способ вывода сульфат-ионов из растворов цинкового производства

Формула изобретения

1. Способ вывода сульфат-ионов из растворов цинкового производства, включающий нейтрализацию кислоты в отработанном электролите с получением гипсового осадка, отличающийся тем, что нейтрализацию ведут в две стадии, на первой нейтрализацию ведут известняком до рН 1,5-2,0 с последующей фильтрацией суспензии с получением гипсового осадка и раствора, промывкой и сушкой осадка с переводом его в полуводный гипс, вторую стадию нейтрализации ведут путем дозировки извести в раствор, полученный после первой стадии, при рН 8,0-8,5, осадок второй стадии нейтрализации направляют на выщелачивание цинка и полученный после выщелачивания осадок вместе с известняком подают на первую стадию нейтрализации.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выщелачивание осадка второй стадии нейтрализации проводят в отработанном цинковом электролите при кислотности 100-150 г/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области гидрометаллургического производства цинка, в частности к очистке растворов от растворимых сульфатов магния и щелочных металлов, а также к нейтрализации избыточного количества серной кислоты в балансе цинкового производства.

Известен способ очистки сточных вод цинкового производства от примесей, например сульфатов цинка, меди и т.п., включающий введение в раствор нейтрализатора извести, перемешивание при рН 8,5-9,5 и последующую фильтрацию суспензии (см. Снурников А. П. "Гидрометаллургия цинка". М., 1981 г., с. 357-358).

Недостатком указанного способа является высокий выход известково-сульфатного шлама, содержащего цинк от 10-20%, который необходимо утилизировать в цинковом производстве, например, в вельц-печах с переводом части серы в отходящие газы, выбрасываемые в атмосферу.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ вывода сульфат-ионов из растворов цинкового производства, включающий нейтрализацию кислоты в отработанном электролите с получением гипсового осадка (см. там же, с.352-356).

Недостатком указанного способа является то, что им не решается проблема вывода сульфатов магния и других хорошо растворимых щелочных металлов из цинкового цикла. В свою очередь в фильтрат, который направляется в цинковое производство, также переходит магний из известняка, увеличивая практически в 2 раза его содержание по сравнению с отработанным электролитом. Увеличение содержания магния и других соединений щелочных металлов будет повышать омическое сопротивление цинковых электролитов, вызывающее дополнительные расходы на электролизе.

Техническим результатом данного изобретения является комплексная очистка растворов цинкового цикла от избыточной серной кислоты (сульфат-ионов), магния и других щелочных металлов с утилизацией сульфатов в товарный продукт и получением растворов, отвечающим требованиям к промышленным стокам, направляемых на очистные заводы.

Указанный результат достигается тем, что в способе вывода сульфат-ионов из растворов цинкового производства, включающем нейтрализацию кислоты в отработанном электролите с получением гипсового осадка, в котором нейтрализацию ведут в две стадии, на первой - нейтрализацию ведут известняком до рН 1,5-2,0 с последующей фильтрацией суспензии с получением гипсового осадка и раствора, промывкой и сушкой осадка с переводом его в полуводный гипс, а вторую стадию нейтрализации ведут путем дозировки извести в раствор, полученный после первой стадии, при рН 8,0-8,5, осадок второй стадии нейтрализации направляют на выщелачивание цинка отработанным электролитом при кислотности 100-150 г/л и полученный после выщелачивания осадок вместе с известняком подают на первую стадию нейтрализации. При этом выщелачивание осадка второй стадии нейтрализации проводят в отработанном цинковом электролите при кислотности 100-150 г/л.

Способ осуществляется следующим образом (см. чертеж). На 1-й стадии нейтрализации в реактор закачивается отработанный электролит электролиза цинка. Затем подается пульпа известняка, получаемая путем мокрого помола в шаровой мельнице до фракции минус 0,2 мм. В это же время проводится дозировка отфильтрованного после стадии выщелачивания кальцийсодержащего осадка, полученного на 2-й стадии нейтрализации. Процесс 1-й стадии нейтрализации ведут в течение 6 часов при рН 1,5-2,0. Затем пульпу фильтруют, осадок промывают водой. Фильтрат направляют на 2-ю стадию нейтрализации, которую проводят при рН 8,0-8,5 при введении гашеной извести (извести-пыленки). Процесс проводят в течение 4-6 часов. Пульпу 2-й стадии фильтруют, осадок, содержащий цинка 10-20%, оксида кальция, связанного в большей степени в сульфаты, 30-50% направляют на выщелачивание в отработанном электролите при кислотности 100-150 г/л, а фильтрат 2-й стадии нейтрализации, содержащий цинка менее 20 мг/л, меди и кадмия менее 0,1 мг/л, магния 15-20 г/л направляют на очистные сооружения. Фильтрат или осветленный при отстаивании раствор после выщелачивания осадка 2-й стадии нейтрализации используют для выщелачивания вельц-окиси или продуктов обжига. Влажный осадок 1-й стадии сушат в печи "КС" при температуре 140-160^oС в течение 3-4 часов до получения полуводного гипса. Содержание основного вещества (CaSO₄0,5 Н₂О) составляет 97-98%. Тестирование гипса проводили согласно ГОСТ 237-89-73, при этом установлено, что полученный полуводный гипс соответствует (по ГОСТ 125-79) марке Г-6IБ.

