Выщелачивание

Выщелачивание – это основной этап получения цинка. Цель выщелачивания – максимально полное извлечение в раствор цинка и других полезных компонентов и минимальное извлечение вредных примесей. Выщелачивание проводят раствором серной кислоты с концентрацией 170 г/л.

Теоретические основы выщелачивания

Процесс растворения можно разделить на три стадии:

1. перенос частиц растворителя (серной кислоты) к поверхности зерна;

2) взаимодействие серной кислоты с оксидом цинка (идет очень быстро);

3) отвод продуктов реакции в объем раствора.

Общую скорость процесса определяет первая или третья стадия. Поэтому для повышения общей скорости процесса необходимо перемешивание. Также на скорость процесса влияет диаметр зерна. Чем он меньше, тем больше удельная поверхность и тем выше скорость процесса. Поэтому обычно используют зерна с размером не более 0,2 мм.

В концентрате после обжига цинк содержится в виде ZnO, ZnSO₄,

ZnO x Fe₂O₃, 2ZnO x SiO₂, ZnS.

Основная реакция процесса выщелачивания:

ZnO + H₂SO₄ + ZnSO₄

При диаметре частиц менее 0,2 мм выщелачивание идет не более 2 мин.Температура при этом повышается до 80-90⁰ С.

Сульфат цинка хорошо растворяется в воде, поэтому кислота на него не расходуется. Однако, если сульфата цинка будет много, то повышается вязкость раствора, что приводит к ухудшению последующего отстаивания.

Феррит цинка растворяется значительно хуже, чем оксид, что приводит к потерям цинка.

Силикат цинка сравнительно легко растворяется в серной кислоте, но его присутствие нежелательно, так как приводит к ухудшению отстаивания и особенно фильтрования.

Сульфид цинка в серной кислоте при данной концентрации не растворяется.

Соединения кадмия ведут себя подобно соединениям цинка. Поэтому при выщелачивании в раствор переходит до 70% кадмия. Также при выщелачивании в раствор переходит 50-60% соединений меди и 4-5% соединений железа. Содержание железа в растворе до 1,5 г/л необходимо для последующей очистки. Что касается соединений мышьяка и сурьмы, то As и Sb₂O₃ растворяются в серной кислоте, а As₂O₅ и Sb₂O₅ практически не растворяются.

С химической точки зрения процесс выщелачивания можно условно разделить на следующие периоды:

1. Растворение огарка

2. Коагуляция и осаждение коллоидов.

3. Диспергация коллоидов.

4. Гидролиз меди.

5. Гидролиз цинка.

1-й период:

Во время первого периода идет растворение соединений цинка, кадмия, меди, железа, и уменьшается кислотность раствора. Основной процесс – перевод цинка из огарка в раствор. Заканчивается этот период при рН 2-3. В конце периода пульпа легко сгущается, но слив плохо осветляется.

2-й период

Второй период начинается при рН 2-3, заканчивается при рН 3-5. В начале периода рН достигает величины достаточной для гидролиза сульфата железа (Ш). Поэтому образование труднорастворимого гидроксида железа (Ш) идет в течение всего периода. Одновременно в твердую фазу переходят мышьяк и сурьма в виде комплексных соединений. Сульфат меди гидролизуется незначительно.

Также происходит образование и накапливание кремнекислоты в виде гелеобразной массы. Отстаивания практически не наблюдается. Завершается второй период быстрой коагуляцией и выпадением в осадок кремнекислоты, которая захватывает и другие нерастворимые соединения. В этот момент пульпа способна быстро отстаиваться и хорошо фильтроваться.

Казалось бы, в этот момент выщелачивание нужно заканчивать, однако его продолжают, так как содержание соединений железа, мышьяка и сурьмы остается выше нормы.

3-й период

Во время третьего периода продолжается осаждение железа, мышьяка, сурьмы. Содержание меди остается практически постоянным. Ранее образовавшиеся хлопья коллоидов разрушаются, поэтому способность к отстаиванию резко падает. Также уменьшается реакционная активность зерен огарка, так как их поверхность покрывается коллоидными частицами. рН практически не изменяется.

4-й период

Во время этого периода проходит гидролиз соединений меди. Период характеризуется увеличением рН и уменьшением содержания меди в результате гидролиза. В это время коллоидные оболочки на зернах разрушаются. Активность огарка несколько возрастает, и выщелачивание продолжается. Происходит дальнейшее измельчение коллоидных частиц, что способствует ухудшению отстаивания и фильтрации.

Обычно выщелачивание заканчивают после осаждения меди. При этом достигается нужное для последующих операций рН, а большая часть примесей уже выделена из раствора в результате гидролиза.

5-й период

Во время пятого периода начинается гидролиз цинка, поэтому пятого периода стараются избежать, так как гидролиз соединений цинка нежелателен.