Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Практика переработки медно-кадмиевых кеков

Практика переработки медно-кадмиевых кеков



Медно-кадмиевые кеки, перерабатываемые на разных заводах, содержат 2,5—12% Cd; 4—17% Cu; 35—60% Zn; 0,05—2,0% Fe; 0,05—0,20% As.
Вследствие различия в составе кеков технологические схемы на каждом предприятии характеризуются некоторыми особенностями и различным составом получаемых промежуточных продуктов. Однако все схемы, за исключением деталей, похожи одна на другую, их можно представить в виде принципиальной схемы переработки меднокадмиевого кека, изображенной на рис. 126.
Практика переработки медно-кадмиевых кеков

Обычно на выщелачивание направляют медно-кадмиевый кек сразу после его фильтрации. На некоторых зарубежных заводах кек перед выщелачиванием выдерживают на воздухе, чтобы он окислился. Предварительное окисление, с одной стороны, улучшает растворение кека и повышает извлечение кадмия, с другой стороны, способствует большему переходу меди в раствор и тем усложняет последующую очистку раствора. По-видимому, необходимость предварительного окисления кека зависит от его состава. Небольшие количества мышьяка и кобальта, присутствующие в кеке, повышают скорость его растворения. Кек, содержащий относительно меньшее количество примесей, растворяется медленнее.
Медно-кадмиевый кек подвергают репульпации и мокрому измельчению в шаровой мельнице при ж:т = 4:1 и выщелачивают отработанным цинковым электролитом в баках с механическим или воздушным перемешиванием при температуре 50—60 °С. Выщелачивание проводят до получения кислотности 10—12 г/л и содержания меди в растворе 2—2,5 г/л. Для ускорения растворения вводят марганцевый шлам из электролитных ванн или марганцевую руду (MnO2). В конце операции выщелачивания к пульпе добавляют небольшое количество свежего медно-кадмиевого кека для снижения содержания кислоты до нейтральной реакции и уменьшения концентрации меди до 0,2—1,0 г/л. Пульпу после выщелачивания направляют в сгуститель, где она отстаивается. Нижнюю сгущенную пульпу репульпируют водой и фильтруют на дисковых или барабанных вакуум-фильтрах. Полученный медный кек, содержащий 0,3—1,0% Cd, 10—15% Zn, 30—50 % Cu, направляют на медеплавильные заводы или используют в цинковом производстве для очистки раствора сульфата цинка от хлора.
Различные варианты схем выщелачивания медно-кадмиевого кека, применяемые на заводах, а также исследованные в лабораторном и промышленном масштабах, описаны в книге И.И. Дзлиева «Металлургия кадмия».
Верхний слив сгустителя — осветленный раствор, содержащий 100—120 г/л Zn; 3—15 г/л Cd; 0,05—1,0 г/л Cu; 3—9 г/л Fe; 60—100 мг/л Ni; 50—100 мг/л Co и др., передают в баки с механическим перемешиванием для осаждения из него кадмия. Кадмий осаждают цинковой пылью. В зависимости от состава раствора проводят одно или два перессаждения кадмиевой губки. При получении после выщелачивания медно-кадмиевого кека раствора с низким содержанием кадмия (3—5 г/л) и относительно высоким содержанием меди (0,5—1,0 г/л), как правило, проводят двухкратное осаждение кадмиевой губки. Первичная кадмиевая губка содержит всего 40—45% Cd, 5—8% Cu и большой избыток цинка. Ее растворяют, медьсодержащий остаток направляют на первичное выщелачивание с медно-кадмиевым кеком, а из раствора осаждают вторичную губку, которая содержит до 75% кадмия и 5—10% Zn. Цементация кадмия из нейтральных растворов может сопровождаться осаждением основных солей цинка на поверхности осадителя, что существенно снижает активность цинковой пыли. Во избежание этого цементацию проводят при содержании в растворе 1—2 г/л кислоты. На некоторых зарубежных заводах, где перерабатывают более богатые медно-кадмиевые кеки, раствор после их выщелачивания очищают от меди цементацией цинковой пылью и из очищенного раствора осаждают кадмий. Это дает возможность получать кадмиевую губку с низким содержанием примесей и использовать ее без переосаждения для приготовления электролита.
