Лекция 10. Получение цинка

Цинк используется для оцинкования железа, для получения латуни и бронзы.

Сырьем для производства цинка служат сульфидные и окисленные руды. Основными минералами являются сфалерит (цинковая обманка) ZnS, марматит mZnS x nFeS. Им сопутствуют соединения кобальта, индия, галлия, таллия и др.

Существует два способа получения цинка: пирометаллургический и гидрометаллургический. Гидрометаллургический используется чаще.

Гидрометаллургический способ получения цинка

Цинковые руды обогащают флотацией, после чего цинковый концентрат имеет следующий состав: Zn – 40-56%, Pb – 0,13-3,4%, Cu – 0,15-2,2%, Fe – 2,5-20%, S – 30-37%.

Подготовка цинковых руд к выщелачиванию

После обогащения проводят подготовку к выщелачиванию, которая состоит из нескольких этапов.

Сушка

Сушку проводят в барабанных вращающихся печах длиной 10-15м, диаметром 1,5-1,8м, угол наклона 5-6 градусов, скорость вращения 4 оборота в минуту. В качестве топлива используют мазут или природный газ.

Обжиг

Обжиг проводят для максимально полного перевода ZnS в ZnO. При обжиге необходимо:

а) оставить заданное количество сульфатов (3-4%) для компенсации потерь серной кислоты;

б) получить как можно меньше нерастворимых в серной кислоте соединений цинка;

в) не допустить образования большого количества силикатов цинка и свинца;

г) получить обожженный продукт в виде мелкого порошка;

Основная реакция этого этапа:

2ZnS + 3O₂  2ZnO + 2SO₂ + Q.

Кроме этого могут идти побочные процессы:

ферритообразование

Феррит цинка (ZnO∙Fe₂O₃) – не растворяется в серной кислоте и ухудшает переход цинка в раствор. Чем больше железа, тем больше феррита, поэтому содержание железа в концентрате не должно превышать 12%. Для снижения ферритообразования необходимо создать условия, способствующие увеличению содержания SO₂, так как при взаимодействии Fe₂O₃ c SO₂ образуются сульфит железа, который не взаимодействует с цинком.

Сульфатообразование.

Содержание сульфата цинка должно составлять 3-4%. Если содержание меньше, то увеличивается расход серной кислоты, если больше – то ухудшается отстаивание. Сульфат цинка образуется в результате протекания следующих реакций:

2ZnS + 3O₂  2ZnO + 2SO₂ + Q.

2SO₂ + O₂  2SO₃

ZnO + SO₃  ZnSO₄.

Сульфат цинка при температуре более 700⁰С разлагается, поэтому нужное количество сульфата цинка можно получить, регулируя температуру обжига.

Силикатообразование.

Силикатообразование стремятся уменьшить максимально, то есть в концентрате должно содержаться как можно меньше кремнезема, так как силикаты имеют низкую температуру плавления и при их высоком содержании происходит оплавление обжигаемого материала. Кроме того, при последующем выщелачивании кремнезем ухудшает отстаивание.

Наиболее эффективны печи кипящего слоя, обжиг ведут при избытке кислорода. Температура воспламенения 550-600⁰С, а в печи поддерживается температура 900-1000⁰С.

В результате обжига образуется ZnO, ZnSO₄, SО₂, SO₃. Их соотношение зависит от параметров ведения процесса (температура, содержание кислорода и др.) Отходящие газы с концентрацией SO₂ 8-12% можно использовать для производства серной кислоты.

Единственным недостатком обжига в печах кипящего слоя является высокий пылеунос.

Обогащение дутья кислородом до 27% увеличивает производительность печи на 40%, а концентрация SO₂ составляет 12-13%. Кроме того объем газов обжига уменьшается на 20-30%.

Из печи обжига газы поступают в циклоны (эффективность очистки 90%, количество улавливаемой пыли от 30% до 80% исходного продукта), затем в электрофильтры. Огарок, циклонную пыль и пыль из электрофильтров объединяют и передают на выщелачивание, а газы направляют в сернокислотное производство.