Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Гидролитическая очистка раствора сульфата цинка от примесей

Гидролитическая очистка раствора сульфата цинка от примесей



При осаждении из раствора труднорастворимых соединений очередность их выделения в осадок определяется величиной изобарного потенциала процесса. В первую очередь в осадок будут переходить те металлы, образование труднорастворимых соединений которых сопровождается максимальным уменьшением изобарного потенциала. Чем больше абсолютная величина стандартного изобарного потенциала реакции образования труднорастворимого соединения, тем (в степенной зависимости) меньше величина произведения растворимости, т. е. тем меньше растворимость образующихся соединений.
Гидролитическая очистка раствора сульфата цинка от примесей

В табл. 46 приведен рассчитанный на основании данных термодинамических таблиц стандартный ряд pH гидратообразования, отнесенный к растворам с активностью осаждающихся катионов, равной единице, и связанные с ним величины.
При осаждении из раствора сульфата цинка гидроокисей прежде всего начнут осаждаться те металлы, pH гидратообразования и, следовательно, растворимость которых меньше.
Гидролитическая очистка раствора сульфата цинка от примесей

pH гидратообразования зависит также от концентрации катиона в растворе и температуры. На рис. 87 показано влияние концентрации металлов на pH осаждения его гидроокиси, согласно исследованию Б.В. Громова. Как видно из данных таблицы и рис. 87, нейтральная пульпа при содержании в жидкой ее части 100—120 г/л цинка имеет pH = 5,5/5,9; при этом железо трехвалентное, мышьяк, сурьма, олово, алюминий имеют pH меньше этой величины и будут выделяться в осадок.
Железо в кислом растворе находится в форме сульфата закиси FeSО4 и сульфата окиси Fe2(SO4)3. Вследствие присутствия в кислой пульпе восстановителей содержание трехвалентного железа всегда меньше, чем двухвалентного. Как следует из данных табл. 46, двухвалентное железо при нейтральном выщелачивании не будет гидролизовать, так как pH = 6,7.
Для полноты осаждения его необходимо окислить до трехвалентного, которое гидролизует по реакции
Fe2(SC4)3 + 6 Н2О ⇔ 2Fe(ОН)3 + 3H2SO4.

В действительности в условиях нейтрального выщелачивания обожженного концентрата осаждаются основные сульфаты железа типа Fe(ОH)SО4, так как гидроокиси в чистом виде осаждаются только из очень разбавленных растворов.
В кислой среде железо можно окислить двуокисью марганца (пиролюзитом) по реакции
2FeSO4 + MnO2 + 2H2SO4 = Fe2(SO4)3 + MnSO4 + 2H2O.

Практически окисление железа проводят в окислительном баке, в который направляют растворы из кислого сгустителя (BCKС), из цеха переработки вельц-окислов, из кадмиевого цеха. Тонкоизмельченная марганцевая руда, содержащая пиролюзит, — активный окислитель. Используют как окислитель также марганцевый шлам с анодов из ванн электроосаждения цинка.
Исследованиями Л.С. Гецкина показано, что железо может быть окислено кислородом воздуха. В чистом растворе сульфата цинка окисление железа кислородом идет очень медленно. Присутствующие в растворе ионы меди являются катализатором, сильно ускоряющим процесс окисления железа. При нейтральном выщелачивании ионы двухвалентной меди также окисляют железо.
А.П. Снурников установил, что медь в зависимости от кислотности ведет себя либо как окислитель, либо как восстановитель. Взаимодействие этих компонентов может быть представлено реакцией
Fe2+ + Cu2+ ⇔ Fe3+ + Cu+.

При pH≥2,5 ионы двухвалентной меди окисляют закисное железо, а при pH≤2,5 ионы одновалентной меди восстанавливают трехвалентное железо до двухвалентного; это происходит на стадии кислого выщелачивания сгущенной нейтральной пульпы.
Различное направление реакции объясняется изменением величины окислительно-восстановительного потенциала системы Fe2+[Fe3+ и Cu2+]Cu+ в связи с образованием твердых фаз при нейтрализации раствора.
Гидролиз ионов меди происходит по реакции
CuSO4 + 2 Н2O = Cu(ОН)2 + H2SO4.