Осаждение первичной кадмиевой губки проводят при температуре 40—50 °С с загрузкой цинковой пыли небольшими порциями, расход цинковой пыли составляет 110—130% от теоретически необходимого. Полноту осаждения кадмия проверяют пробой раствора с сероводородной водой. Общая продолжительность операции составляет 45—60 мин. Пульпу фильтруют на рамном фильтр-прессе. Раствор после осаждения первичной кадмиевой губки, содержащий 100—120 г/л Zn; не более 50 мг/л Cd; 50—100 мг/л Co, передают в цинковое производство. На некоторых заводах этот раствор очищают от кобальта до смешивания его с растворами цинкового производства. На зарубежных заводах (Грейтц-Фоллс, Келлог) очистку ведут цинковой пылью в присутствии CuSO4 и Ab2O3; на отечественных — этиловым ксантогенатом калия.
Первичную кадмиевую губку растворяют в кадмиевом электролите с добавлением серной кислоты. Для ускорения растворения поддерживают температуру 75—80 °С и добавляют марганцевую руду. Для удаления из раствора меди в конце операции растворения вводят небольшой избыток свежей кадмиевой губки. Операция растворения длится 48—72 ч. Пульпу фильтруют. Из раствора осаждают вторичную губку. Осаждение вторичной кадмиевой губки проводят с расходом цинковой пыли немного менее теоретического, что позволяет из-за неполноты осаждения кадмия не иметь избытка цинка в кадмиевой губке. Вторичная губка содержит 60—75% Cd, 5—10% Zn, менее 1% Cu. Раствор, после осаждения вторичной кадмиевой губки, содержащий 120—160 г/л Zn, 2—5 г/л Cd и до 1 г/л Ni, для предотвращения накапливания никеля выводят из кадмиево-цинкового производства. Его используют в производстве цинкового купороса для обогатительных фабрик.
В том случае, если конечная операция гидрометаллургического способа переработки медно-кадмиевого кека — не электролитическое выделение кадмия из раствора, а цементация с последующей переплавкой и рафинированием цементного кадмия, вторичную губку осаждают на литых пластинах металлического цинка марки Ц0. Цементацию проводят при температуре 60—70 °С из раствора, содержащего 2—4 г/л серной кислоты. Остаточное содержание кадмия 1—2 г/л. Образующуюся губку периодически удаляют из ванны дырчатой ложкой. Губку промывают водой сначала подкисленной, затем чистой до полного удаления ионов SО4в2-. Промытую губку брикетируют на гидравлическом прессе под давлением 840—880 кг/см2. Брикеты содержат 0,3—0,4 9о Zn, имеют плотность 6,8— 7,1, до переплавки их хранят под водой.
В последние годы на одном из отечественных заводов разработан способ цементации кадмия из очищенного раствора после выщелачивания медно-кадмиевого кека в центробежном реакторе-сепараторе (ЦРС). Аппарат ЦРС состоит из корпуса, через торцовые крышки которого проходит полый вал с насаженным на него ротором. Ротор реактора состоит из закрытой турбинки и двадцати дисков, вращается он от электромотора (рис. 127).
Практика переработки медно-кадмиевых кеков

Раствор и цинковую пыль загружают в реактор. Вращающаяся турбинка создает центробежную силу, которая отбрасывает твердые частицы к периферии. Твердые частицы располагаются кольцом вокруг сепарирующего устройства, вращаясь вместе с дисками, вступают в реакцию с компонентами раствора. Благодаря быстрому вращению твердой фазы, состоящей из мелких частиц, через которые проходит раствор, реакции проходят очень быстро, практически в течение нескольких секунд, что обусловливает высокую производительность аппарата. Так как диски несколько меньше турбинки, то раствор и тонкие частицы вновь образовавшегося вещества продавливаются в зазоры между дисками, через отверстия вала поступают в полую часть вала, откуда их выводят через штуцер в корпусе аппарата.
