6. Рафинирование чернового цинка.

Рафинирование чернового цинка. Цинк, получаемый дистилляцией, обычно содержит значительное количество примесей (до 3 % Pb, до 0,3 % Fe, до 0,5 % Cd, а также Cu, As, Sb и др.). Часть такого цинка используют для цинкования стали, а большую часть рафинируют. Применяют различные способы рафинирования: ликвационное, дистилляционное, химическое, ректификационное. Ликвационное рафинирование основано на уменьшении растворимости примесей в цинке с понижением его температуры и отделением фазы, образованной примесью, от цинка по разности их плотностей. Этим способом очищают цинк от свинца и железа. Охлаждение цинка до 430-440°С снижает в нем содержание Zn до 1 %, а железа - до 0,04 %. В результате ликвации образуются три слоя: верхний - жидкий, очищенный цинк, средний - твердый железистый цинк и нижний - жидкий цинковистый свинец (5-6 % Zn) . Операцию проводят в отражательной печи с выдержкой для ликвации в течение 24-36 часов. Выходы,%:грубоочищенного цинка 90, железистого цинка 5, цинковистого свинца 1,5, дроссов 2, в угар 1,5. Цинковистый свинец направляют в свинцовое производство, а дроссы и железистый цинк - в оборот.Более полная очистка цинка от свинца возможна химическим методом с помощью добавок металлического натрия (до 1 % Na от количества цинка) при 530°С с охлаждением до 450°С с отделением Pb - Na-дроссов. При содержании в цинке 1,1 -1,2 % Pb, 0,04 % As и расходе 7 кг Na на 1 т Zn в немостается 0,5 % Pb и 0,003 % As. Очистка цинка от меди, железа и свинца возможна дистилляцией с раздельной конденсацией двух фракций: первой - обогащенной названными примесями при 800 С, второй - очищенной от примесей цинк при 540°С. Однако выход второй фракции невелик (не более 60 %), а содержание примесей составляет, %; Pb 0,2, Fe 0,01, Cd 0,04. Эффективна химическая очистка дистилляционного цинка от железа добавками металлического алюминия. Для этого жидкий цинк покрывают защитным флюсом (95 % карналита и 5 % криолита). В защищенный расплав цинка при 600°С вводят алюминий - из расчета Al: Fe -2:1, перемешивают 3 мин и выдерживают 30-50 мин. Затем цинковый расплав охлаждают до 550°С и отстаивают 30-50 мин. Рафиниро- ванный цинк выпускают через нижнее отверстие. В очищенном цинке остается 0,06 % Fe, но выход рафинированного цинка 95-97 %. Вторая стадия рективикация(Pb, Cd,Fe) Необходимость рафинирования дистилляционного цинка - один из недостатков этой группы способов получения цинка.

7. Принципиальная технологическая схема получения цинка гидрометаллургическим способом.

Гидрометаллургический способ получения цинка, примененный в промышленном масштабе впервые в 1915г., является в настоящее время основным. Широкому распространению гидрометаллургия при производстве цинка обязана ее значительным преимуществам по срав¬нению с дистилляцией, а именно:

1) более высокому извлечению цинка и сопутствующих элементов;

2) более высокой комплексности использования сырья;

3) высокому качеству цинка;

4) высокой механизации трудоемких технологических процессов.

Принципиальная технологическая схема получения цинка гидроме­таллургическим способом приведена на рис. 138.

По этому способу цинк выщелачивают водным раствором серной кислоты из предварительно обожженного концентрата (огарка). При выщелачивании цинк переходит в раствор в виде сернокислого цинка по реакции

ZnО+ Н₂S0₄ = ZnSО₄ + Н₂0.

При выщелачивании цинкового огарка в раствор частично перехо­дят содержащиеся в нем компоненты-спутники — Си, Сd, Fе, Аs и др. Качество цинка, получаемого электролитическим осаждением, зави­сит от чистоты раствора; чем чище поступает на электролиз раствор, тем более чистым получается товарный цинк. Поэтому перед электро­лизом раствор тщательно очищают от примесей.

Процесс электролитического осаждения цинка из очищенного раст­вора (электролита) протекает по следующей суммарной реакции:

ZnSО₄ + Н₂0 = Zn+ Н₂SО₄ + ¹/₂О₂

Цинк при электролизе осаждается на катоде, на аноде выделяется кислород. При этом в растворе регенерируется серная кислота, необходимая для выщелачивания свежих порций огарка. Катодные осадки цинка переплавляют, а цинк разливают в слитки.

Кек — нерастворенный остаток после выщелачивания — подвергают дополнительной переработке.

8. Обжиг цинковых концентратов перед гидрометаллургической переработкой, теоретические основы процесса. (презентация 4)

При гидрометаллургической переработке окислительный обжиг проводят с частичной сульфатизацией, чтобы сульфатом цинка компенсировать потери сульфат-иона в замкнутом цикле выщелачивания и электролиза растворов сульфата цинка (около 3-4 % сульфатной серы).

Цель обжига:

1) окислить полностью мышьяк и сурьму и удалить их в виде летучих соединений;

2) как можно меньше получить при обжиге ферритов цинка, не растворимых в слабых растворах серной кислоты, и силикатов цинка, образующих при растворении коллоидные растворы;

3) получить огарок в виде мелкого порошка (-0,15 мм ) для лучшего выщелачивания;

4) получить концентрированные по сернистому ангидриду газы, пригодные для производства серной кислоты.

Сульфидный цинковый концентрат обжигают в окислительной среде при избытке кислорода и при высокой температуре.

Температура обжига 850-970 °С.

СУЛЬФАТООБРАЗОВАНИЕ

Сульфаты цинка образуются при обжиге по следующим реакциям:

2SO₂ + O₂ = 2SO₃ + 193 кДж,

ZnO + SO₃ = ZnSO₄ + 243 кДж.

Сульфаты металлов при повышенных температурах обжига (более 750 °С) диссоциируют.

На сульфатообразование оказывают каталитическое воздействие оксиды железа, меди, цинка, обожженный концентрат, нагретые стенки печи и др., способствующие окислению сернистого ангидрида в серный, в результате чего достигается необходимое образование сульфата цинка.

ФЕРРИТООБРАЗОВАНИЕ

Оксид цинка при температурах выше 650 °С с оксидом железа образует феррит цинка по реакции

ZnO + Fe₂O₃ = ZnO×Fe₂O₃.

Снижать ферритообразование при обжиге за счет понижения температуры не представляется возможным. Понизить ферритообразование можно сокращением времени контакта оксидов цинка и железа за счет быстрого обжига и аппаратурного оформления.

Если цинк присутствует в концентрате в виде марматита – mZnS×nFeS, то ферритообразование неизбежно.

При обжиге железистых цинковых концентратов образование ферритов цинка неизбежно и наиболее эффективным средством его уменьшения является интенсивный обжиг при максимально допустимой температуре.