Скорость гидролиза меди лимитируется скоростью нейтрализации выделяющейся при этом кислоты. При малом избытке нейтрализующего вещества или его низкой реакционной способности замедленная нейтрализация образовавшейся кислоты приводит к снижению pH раствора и вследствие этого ухудшению гидролитической очистки раствора от других примесей.
В связи с этим при переработке концентратов с высоким содержанием меди очистка раствора от примесей затруднена.
Алюминий в процессе нейтрального выщелачивания ведет себя подобно трехвалентному железу, т. е. гидролизует с большой полнотой при pH = 3,1/4,0.
Мышьяк и сурьма при нейтрализации раствора в присутствии железа гидролизуют и выпадают в осадок. Осаждение мышьяка и сурьмы возможно также в результате образования ими химических соединений с железом, цинком, кадмием. Исследованиями А.Л. Цефта с сотрудниками было показано, что при взаимодействии мышьяка с железом образуются арсенаты и арсениты.
Наименее растворимое соединение — арсенат железа — образуется при pH = 1,8/2,0 по реакции
Fe2(SO4)3 + H3AsO4 ⇔ 2FeAsO4 + 3H2SO4.

Мышьяк выделяется наиболее успешно, если он и железо находятся в высшей валентности. Арсенаты цинка образуются при более высоком значении pH = 5,0/5,5.
В процессе нейтрального выщелачивания в присутствии железа сурьма выделяется в осадок.
Как и в случае с мышьяком, сурьма удаляется наиболее полно, если она содержится в растворе в пятивалентной форме. Исследованиями Е. А. Давыдовской показано, что пятивалентная сурьма удаляется нацело при соотношении Fe:Sb = 10:1, а трехвалентная — только при отношении 20:1. При низком содержании мышьяка и сурьмы, составляющем несколько миллиграммов в литре раствора, соосаждение их с основными сульфатами железа происходит путем адсорбции и хемосорбции. Поэтому для полноты удаления этих примесей при гидролитической очистке раствора сульфата цинка необходим большой избыток ионов трехвалентного железа. Вместе с тем, при высоком содержании железа вследствие образования при нейтрализации объемистых осадков — основных сульфатов железа — затрудняются процессы отстаивания и фильтрации пульпы. Поэтому содержание железа в кислом растворе не должно превышать 1,5—2,0 г/л.
При гидролитической очистке раствора в осадок удаляются германий, индий, галлий, теллур. Осаждение происходит более полно в присутствии железа. Механизм осаждения изучен недостаточно. Высказано предположение, что германий удаляется, адсорбируясь на основных солях железа при pH выше 2,5.
Повышение pH в процессе нейтрального выщелачивания приводит к коагуляции кремнекислоты, переходу золя в гель и к укрупнению коллоидных частиц. Начало коагуляции зависит от концентрации кремнезема в кислом растворе. По данным А. Д. Маянц, гель кремнекислоты образуется при следующих значениях pH:
Гидролитическая очистка раствора сульфата цинка от примесей

Если нейтрализация произошла недостаточно полно, то высокое остаточное содержание кремнекислоты осложняет проведение последующей операции очистки раствора от меди и кадмия цинковой пылью, так как эта кремнекислота выпадает в осадок на фильтровальной ткани и прекращает процесс фильтрации раствора после очистки.
Как уже было указано, гидролитическая очистка раствора сульфата цинка происходит при нейтрализации раствора избытком обожженного концентрата на стадии нейтрального выщелачивания. При этом остаточное содержание примесей в растворе составляет, мг/л: 2—10 Fe3+; 40—50 Fe2+; 0,3—0,6 As; 0,2—0,3 Sb; 0,1 Ge; 200—300 SiO2; 500—1000 Cu.
При высоком содержании в исходном растворе мышьяка, сурьмы, германия иногда не удается достигнуть при очистке в одну стадию полноты освобождения раствора от этих примесей. Это бывает, например, при переработке различных пылей и возгонов с высоким содержанием примесей. В этом случае приходится проводить вторично гидролитическую очистку раствора, вводя дополнительное количество трехвалентного железа.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent