Технологические схемы выщелачивания обожженного концентрата цинка
На гидрометаллургических цинковых заводах применяют разнообразные схемы выщелачивания (табл. 44). Их осуществляют непрерывно или периодически. Способы выщелачивания классифицируют по числу стадий процесса: 1) в одну стадию — одностадийное; 2) в две стадии — двухстадийное; 3) в три стадии — трехстадийное. Схема непрерывного выщелачивания Большинство отечественных заводов и ряд предприятий за рубежом, в том числе крупнейшие в мире заводы в Трейле (Канада), Грейт-Фоллсе и Анаконде (СШA), работают по непрерывной схеме. Обычно при этом применяют двухстадийнсе противоточное выщелачивание (рис. 78). Основная цель нейтрального цикла — нейтрализовать кислоту и довести растворы до pH = 5,2/5,4, т. е. создать условия, оптимальные для протекания процессов очистки раствора. Обожженный концентрат после сухой классификации или верхний слив нейтральных конусных классификаторов, содержащий твердые частицы размером не более 0,15 мм, поступает в серию последовательно установленных баков обычно с пневматическим перемешивaниeм. Пульпа из баков самотеком поступает в сгустители, где она отстаивается. В нейтральней ветви выщелачивания идут реакции растворения сульфата цинка и окиси цинка, гидролиз и соосаждение примесей, коагуляция кремневой кислоты. В конце процесса выщелачивания свободная серная кислота нейтрализуется почти полностью, pH раствора повышается до 5,2—5,4. При этих значениях pH наиболее успешно проходит процесс отстаивания пульпы и осветления раствора. Скорость отстаивания зависит от продолжительности перемешивания после достижения нужного pH. Передержка пульпы в баках с перемешиванием ухудшает отстаивание. Для ускорения осветления раствора применяют некоторые органические поверхностно активные вещества — флокулянты. В последние годы для этой цели успешно применяют полиакриламид. Производительность сгустителей составляет 2,5—3,0 осветленного раствора в сутки с 1 площади отстаивания. Верхний слив сгустителей нейтральной ветви (BCHC) направляют на очистку от меди, кадмия, кобальта и других примесей. Сгущенную нейтральную пульпу с отношением ж:т = 2/3:1, содержащую 25—30 % цинка в твердом, часть которого находится в виде свободной окиси цинка, направляют в кислую ветвь. Назначение кислого цикла — перевести максимальное количество цинка в раствор при минимальном извлечении примесей, освободиться частично от некоторых примесей (Fe, As, Sb, SiO2) и произвести глубокое окисление оставшихся в растворе мышьяка и германия, с тем, чтобы подготовить их полное удаление в последующем нейтральном цикле. Имеет место равновесие в балансе примесей: в кислой ветви переходит в раствор не больше примесей, чем осаждается в нейтральном цикле. Если это равновесие нарушается, то в растворе накапливаются кремнезем, железо и др. и процесс расстраивается. Кислое выщелачивание проводят следующим образом; сгущенную нейтральную пульпу закачивают в первый бак, туда же подают отработанный электролит и кислый верхний слив из классификационного отделения, кислотность здесь поддерживают в пределах 5—10 г/л H2SO4. Отсюда пульпа последовательно перетекает через 4—5 баков, в последнем баке кислотность составляет 1—3 г/л H2SO4. Из последнего бака пульпу с отношением ж:т = 10/12:1 направляют в сгустители. В сгустителях кислой ветви наряду с процессом отстаивания продолжается дальнейшее растворение окислов цинка, нейтрализация кислоты и осаждение примесей. При этом pH нижнего слива сгустителей повышается до 4,0—4,5. Cгущенную пульпу направляют в бункера рамных вакуум-фильтров. После фильтрования на рамном вакуум-фильтре кек репульпируют и пульпу направляют на вторую стадию фильтрации, которую осуществляют на дисковых вакуум-фильтрах. Фильтрат с рамных и дисковых фильтров и верхний слив кислых сгустителей (ВСКС), подкрепленный отработанным электролитом до концентрации 20— 40 г/л