Вельцевание цинковых кеков – курсовая работа

1.2.2 Переработка цинковых кеков

На отдельных стадиях технологического процесса переработки цинковых концентратов образуются промежуточные продукты, требующие специальной переработки в самостоятельных циклах. К промежуточным продуктам гидрометаллургического производства цинка относятся цинксодержащие кеки от выщелачивания обожженных цинковых концентратов, а к промежуточным продуктам пирометаллургического производства цинка — раймовка дистилляционных печей, дроссы, пусьера. Рациональная переработка этих продуктов определяет степень общего извлечения цинка в производстве и общую степень комплексности использования концентратов.
Гидрометаллургическая переработка цинковых кеков.
Гидрометаллургические способы переработки цинковых кеков основаны на реакции разложения феррита цинка серной кислотой с переводом цинка и железа в растворимые сульфаты и на последующем выделении железа из раствора в виде различных труднорастворимых соединений (гидроксида, гетита, ярозита). Феррит цинка растворяется в концентрированных растворах серной кислоты при повышенной температуре.
Гидрометаллургические способы переработки цинковых кеков в последние годы находят все более широкое применение. Поиски рациональной технологии привели к разработке большого числа вариантов, среди которых наибольшее распространение получили гетит-процессы и ярозит-процессы.
Гетит-процесс. Цинковые кеки выщелачивают отработанным электролитом в течение 6—8 ч при 95 °С до остаточного содержания свободной серной кислоты 50 г/л. Полученный при этом свинцово-серебряный кек, содержащий 25 % РЬ и 3—4 % Zn, направляют на свинцовый завод. Выход кека составляет примерно 1/3 от массы исходных цинковых кеков.
В растворе от выщелачивания кеков значительная часть железа (~30 г/л) находится в виде Fe₂(SO₄)₃. Для предупреждения преждевременного гидролиза железа (III) при нейтрализации раствора восстанавливают железо необожженным цинковым концентратом:
Fe₂(SO₄)₃ + ZnS↔ZnSO₄ + 2FeSO₄ + S. 
Восстановление ведут при 97 °С в течение 3—4 ч. Полученный сульфидный кек, содержащий до 20 % Zn и 50 % S, направляют на обжиг вместе с исходным концентратом.
Раствор, содержащий 20 г/л Н₂SО₄, 20—30 г/л двухвалентного железа и 1 с/л трехвалентного железа, подвергают нейтрализации. В качестве нейтрализатора используют огарок:
Н₂SО₄ + ZnO = ZnSО₄ +H₂O
Содержание H₂SO₄ в растворе снижают до 3 г/л. При этом осаждается железо (III). Сгущенный продукт после нейтрализации возвращают на выщелачивание, а из раствора осаждают гетит. Операцию проводят при 90—95 °С в течение 6 ч путем дальнейшей нейтрализации раствора огарком до рН=1,5-2,5 и окислением железа (II) кислородом воздуха. Окисление железа происходит быстрее в присутствии в растворе ионов Сu²⁺. Окисленное железо гидролизуется с образованием труднорастворимого гетита (FeOOH):
Fe₂(SО₄)₃ + 4H₂O = 2FeOOH +3H₂SO₄
Осадок сравнительно хорошо сгущается и фильтруется. Гетитный кек, содержащий до 50 % Fe и 3—4 % Zn, направляют в отвал, а раствор — на нейтральное выщелачивание. При гетит-процессе из цинковых кеков извлекают в раствор 80 % Zn и Cd и 70 % Си. Это позволяет повысить извлечение цинка по заводу в целом до 95—96 %•
К достоинствам процесса, помимо высокого извлечения Zn, Cd и Cu, следует отнести очистку раствора на 60—70 % от таких примесей, как As, Sb, Ge, In, F, а также легкую фильтруемость осадка гетита [0,5—1,0 т/(м²-ч)] и использование недефицитных реагентов (сырой цинковый концентрат, огарок,
отработанный электролит, воздух) и обычного оборудования.
Ярозит-процесс. Цинковый кек обрабатывают раствором H₂SO₄ (150—200 г/л) при 80—90 °С в течение 4—6 ч. Остаток (в основном— это сульфат свинца, кремнезем, оксиды железа), обогащенный серебром и золотом, отделяют от раствора и направляют на свинцовый завод. Раствор, содержащий цинк, кадмий, медь и другие растворимые в серной кислоте примеси, с остаточной кислотностью 40—60 г/л H₂SO₄ подвергают нейтрализации огарком до 10 г/л H₂SO₄.
Твердую фазу пульпы отделяют от раствора в сгустителях. Сгущенную пульпу возвращают на выщелачивание кеков, а раствор направляют на очистку от железа. Очистку от железа ведут при 85—95 °С. Для окисления железа используют воздух, обогащенный кислородом, или пиролюзит. В раствор вводят поташ, соду или аммиачную воду, в зависимости от того, какой ярозит хотят получить; добавляют огарок для нейтрализации раствора до рН=1-1,5.
Осадок ярозита обрабатывают раствором  H₂SO₄ (~40 г/л), сгущают и фильтруют с промывкой. При осаждении ярозита происходит очистка раствора от многих примесей. Содержание примеси в осадке зависит от исходного содержания ее в растворе:
C_oc = kC_p,
где С_oc и С_р — содержание примеси в осадке и растворе, %; k — коэффициент захвата.
Величина коэффициента захвата характеризует степень извлечения примеси из раствора и концентрирования ее в осадке. В наибольшей степени с ярозитом соосаждаются следующие примеси (k = 5-13): As(V), Sb(III), In(III), Ga(III), Tl(I), Tl(III). В значительно меньшей степени соосаждаются (k=0,5-1,4): Сu(II), Ni(II), Со(II), Al(III), As(III), G (IV). Практически совсем не соосаждаются Cd(II), Mg(II), Mn(II), Cl^-
Соосаждение цинка с ярозитом незначительно, но при высокой концентрации цинка в растворе (до 160 г/л) его содержание в осадке может превысить 1 % (по массе),
Высокая поглотительная способность осадка ярозита по отношению ко многим ионам в растворе объясняется тем, что анионы типа AsO₄ частично замещают в кристаллической решетке ярозитa сульфат-ион, а избыточный отрицательный заряд компенсируется замещением однозарядного катиона на двухзарядный (например, К⁺ на Zn²⁺). Ионы Ме³⁺ (In, Ga, Tl, Al) замещают Fe³⁺, ионы Тl⁺ частично замещают К.⁺, ионы F^- замещают ионы ОН^- и осаждаются в виде K₃FeF₆.
Ярозит-процесс завершается выделением железа из раствора в виде труднорастворимого двойного основного сульфата железа (III) и щелочных металлов: Me₂SO4∙Fe₂(SО₄)₃∙4Fe(OH)₃, где (Ме—Na⁺, K⁺, NH₄⁺).
Осаждение железа в виде ярозита обеспечивает высокое извлечение цинка в целом по заводу (не ниже 95—96 %), а также свинца и благородных металлов в свинцово-серебряный кек (94—97%). Применение ярозит-процесса для, переработки цинковых кеков позволяет регулировать на заводе баланс растворов по сульфат- иону и по ионам Na⁺ и К⁺ .