакриламид (ПАА), способствующий агрегации мелких частиц в более крупные и тяжелые флокулы. Слив сгустителя, почти не содержащий твердого, направляют на очистку, а сгущенную пульпу с отношением Ж:Т=2:3 подвергают фильтрации. Производительность сгустителя нейтрального цикла составляет 2,5-4,0 м3 осветленного раствора на 1 м2 в сутки, кислого цикла 6-7 м3 на 1 м2 В сутки. В сгущенной пульпе содержится твердого от 20 до 50%, в нейтральном сливе 1-2 г/дм3, в кислом 30-50 г/дм3.
3. Расчет процесса выщелачивания цинкового огарка
На выщелачивание поступает обожженный материал следующего состава, %: цинка 58,8 (в т.ч. сульфидного 1,1; сульфатного 4,5; оксидного 53,2); свинца 2,0; меди 0,5; кадмия 0,1; железа 6,7; серы общей 3,4 ( в т.ч. сульфидной 0,5; сульфатной 2,9); оксида кальция 1,2; оксида кремния 1,6; оксида магния 0,5; прочих 25,2.
Расчет состава и выхода остатков от выщелачивания
Расчет ведем на 100 кг огарка.
Растворимость отдельных составных частей огарка должна определяться путем предварительного проведения опытов.
За неимением таких данных на основании практики работы заводов принимаем:
а) из всего количества железа переходит в раствор и в дальнейшем осаждается в виде Fe(OH), 10%. Остальное количество железа остается в виде нерастворившихся ферритов. Тогда в раствор переходит 6,7 ∙ 0,1 = 0,67 кг железа. Остается нерастворимым 6,7 – 0,76 = 6,03 кг железа;
б) медь переходит в раствор на 50%: 0,5 ∙ 0,5 = 0,25 кг;
в) кадмий растворяется почти полностью;
г) окись магния растворяется полностью;
д) свинец, присутствующий в огарке в виде сульфата, остается без изменения, а находящийся в виде оксида также перейдет в сульфатное соединение. Следовательно, все 2,0 кг свинца будут присутствовать в остатках от выщелачивания в виде PbSO4;
е) цинк, присутствующий в огарке в виде сульфида, в количестве 1,1 кг остается нерастворимым. Не растворяется также ферритный цинк, количество его в виде ZnO ∙ Fe2O3 находим из пропорции:
65,37 кг 111,7 кг
х 6,03 кг
х = 3,53 кг.
Всего нерастворимого цинка 1,1 + 3,53, = 4,63 кг, что составляет в процентах от общего содержания цинка в огарке
Растворимого цинка 58,8 – 4,63 = 54,17 кг или 92,13 %.
Полученные данные сводим в таблицу 1.
Таблица 1
Состав и выход остатков от выщелачивания, %
| Химическое соединение | Элементы | ||||||||||
| Zn | S | O2 | H2 | Fe | Cu | Pb | CaO | SiO2 | Прочие | Всего | |
| ZnS | 1,1 | 0,54 | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,64 |
| ZnO | 3,53 | - | 0,86 | - | - | - | - | - | - | - | 4,39 |
| Fe2O3 | - | - | 2,59 | - | 6,03 | - | - | - | - | - | 8,62 |
| Fe(OH)3 | - | - | 0,58 | 0,04 | 0,67 | - | - | - | - | - | 1,29 |
| CuO | - | - | 0,06 | - | - | 0,25 | - | - | - | - | 0,31 |
| PbSO4 | - | 0,31 | 0,62 | - | - | - | 2,0 | - | - | - | 2,93 |
| CaSO4 | - | 0,69 | 1,37 | - | - | - | - | 1,2 | - | - | 3,26 |
| Прочие | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,18 | 0,18 |
| кг | 4,63 | 1,54 | 6,08 | 0,04 | 6,7 | 0,25 | 2,0 | 1,2 | 1,6 | 0,18 | 24,22 |
| % | 19,12 | 6,36 | 25,10 | 0,17 | 27,66 | 1,03 | 8,26 | 4,95 | 6,61 | 0,74 | 100 |
Таким образом, в результате выщелачивания 100 кг огарка получается 24,22 кг нерастворимого остатка, который кроме того, захватывает раствор, содержащий цинк. Примем, что в результате отмывки количество сульфатного цинка в остатках снижается до 2 % от веса влажного осадка, а влажность его равна 35%.