Предложенный способ проверен в промышленных условиях. Испытания показали, что проведение операции вывода сульфат-ионов из растворов цинкового производства путем двухстадийной нейтрализации отработанного электролита с возвратом известкового осадка 2-й стадии после выщелачивания на 1-ю стадию нейтрализации позволяет получать полуводный гипс и водную фазу, удовлетворяющую требованиям к промышленным стокам, направляемых на очистные сооружения завода. Пределы проведения 2-й стадии нейтрализации в области рН 8,0-8,5 связаны с тем, что при рН менее 8,0 не удается снизить содержание цинка в растворе ниже 20 мг/л, отвечающего требованиям к растворам, поступающим на очистные сооружения.

При рН выше 8,5 возрастает в осадке содержание магния, что уменьшает вывод магния из гидрометаллургического цинка. Выщелачивание цинк-кальцийсодержащего осадка 2-й стадии нейтрализации при кислотности 100-150 г/л позволяет в течение короткого времени (30-60 мин) практически перевести в раствор весь цинк (кроме маточного) и одновременно использовать отработанный электролит после этой операции при выщелачивании продуктов обжига цинкового производства и вельц-окиси.

Проверку способа осуществляли следующим образом (см. таблицу).

На 1-й стадии нейтрализации в реактор заливали 5 м³ отработанного цинкового электролита состава, г/л: серная кислота 175, цинк 45, магний 10, железо 0,08, медь 0,0002, кадмий 0,00004, сульфаты 280 г/л. Затем подавали пульпу измельченного до фракции минус 0,2 мм известняка. Содержание твердого в пульпе 55 г/л, а содержание СаО в известняке составляло 43,5%. Процесс нейтрализации вели в течение 6 часов при рН 1,5-2,0. По окончании операции пульпу фильтровали и фильтрат направляли на 2-ю стадию нейтрализации, которую проводили при рН 8,0-8,5 в течение 5 час. Для поддержания рН в реактор добавляли гашеную известь (или известь-пыленку). Расход извести составлял 40 кг/м³ раствора. После окончания 2-й стадии нейтрализации пульпу фильтровали. Фильтрат отвечал требованиям к очищенным стокам, направляемым на очистные сооружения. Содержание цинка в фильтрате составляло 10,2 мг/л.

Цинк-кальцийсодержащий осадок 2-й стадии (цинка 15,6%, кальция 32,2%) направляли на выщелачивание в отработанном электролите при кислотности 100-150 г/л в течение 0,5 часа. Затем пульпу отфильтровывали и оставшийся кальцийсодержащий осадок с содержанием цинка 1-2% подавали на первую стадию нейтрализации отработанного электролита известняком. Раствор после выщелачивания (раствор с содержанием цинка на 5-10 г/л больше, чем в отработанном электролите, кислотность 100-150 г/л) использовали для выщелачивания вельц-окиси и продуктов обжига.

Влажный осадок 1-й стадии нейтрализации промывали водой до содержания цинка в нем менее 0,1-0,2%. Пульпу снова фильтровали и фильтрат направляли на 2-ю стадию нейтрализации. Отмытый осадок сушили в печи КС при температуре 3,5 час до получения полуводного гипса. Содержание основного вещества составило 8%. При тестировании полуводного гипса по ГОСТ 23789-73 установлено, что гипс соответствует марке Г-6IБ (ГОСТ 125-79) и пригоден для изготовления гипсовых строительных изделий всех видов.

Таким образом, данные приведенные в примере, показывают, что при использовании предлагаемого способа с 1 м³ отработанного электролита получается гипса 210 кг, против 165 кг по известному способу. При этом выводится из цинкового производства около 75% сульфатов и 18,5 кг магния с 1 м³ отработанного электролита, против вывода всего 60% сульфатов и дополнительного ввода из использованного для нейтрализации известняка 8,5 кг магния.