способ гидрометаллургического получения оксида цинка

Формула изобретения

1. Способ гидрометаллургического получения оксида цинка из техногенного сырья с повышенным содержанием оксида свинца, включающий выщелачивание цинкосодержащих материалов раствором едкого натра, очистку цинкатного раствора от кремнезема оксидом кальция, разложение раствора оксидом цинка, отделение выпавшего осадка оксида цинка и его сушку, отличающийся тем, что оксид кальция вводят непосредственно на выщелачивание с одновременной подачей элементарной серы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оксид кальция вводят в количестве 10-20 кг/м³, а элементарную серу - в 1,3-1,6-кратном весовом количестве относительно содержания оксида свинца в цинкатном растворе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к области получения чистого оксида цинка из различного цинкосодержащего техногенного сырья: цинкосодержащие пыли газоочисток медеплавильных производств, заводов ОЦМ и другие.

Известен способ переработки цинкосодержащего сырья на оксид цинка, включающий выщелачивание исходного материала крепким раствором едкого натра, разбавление полученной пульпы водой, фильтрацию, очистку полученного цинкатного раствора от силиката натрия гидроксидом алюминия, разложение цинкатного раствора в присутствии затравочного оксида цинка, фильтрацию и сушку выделенного оксида цинка с получением готового продукта [1] . Недостатками способа являются низкое извлечение оксида цинка в конечный продукт, равное 84-88%, и невысокое качество последнего: содержание ZnO в нем не превышает 88%.

Наиболее близким по сущности к достигаемым результатам является способ гидрометаллургического получения оксида цинка, включающий выщелачивание цинкосодержащих материалов едким натром, очистку раствора от кремнезема оксидом кальция, разложение пересыщенного цинкатного раствора в присутствии затравки, отделение оксида цинка и его сушку, отличающийся тем, что подученный после выщелачивания черновой цинкатный раствор подвергают одновременному первичному разложению и обескремниванию с помощью добавления к нему оксида кальция. Осадок отделяют от раствора и вторично выщелачивают крепким щелочным раствором: в раствор переходит только ZnO, а основная масса SiO₂ остается в осадке. Очищенный цинкатный раствор разбавляют, отделяют от осадка фильтрацией и подвергают повторному разложению уже с затравкой из оксида цинка.

Способ позволяет увеличить извлечение оксида цинка из сырья в конечный продукт до 95%, а содержание ZnO в конечном продукте - до 99,78% [2] .

Однако способ имеет следующие недостатки: сложность (многостадийность) технологического процесса - две операции выщелачивания и разложения требуют увеличения количества фильтровального оборудования, количества промвод, а следовательно, повышения энергозатрат на упаривание последних и, кроме того, при повышенном содержании в исходном сырье оксида свинца извлечение ZnO в конечный продукт снижается на 5-7%.

Цель изобретения - упрощение технологического процесса и повышение степени извлечения оксида цинка в конечный продукт при переработке цинкосвинецсодержащего техногенного сырья.

Поставленная цель достигается тем, что совмещаются стадии выщелачивания исходного техногенного сырья и обескремнивания цинкатного раствора путем ввода оксида кальция непосредственно в стадию выщелачивания, при этом основная масса кремнезема остается в нерастворимом кеке от выщелачивания и исключается операция фильтрации цинк-кальциевого осадка и повторного его выщелачивания. Одновременно с целью устранения отрицательного влияния оксида свинца при его значительном содержании в исходном сырье (весовое отношение PbO/ZnO превышает 0,20), которое проявляется в том, что PbO тоже растворяется в едком натре и на долю ZnO остается меньшая часть активной ("растворяющей")NaOH - в сферу выщелачивания одновременно дозируется элементарная сера S. Растворяясь в едком натре с образованием сульфида натрия, она осаждает из чернового цинкатно-свинцового раствора, в первую очередь, ввиду значительно меньшего значения произведения растворимости ПР_PbS = 2,510^-27 (по сравнению с ПР_ZnS = 2,510^-22) ионы Pb²⁺ с образованием осадка PbS и раствора едкого натра по реакции:

Na₂S + Pb²⁺ + 2OH^- ---> PbS + 2NaOH,

тем самым одновременно снижая содержание вредной примеси в растворе (и в дальнейшем, в конечном оксиде цинка) и увеличивая концентрацию активной щелочи в сфере выщелачивания, что повышает извлечение в раствор из исходного сырья оксида цинка.

Кроме того, как показали исследования (см. ниже), наличие в сфере выщелачивания сульфид-ионов позволяет при той же дозировке извести интенсифицировать процесс обескремнивания цинкатных растворов, т. е. сохранить качество (содержание ZnO) конечного целевого продукта на прежнем высоком уровне.

Для получения оксида цинка используют пыль системы газоочистки медеплавильного завода следующего состава, мас. %: 45,0 ZnO, 15,0 PbO, 4,0 SiO₂, 3,0 Fe₂O₃, 3,4 CaO, 2,0 Al₂O₃, 0,3 As₂O₅ (отношение PbO/ZnO = 0,33).

Переработка данного техногенного сырья осуществляется по двум вариантам: согласно условиям прототипа (пример 1) и предлагаемому способу (пример 2).