Обозначим вес влаги, смачивающей остаток, через х, вес сульфатного цинка а, вес воды в. Тогда:
x = a + в.
Учитывая процентное содержание сульфатного цинка в кеках, составляем пропорцию
Аналогично записываем пропорциональную зависимость между количеством и весом влажного кека
Решая систему из трех полученных уравнений, находим
а = 0,77 кг, в = 13,45 кг, х = 14,22 кг
Следовательно, всего остатков от выщелачивания будет:
| сухого кека | 26,11 кг или | 63 % |
| воды | 14,51 кг или | 35 % |
| сульфатного цинка | 0,83 кг или | 2 % |
| Всего | 41,45 кг или | 100% |
В том числе сухого кека
24,22 + 0,77 = 24,99 кг.
Состав сухого кека приведен в таблице 2.
Таблица 2
Выход и состав сухого кека
| Составляющие кека | Zn | S | O2 | H2 | Fe | Cu | Pb | CaO | SiO2 | Прочие | Всего |
| Сухой материал | 4,63 | 1,54 | 6,08 | 0,04 | 6,7 | 0,25 | 2,0 | 1,2 | 1,6 | 0,18 | 24,22 |
| ZnSO4 | 0,31 | 0,15 | 0,31 | - | - | - | - | - | - | - | 0,77 |
| Всего | |||||||||||
| кг | 4,94 | 1,69 | 6,39 | 0,04 | 6,7 | 0,25 | 2,0 | 1,2 | 1,6 | 0,18 | 24,99 |
| % | 19,77 | 6,77 | 25,57 | 0,16 | 26,81 | 1,00 | 8,00 | 4,80 | 6,40 | 0,72 | 100 |
Сульфатная сера слагается из серы сульфатного цинка, свинца и кальция в количестве
| ZnSO4 | 0,16 кг |
| PbSO4 | 0,31 кг |
| CaSO4 | 0,69 кг |
| Всего | 1,16 кг, что составляет 4,31 %. |
Для компенсации потерь серной кислоты в процессах выщелачивания и электролиза в обожженном концентрате оставляют некоторое количество сульфатной серы. В данном расчете принято 3 %
, то при расходе ее 1,15кг с кеками добавлять серную кислоту не потребуется.Определение выхода цинка в чушковый металл
Исходное содержание цинка в обожженном материале составляет 58,8 кг, с остатками от выщелачивания теряется 4,94 цинка. Остаток от выщелачивания перерабатывают, дополнительное извлечение цинка в раствор составляет примерно 80 %, т.е. окончательные потери будут 4,94 ∙ 0,2 =0,99
Следовательно, извлечение в процессе выщелачивания с учетом переработки остатков от выщелачивания составит
,т.е потери составляют 1,68 %.Прочие потери цинка в производстве укладываются в следующие пределы, %;
при переплавке катодов 1,0
при очистке растворов от примесей 0,70
в выщелачиваемом цехе 0,50
в электролизном цехе 0,50
Всего 2,70
Таким образом, суммарные потери цинка составляют 1,68 + 2,7 = 4,38%
и выход цинка в чушковый металл 100 - 4, 55 = 95,62%.
Определение суточного количества потерь и материалов
Допустим, что производительность проектируемого завода составляет
100 000 т чушкового металла в год. Приняв число рабочих дней в году равным 365, получим суточную производительность по чушковому металлу
100 000: 365 = 274 т.
Примем, что из катодного цинка 4% будет израсходовано для производства цинковой пыли и 2,5% перейдет в дросс. Дросс возвращается в процесс выщелачивания, где цинк полностью извлекается (на безвозвратные потери ранее принято было 1%). Цинковую пыль (4%), расходуемую на очистку растворов от меди и калия, лишь частично растворяют, а остальную ее часть выводят из процесса с медно-кадмиевым кеком. Для упрощения расчетов примем, что цинк из цинковой пыли вовсе не извлекают.