Цинквмісна сировина
Цинковмісна сировина та способи її переробки
Цинкові руди поділяються на сульфідні та окислені. У перших цинк представлений сполуками із сіркою (сфалерит, марматит), у других - карбонатом та силікатами.
Окислені руди – вторинного походження. Вони утворилися внаслідок вивітрювання сульфідних родовищ.
Більшість сульфідних родовищ має зверху зону окислених руд. Запаси окислених руд дуже обмежені. Тому в переробку надходять переважно сульфідні цинкові руди.
Поняття «цинкові руди» – досить умовне. Тією чи іншою мірою цинкові руди за рідкісними винятками містять сполуки свинцю, міді, кадмію та інших металів, тому поліметалевою комплексною сировиною.
Поліметалічні сульфідні цинкові руди можна розділити на свинцево-цинкові, мідно-цинкові і свинцево-мідні.
Цинкові концентрати селективного флотаційного збагачення поліметалевих руд містять, %: 48-60 Zn; 1,5-2,5 Pb; 1-3 Cu; до 0,25 Cd; 3-10 Fe; 30-38 S; до 10 порожньої породи (Si 02, СаО, А l 2 0з та ін). Цинкові концентрати – комплексна сировина. З них потрібно отримувати цинк, свинець, мідь, кадмій, сірку, золото, срібло, ртуть, галій, індій, талій, селен, телур.
Переробку цинкових концентратів нині здійснюють двома методами: пірометаллургічним (дистиляційним) та гідрометалургійним.
В основіПірометалургійного способулежать процеси відновлення оксиду цинку при температурі 1000-1100°С, тобто. при температурі вище точки кипіння металевого цинку, що забезпечує виділення його в момент утворення в пароподібному стані та сублімацію (дистиляцію) у вигляді парів:
ZnO + С = Zn пар + СО; ZnO + СО = Zn пар + С02.
Парицинку надалі конденсують. Отримання рідкого цинку дистиляцією можливе лише в умовах сильно відновлювальної атмосфери та повної герметизації апаратури, що застосовується.
У зв'язку з тим, що цинковий концентрат є сульфідним матеріалом, а відновлення цинку можливе тільки з його оксиду, дистиляції передує окислювальний випал з повним видаленням сірки.
Принципова технологічна схема пірометалургійного способу отримання стусан наведена на рис. 1. Можливі кілька варіантів апаратурного оформлення пірометаллургічного способу одержання цинку: у горизонтальних та вертикальних ретортах, у шахтних та електричних печах. Хімізм процесу у всіх випадках однаковий.
Чорновий цинк, отриманий будь-яким із цих способів дистиляції, містить до 3-4% домішок, у тому числі до 3% Pb, до 0,3% Fe, до 0,5% Cd, а також мідь, залізо, миш'як, сурму та деякі інші домішки.
Весь цинк дистиляційний підлягає обов'язковому рафінуванню. Основними способами рафінування чорнового цинку є ліквація та ректифікація. Лікваційне рафінування засноване на зменшенні розчинності домішки (металу або його сполук) при зниженні температури та на розділенні фаз за щільністю.
Ліквацією цинк очищають від свинцю та заліза.
Свинець обмежено розчинний у цинку. При 430-450°С гранична розчинність свинцю становить близько 1%. З залізом цинк утворює нераст воримые в цинку інтерметалеві сполуки типу FeZnx.
Сульфідний цинковий концентрат. Агломеруючий випал
Рис 1. Принципова технологічна схема переробки сульфідних цинкових концентратів пірометалургійним способом
Ліквацію проводять в опалювальних відбивних печах місткістю 30-150 т. Після розплавленнячушок чорнового цинку
розплав витримують печі протягом 24-36 год. Отриманий після ліквації цинк зазвичай містить 0,8-1,2%РЬ і 0,03-0,04% Fe . Вилучення цинку у цей продукт становить близько 90%.
Цинковистий свинець використовують у свинцевій промисловості при знесрібленні свинцю. Дроси та залізистий цинк повертають у шихту дистиляційних печей.
Для отримання цинку високої чистоти застосовують рефінтифікаційне рафінування, якому обов'язково передує ліквація.
Ректифікацією називають процес багаторазової дистиляції та конденсації.
Ректифікація заснована на різній леткості цинку та його металевих домішок, що дозволяє розділяти компоненти навіть із близькими температурами кипіння. Ректифікацію проводять в апаратах, званих колонами ректифікації. Ректифікація дозволяє одержувати цинк чистотою 99996-99998%.
Однак найпоширенішим способом виробництва цинку залишається
гідрометалургійний спосіб б. Широке поширення гідрометалургії під час виробництва цинку зумовлено її значними перевагами проти дистиляцією. До них відносяться:
1) більш високе вилучення цинку та супутніх елементів;
2) більш висока комплексність використання сировини;
3) висока якість цинку;
4) висока механізація трудомістких процесів.
За цим способом цинк вилуговують (розчиняють) розчином сірчаної кислоти попередньо обпаленого концентрату (негарка). При вилуговуванні цинк переходить у розчин у вигляді сірчанокислого цинку за реакцією:
ZnO+H2SO4=ZnS04+Н2О.
При вилуговуванні цинкового недогарка в розчин частково переходять компоненти, що містяться в ньому. Одні з них негативно впливають на подальше електролітичне осадженняцинку інші є цінними компонентами, які необхідно витягувати.
Основними домішками цинкових розчинів є залізо, алюміній, миш'як, сурма, кадмій, германій, мідь, кобальт та кремнієва кислота.
Очищення розчинів від домішок проводять декількома послідовними операціями: гідролізом, цементацією, добавкою хімічних реагентів, що утворюють з домішками складні сполуки.
Очищений від домішок нейтральний розчин цинку сульфату (120-160 г/л Zn ), що надходить на електроліз, повинен містити, мг/л, не більше: 0,2 Cu ; 40 Fe; 3 З; 2 Ni; 3 Cd; по 0,01 As, Sb та Ge і 150 Cl.
Нейтральний електроліт, очищений від домішок, безперервно надходить у електролізні ванни, з яких приділяється такий же обсяг відпрацьованого електроліту складу: близько 40 г/л Zn і до 160 г/л H 2 S 04. В результаті цього процес електролітичного осадження цинку фактично походить з електроліту, що містить 50-60 г/л Zn та 100-120 г/л H 2 S 04.
Електролітичне осадження цинку з сульфатних розчинів здійснюють у ваннах ящичного типу, аноди відливають із свинцю з добавкою 1% срібла, що підвищує його корозійну стійкість, катоди виконують з листового алюмінію товщиною 3-4 мм; катодна щільність струму становить 550-650 А/м 2 . Вихід струмом дорівнює 88-92%.
Електролітичний спосіб отримання цинку дозволяє отримувати метал високої чистоти, що містить не менше ніж 99,99% Zn. Для отримання найвищих марок товарного металу електролітичний цинк очищають вакуумною перегонкою.
Катодний цинк непридатний для безпосереднього використання та його переплавляють у чушки певної форми та маси.
Переплавлення цинку проводять в індукційних печах. Продуктивність таких печей становить від 100-120 до 350-500 т/добу.