H2SO4, направляют в окислительный бак с перемешиванием, куда также вводят MnO2 для перевода двухвалентного железа в трехвалентное. Содержание двухвалентного железа после окисления пиролюзитом составляет 30—50 мг/л. Из окислительного бака раствор направляют на смыв обожженного концентрата. В табл. 45 приведены анализы продуктов, получаемых на разных переделах схемы. Схема периодического выщелачивания Непременное условие периодического выщелачивания — транспортировка холодного обожженного концентрата и сухая классификация его. Процесс проводят в баках с механическим перемешиванием. В бак заливают верхний слив кислых сгустителей и отработанный электролит в такой пропорции, чтобы содержание свободной кислоты было равно 60—70 г/л. Затем засыпают расчетное количество обожженного концентрата и марганцевую руду или шлам из электролитных ванн, необходимые для окисления закисного железа. Продолжительность выщелачивания составляет 2 ч, за это время содержание кислоты снижается до 2—6 с/л. После этого загружают обожженный концентрат для нейтрализации оставшейся кислоты и доведения pH раствора до 5,2—5,5. Продолжительность этой операции 30 мин. Пульпу из бака выпускают или в конусные классификаторы, или по желобу-пескоуловителю; пески осаждаются последовательно в карманах, распределяясь по крупности. Крупные фракции измельчают и направляют на выщелачивание в кислую ветвь. При воздушной классификации обожженного цинкового концентрата классификацию после выщелачивания не проводят. Пульпу после нейтрального выщелачивания направляют в сгустители. Верхний слив — осветленный раствор, поступает на очистку от меди, кадмия, кобальта. Сгущенную нейтральную пульпу с отношением ж:т= 2/3:1 закачивают в баки кислого выщелачивания, куда подают отработанный электролит до устойчивого содержания свободной серной кислоты 2—5 г/л. Пульпу выпускают в сгустители, откуда после осветления раствор поступает на нейтральное выщелачивание. Нижний слив кислого сгустителя с отношением ж:т = 0,6:1 фильтруют на рамных и дисковых вакуум-фильтрах. Выбор той или иной схемы выщелачивания зависит в основном от качества перерабатываемого сырья. При большом масштабе производства, устойчивом составе сырья и хорошем его качестве непрерывное выщелачивание, более рационально. С одной стороны, оно упрощает контроль, делает более однородными результаты и требует меньше обслуживающего персонала. С другой стороны, непрерывность процесса вызывает необходимость использования большого количества циркулирующих растворов, и налаживание процесса в случае каких-либо неполадок требует значительно большего времени, чем при периодическом выщелачивании. Периодическое выщелачивание как более гибкий процесс целесообразно использовать при переработке сырья с повышенным содержанием примесей, вызывающих при непрерывном процессе большие трудности. Некоторые заводы работают по схемам, занимающим промежуточное положение между одно- и двухстадийным процессом. Так, на заводе «Укрцинк» осуществляют одностадийное выщелачивание с кислым довыщелачиванием песков и нейтральным довыщелачиванием сгущенных илов. При переработке концентратов низкого качества с высоким содержанием мышьяка (до 0,5%) или кремнезема (до 8%) рационально применять схему одностадийного выщелачивания или схему «обратного» выщелачивания, осуществленную на заводе в Монсанто (США). Сущность этого метода заключается в проведении процесса выщелачивания при постоянной низкой кислотности (0,05 г/л), что достигается медленным вводом отработанного электролита в нейтральную пульпу. Такой прием предотвращает переход в раствор кремнезема. Осуществление этой схемы связано с получением более низкого прямого извлечения цинка в раствор и целесообразно только в тех случаях, когда нельзя применять стандартные схемы выщелачивания обожженного концентрата. В табл. 44 приведены некоторые данные о выщелачивании концентратов на заводах. |