Испытания такого аппарата показали, что применение его позволяет в одну стадию получить из раствора кадмиевую губку, содержащую 99,5% Cd; 0,2% Zn, из которой переплавкой и рафинированием может быть получен кондиционный металлический кадмий. Расход цинковой пыли при этом составляет 0,7 кг на 1 кг кадмия против 2—3 кг при двухстадийном осаждении кадмиевой губки в баках с мешалками. Сложность центробежного реактора-сепаратора, забивание отверстий в валу и неполнота осаждения кадмия в нем препятствуют широкому распространению этого аппарата на предприятиях.
Для приготовления кадмиевого электролита растворяют вторичную губку. Так же как и первичную губку, вторичную губку растворяют при температуре 75—80 °С. В процессе растворения тщательно контролируют кислотность и содержание меди в растворе. Признаком скончания процесса служит отсутствие в растворе свободной серной кислоты и меди при минимальном количестве твердого осадка. Полученную пульпу фильтруют на фильтрпрессах. Чтобы тонкая взвесь, проходящая сквозь фильтровальную ткань, не попала в электролит, первые порции фильтрата возвращают в бак растворения и лишь при образовании на поверхности фильтровальной ткани достаточного слоя кека фильтрат направляют в сборник кадмиевого электролита. Кек после промывки на фильтре водой направляют на выщелачивание вместе с первичной кадмиевой губкой. При повышенной концентрации таллия в электролите его счищают, осаждая таллий бихроматом калия или перманганатом калия. Кадмиевый электролит содержит 200—250 г/л Cd, 30—40 г/л Zn, следы меди.
Основное оборудование, применяемое в кадмиевых цехах для выщелачивания и счистки растворов, а также для фильтрации пульп, не отличается от применяемого в цинковом производстве: это те же баки с механическим и воздушным перемешиванием, дисковые вакуум-фильтры и рамные фильтр-прессы. Так как почти на всех переделах схемы переработки медно-кадмиевого кека (выщелачивание кека, осаждение кадмия из подкисленных растворов, растворение кадмиевой губки) возможно выделение мышьяковистого водорода — сильного яда, то все баки с мешалками (или с воздушным перемешиванием) имеют плотные крышки, а газы из-под них отсасывают вентиляторами.
Электролитическое осаждение кадмия проводят в ваннах с нерастворимыми свинцовыми анодами и алюминиевыми катодами. Электролиз проводят наиболее часто на истощение. Постоянный рабочий состав электролита и непрерывное питание ванны раствором наподобие цинкового электролиза в кадмиевом производстве применяют редко. При работе на истощение концентрация кадмия в электролите снижается с 80—200 до 10—70 г/л, содержание серной кислоты возрастает с 10 до 150—200 г/л. Температура электролита 25—30 °С (без охлаждения). В качестве поверхностно активней добавки применяют столярный клей. Расход его 2—3 кг/т. Электроосаждение кадмия проводят с неподвижными перемещающимися в вертикальной плоскости или вращающимися катодами. Наибольшее применение имеют ванны с неподвижными катодами. Процесс электроосаждения в таких ваннах проводят при плотности тока 40—50 а/м2, продолжительности наращивания кадмия 24 ч. При более высокой плотности тока и большей продолжительности наращивания катодных осадков наблюдается сильное дендритообразование, выход по току снижается, особенно если имеются загрязнения.
Толщина кадмиевого катодного осадка за 24 ч электролиза составляет 0,2—0,3 мм. Катодные осадки получаются в виде гибких, легко скатываемых в трубку пластин. Выход по току 70—90%.
Циркуляция электролита в ваннах со стационарными катодами позволяет повысить плотность тока. На заводе в Келлог (США) электроосаждение кадмия ведут при циркуляции электролита, что дает возможность повысить плотность тока до 108—200 а/м2 (при 12-ч цикле наращивания катодного осадка). На заводе в Порто-Маргере (Италия) применяют ванны с катодами, постоянно перемещающимися в вертикальней плоскости. Плотность тока при этом составляет 80 а/м2. На заводе в Рисдоне (Австралия) применяют ванны с вращающимися катодами, что позволяет проводить электролиз при плотности тока 250—300 и продолжительности наращивания до 96 ч.