Пример 1 (по прототипу): Выщелачивание исходного материала проводили раствором 250 г/дм³ NaOH при t= 95^oC в течение 1,5 часов при отношении Ж: Т = 6: 1.

После выщелачивания пульпу разбавляли водой до C_NaOH 110 г/дм³ и фильтровали. Полученный черновой цинкатный раствор содержал, г/дм³: 45,0 ZnO, 8,0 PbO, 0,5 SiO₂, 0,07 Fe₂O₃; степени извлечения ZnO и Pb в раствор на данной стадии составила 90,8% и 40%. Данный раствор подвергали первичному разложению и, одновременно, обескремниванию с помощью добавки CaO в количестве 25 г/дм³ (из них 60% на разложение и 40% на образование силиката кальция) при t= 60^oC в течение 1 часа. Содержание кремнезема в растворе понижается до 0,15 г/дм³, а в осадок выделяется 52% ZnO, 80% Fe₂O₃ и 15% PbO от содержания в растворе.

Осадок отделяют от раствора фильтрацией и направляют на повторное выщелачивание щелочным раствором при t= 70^oC, = 0,5 часа и отношении Ж: Т = 12: 1. После разбавления и фильтрации очищенный цинкатный раствор содержит, г/дм³: 100,6 NaOH, 50,4 ZnO, 4,5 PbO, 0,12 SiO₂ 0,03 Fe₂O₃; степень извлечения ZnO в раствор на втором выщелачивании 96,8%. Таким образом, суммарное извлечение ZnO в чистый цинкатный раствор составило 90,896,8/100 = 87,9%.

Полученный раствор разлагают уже с затравкой из оксида цинка при t= 90^oC, продолжительности агитирования 6 часов и затравочном отношении (з. о. ) 0,5. Степень разложения раствора составила 53,0%. Далее выделившийся осадок отделяют от маточного раствора, промывают и сушат при 250^oC в течение 3 часов.

Пример 2. Выщелачивание исходного материала проводили щелочным раствором 250 г/дм³ NaOH при t= 95^oC в течение 1,5 часов при отношении: Ж: Т= 6: 1, дозировке извести 15 г/дм³ (только на образование силиката кальция - 10 моль CaO/ моль SiO₂) и элементарной серы в количестве 15 г/дм³ (1,5-й кратный избыток по отношению к количеству переходящего в раствор PbO). Ввод CaO и S осуществляли через 30 минут после начала выщелачивания.

Далее пульпу после выщелачивания разбавляли водой до C_NaOH = 110 г/дм³ и фильтровали. Полученный чистый цинкатный раствор содержал, г/дм³: 54 ZnO, 0,1 SiO₂, 0,008 Fe₂O₃, 0,4 PbO: степень извлечения ZnO в раствор из исходного сырья составила 95,0%, степень очистки раствора от PbO - 95,5.

Данный раствор разлагали при условиях, как в примере 1 (t= 90^oC, = 6 часов и з. о. = 0,5). Степень разложения при этом составила 54,5%. Осадок выделившегося оксида цинка отделяют от раствора, промывают и сушат при 250^oC в течение 3 часов.

Результаты сравнительных исследований известного и предложенного способов применения к переработке техногенного цинко-свинцового сырья представлены в табл. 1.

В табл. 2 приведены значения степени извлечения оксида цинка в конечный продукт при оптимальных условиях ведения процесса (дозировки CaO и S) выщелачивания по предлагаемому способу и при выходе за оптимальный режим.

Таким образом, оптимальными условиями ведения процесса являются дозировка CaO 10-20 г/дм³ и S относительно количества PbO, перешедшего в раствор, 1,3-1,6 - кратное весовое количество. При снижении дозировки CaO ниже 10 г/дм³, при прочих равных условиях (оп. 6), при сохранении степени извлечения ZnO практически на прежнем уровне (94,8%) заметно снижается содержание ZnO в конечном продукте - 99,0% по сравнению с 99,6% у прототипа.

Это связано с ухудшением обескремнивания, а значит с повышением содержания SiO₂ в оксиде цинка. Превышение дозировки извести (оп. 7) значительно снижает выход ZnO (86,5%) за счет потерь ZnO с кильциевым осадком. Увеличение дозировки серы выше оптимального значения (оп. 9) не приводит к улучшению результатов, наоборот, несколько снижается качество ZnO. Это связано с образованием тиокомплексов железа в растворе, осаждающихся затем при разложении цинкатного раствора с оксидом цинка. Меньшая, чем необходимо, дозировка серы (оп. 8) снижает качество оксида цинка из-за недостаточности очистки цинкатного раствора от ионов свинца, осаждающихся затем с ZnO при разложении последнего.

Итак, применение нового способа гидрометаллургического получения оксида цинка из техногенного смешанного (цинково-свинцовистого) сырья позволяет по сравнению с прототипом существенно упростить технологический процесс (одна стадия выщелачивания вместо двух операций) и повысить степень извлечения ценного компонента в конечном продукте при практическом сохранении качества последнего.

Источники информации:

1. А. С. СССР N 467124, кл. C 22 B 19/34, 1975 г.

2. А. С. СССР N 712450, кл. C 22 B 19/34, 1980 г.