1.9. Переработка цинковых кеков

Состав остатка от выщелачивания цинкового огарка (цинковый кек) следующий, %: Zn 16-23, Pb 2-10, Cu 0,3-2, Cd 0,1-0,4, Fe 18-32, S 4-10, SiO₂ 4-12, CaO 0,5-4, MgO 0,3-1,2. Существуют два метода переработки этого полупродукта: пирометаллургический и гидрометаллургический.

Наиболее распространенной разновидностью процесса переработки цинковых кеков пирометаллургическим методом является вельц-процесс. В этом случае шихту, состоящую из смеси кека и мелкого твердого углеродистого восстановителя (обычно коксик в количестве 35-50 % от массы кека), нагревают в трубчатой вращающейся печи до температуры 1100-1300 С. Печь состоит из стального корпуса цилиндрической формы (диаметр 2,5-4,5 м, длина 35-95 м), положенного горизонтально, футерованного внутри огнеупорным кирпичом и имеющего наклон по длине 2-4 %. Кожух печи опирается на ролики и медленно (около оборота в минуту) вращается вокруг горизонтальной оси от привода. В нижнем (разгрузочном) конце печи устанавливают мазутную форсунку или газовую горелку для подтопки печи. На противоположном (верхнем) конце печи загружают шихту и отсасывают из печи газы вместе с возгонами. За счет вращения печи шихта перемещается к разгрузочному концу печи навстречу потоку газов. В слое шихты атмосфера восстановительная, а в газовой фазе на поверхности шихты атмосфера окислительная. В верхнем конце печи из шихты удаляется влага и постепенно она нагревается. При температурах 900-1000 С и более оксид цинка и другие его соединения восстанавливаются с образованием парообразного цинка и СО. парообразный цинк над поверхностью шихты окисляется до ZnO, а СО сгорает с образованием СО₂. То же самое происходит с соединениями свинца и кадмия. Образовавшиеся очень мелкие частицы оксидов цинка, свинца и кадмия уносятся газовым потоком из печи в виде возгонов. Газы уходят из печи с температурой 600-800 С. Их охлаждают, а возгоны улавливают. Тонкую очистку газов обычно проводят в рукавных фильтрах (иногда электрофильтрах). Извлечение в вельц-возгоны из кека характеризуют следующие данные, %: цинк 92-96; свинец 90-94; кадмий 94-96. Состав вельц-возгонов, %: Zn 55-70; Pb 5-15; Cd 0,6-1,1, поэтому они могут быть успешно переработаны гидрометаллургическим методом.

Вторым продуктом вельц-процесса, разгружаемым в нижнем конце печи, является клинкер. Он обычно содержит менее 1 % цинка, 15-22 % углерода, практически всю медь, благородные металлы, железо и пустую породу, содержавшиеся в исходной шихте.

Вельц-процесс используют также для переработки бедных по содержанию цинка оксидных руд и других материалов подобного типа.

Гидрометаллургический метод переработки цинковых кеков включает две основные стадии:

 выщелачивание кека при повышенных температурах и повышенных концентрациях серной кислоты в растворе;

 осаждение из раствора железа, поскольку на первой стадии при извлечении в раствор из кека до 99 % цинка в раствор переходит и основная масса железа.

Известны три разновидности технологии переработки цинковых кеков гидрометаллургическим методом, которые различаются, главным образом, по характеру соединений железа, которые осаждаются из раствора на второй стадии процесса: гематит ( Fe₂O₃), гетит ( FeOОН) и ярозит [R₂Fe₆(SO₄)₄(OH)₁₂], где R обозначает Na⁺, K⁺ или NH₄⁺.

В гематит-процессе и выщелачивание цинковых кеков, и осаждение железа из раствора проводят в автоклавах. В гетит- и ярозит-процессах выщелачивание цинковых кеков и очистку растворов от железа ведут при атмосферном давлении при температурах 90-98 С. Остаток от высокотемпературного выщелачивания цинковых кеков содержит практически весь свинец и благородные металлы, находившиеся в исходном материале. Его используют в производстве этих металлов.

Если на заводе все цинковые кеки текущего производства перерабатывают гидрометаллургическим методом, то технологическую схему называют схемой с полным растворением цинка. В этом случае суммарное извлечение цинка из огарка в раствор в цикле выщелачивания составляет 92-99 %