Катодами служат алюминиевые диски, которые погружены в электролит примерно на 2/5 диаметра. Каждый вращающийся катодный диск располагается между двумя неподвижными свинцово-серебряными анодами, имеющими форму сегментов и целиком погруженными в раствор. Катодные диски снабжены втулками из алюминия. Диски надевают на стальной вал таким образом, что алюминиевыми втулками, плотно примыкающими одна к другой, вал изолируется от корродирующего действия раствора. С одного конца вала с помощью щеток подводится постоянный ток. На другом конце вала находится привод. Скорость вращения дисков 1,5 об/мин.
Несмотря на ряд преимуществ ванн с вращающимися катодами (возможность работать с более высокой плотностью тока, более длительный цикл наращивания катодного металла, большая толщина катодных отложений и др.), они не получили распространения ни за рубежом, ни в России. Сложность конструкции этих ванн по сравнению с ваннами со стационарными катодами, дополнительный расход электроэнергии ка вращение катодов, повышенные требования к чистоте электролита делают нецелесообразным применение этих ванн.
Практика переработки медно-кадмиевых кеков

Кроме того, из-за меньшей компактности их размещения по сравнению со стандартными ящичными ваннами съем кадмия с 1 м2 площади электролизного отделения при использовании ванн с вращающимися катодами не увеличивается, а уменьшается.
На одном из отечественных заводов внедрен электролитический способ осаждения кадмия на стационарных катодах при высокой плотности тока в виде порошка.
Ванна прямоугольной формы с коническим днищем, где во время электролиза собираются порошкообразные частицы кадмия, спадающие с катодов. Электроссаждение кадмия проводят по принципу истощения электролита (рис. 128). Катодная плотность тока 300—500 а/м2, температура 25—35 °С, содержание кадмия в исходном электролите 200—250 г/л, в отработанном 15—20 г/л. При этих параметрах выход по току составляет 80—90%, расход электроэнергии постоянного тока 1700—2000 квт*ч/т.
После окончания электролиза кадмиевый осадок удаляется через донные отверстия ванны вместе с отработанным электролитом в общий желоб и по нему самотеком поступает в сборник для отделения осадка от отработанного электролита и исследующей промывки осадка. Затем осадок брикетируют и брикеты плавят. Переплавку катодного кадмия или брикетов кадмиевой губки проводят в электрообогреваемых котлах под слоем едкого натра. Перед плавкой в котел загружают едкий натр и нагревают до температуры 400—450 °С. Листы катодного кадмия, снятые с матриц, промывают водой, свертывают в рулоны и загружают в расплавленную щелочь. После загрузки в котел заданного количества металла устанавливают мешалку и расплавленный металл перемешивают, периодически снимая дросс. Если в катодном металле содержится таллий, то после снятия щелочного дросса загружают хлористый аммоний и рафинируют металл от таллия, который всплывает на поверхность расплавленного кадмия в виде хлористого дросса.
Если в кадмии содержится никель (брикетированный цементный кадмий), после рафинирования от таллия проводят рафинирование от никеля, вмешивая в расплавленный кадмий металлический алюминий при температуре 660—680 °С. После снятия никелевых дроссов расплавленный кадмий рафинируют от алюминия едким натром.
После каждой операции рафинирования проводят анализ металлического кадмия на содержание примесей (по ГОСТу). При получении удовлетворительных результатов (металл удовлетворяет требованиям марки КДО) расплавленный кадмий разливают в изложницы. Рафинирование катодного кадмия продолжается 2—4 ч. Извлечение из катодного кадмия в чушковый составляет 96—98%, расход щелочи 30—50 кг/т кадмия.
Брикетированная кадмиевая губка по сравнению с катодным кадмием сильно загрязнена примесями цинка, таллия, никеля. Поэтому рафинирование его — длительная операция, которая продолжается иногда до 72 ч. Расход щелочи составляет 10% от массы брикетов. Извлечение из брикетов в чушковый металл не превышает 94—96%.
Практика переработки медно-кадмиевых кеков
Практика переработки медно-кадмиевых кеков

В табл. 86 приведены некоторые данные о переработке медно-кадмиевых кеков за рубежом и в России, характеризующие большое разнообразие состава исходного сырья, промежуточных продуктов и применяемых режимов на отдельных переделах технологических схем.
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