Суровини, съдържащи цинк
Цинксъдържащи суровини и методи за преработката им
Цинковите руди се делят на сулфидни и окислени. В първия цинкът е представен от съединения със сяра (сфалерит, марматит), във втория - от карбонат и силикати.
Окислените руди имат вторичен произход. Те са се образували в резултат на изветряне на сулфидни находища.
Повечето сулфидни находища имат зона от окислени руди отгоре. Запасите от окислени руди са много ограничени. Затова се преработват предимно сулфидни цинкови руди.
Концепцията за "цинкови руди" е доста условна. В една или друга степен цинковите руди, с редки изключения, съдържат съединения на олово, мед, кадмий и други метали, поради което са сложни полиметални суровини.
Полиметалните сулфидни цинкови руди могат от своя страна да бъдат разделени на оловно-цинкови, медно-цинкови и оловно-медни.
Цинковите концентрати от селективно флотационно обогатяване на полиметални руди съдържат, %: 48-60 Zn; 1,5-2,5Pb; 1-3Cu; до 0,25 Cd; 3-10 Fe; 30-38S; до 10 отпадъчни скали (Si 02, CaO, A l 2 0z и др.). Цинковите концентрати са комплексни суровини. От тях е необходимо да се извличат цинк, олово, мед, кадмий, сяра, злато, сребро, живак, галий, индий, талий, селен, телур.
Преработката на цинкови концентрати в момента се извършва по два метода: пирометалургичен (дестилация) и хидрометалургичен.
Пирометалургичният методсе основава на процесите на редукция на цинков оксид при температура 1000-1100°C, т.е. при температура над точката на кипене на металния цинк, което осигурява освобождаването му в момента на образуване в състояние на пара и сублимация (дестилация) под формата на пари:
ZnO + C = Zn пари + CO; ZnO + CO = Zn пари + CO2.
Двойкицинкът се кондензира допълнително. Получаването на течен цинк чрез дестилация е възможно само при условия на силно редуцираща атмосфера и пълно запечатване на използваното оборудване.
Поради факта, че цинковият концентрат е сулфиден материал и редукцията на цинка е възможна само от неговия оксид, дестилацията се предшества от окислително изпичане с пълно отстраняване на сярата.
Основната технологична схема на пирометалургичния метод за получаване на розово е показана на фиг. 1. Има няколко варианта на оборудване за пирометалургичния метод за получаване на цинк: в хоризонтални и вертикални реторти, в шахтови и електрически пещи. Химията на процеса е еднаква във всички случаи.
Черновият цинк, получен чрез някой от тези методи за дестилация, съдържа до 3-4% примеси, включително до 3% Pb, до 0,3% Fe, до 0,5% Cd, както и мед, желязо, арсен, антимон и някои други примеси.
Целият дестилационен цинк подлежи на задължително рафиниране. Основните методи за рафиниране на суров цинк са сегрегация и ректификация. Разделителното рафиниране се основава на намаляване на разтворимостта на примес (метал или негови съединения) с понижаване на температурата и разделяне на фазите по плътност.
Отделянето на цинка се пречиства от олово и желязо.
Оловото е слабо разтворимо в цинка. При 430–450°С пределната разтворимост на оловото е около 1%. С желязото цинкът образува интерметални съединения от типа FeZnx, които са неразтворими в цинка.
Цинков сулфиден концентрат. Агломериращо изпичане
Фигура 1. Схематична диаграма на обработката на сулфидни цинкови концентрати по пирометалургичен метод
Сегрегацията се извършва в нагрети реверберационни пещи с капацитет 30-150 т. След топененеобработени цинкови слитъци
стопилката се държи в пещта за 24-36 ч. Цинкът, получен след сегрегация, обикновено съдържа 0,8-1,2% Pb и 0,03-0,04% Fe. Извличането на цинк в този продукт е около 90%.
Цинковото олово се използва в оловната промишленост за отстраняване на оловото. Дросите и железистият цинк се връщат в шихтата на дестилационните пещи.
За получаване на цинк с висока чистота се използва ректификационно рафиниране, което задължително се предшества от сегрегация.
Ректификацията е процес на повтаряща се дестилация и кондензация.
Ректификацията се основава на различната летливост на цинка и неговите метални примеси, което прави възможно разделянето на компоненти дори при близки точки на кипене. Ректификацията се извършва в апарати, наречени дестилационни колони. Ректификацията дава възможност да се получи цинк с чистота 99,996-99,998%.
Въпреки това, най-разпространеният метод за производство на цинк остава
хидрометалургични сп. б. Широкото използване на хидрометалургията в производството на цинк се дължи на нейните значителни предимства пред дестилацията. Те включват:
1) по-високо извличане на цинк и свързани елементи;
2) по-висока сложност на използването на суровини;
3) висококачествен цинк;
4) висока механизация на трудоемките процеси.
Съгласно този метод цинкът се излугва (разтваря) с разтвор на сярна киселина от предварително калциниран концентрат (калцин). При излугване цинкът преминава в разтвор под формата на цинков сулфат според реакцията:
ZnO + H 2 SO 4 \u003d ZnS 0 4 + H 2 O.
При излужване на цинкова сгурия съдържащите се в нея компоненти частично преминават в разтвора. Някои от тях влияят неблагоприятно на последващото електролитно отлаганецинк, други са ценни компоненти, които трябва да бъдат извлечени.
Основните примеси в цинковите разтвори са желязо, алуминий, арсен, антимон, кадмий, германий, мед, кобалт и силициева киселина.
Пречистването на разтвори от примеси се извършва чрез няколко последователни операции: хидролиза, циментиране, добавяне на химически реагенти, които образуват слабо разтворими съединения с примеси.
Пречистен от примеси, неутрален разтвор на цинков сулфат (120-160 g / l Zn), влизащ в електролизата, трябва да съдържа, mg / l, не повече от: 0,2 Cu ; 40Fe; 3 Co; 2Ni; 3 cd ; по 0,01 As, Sb и Ge и 150 Cl.
Неутралният електролит, пречистен от примеси, непрекъснато навлиза в електролизните вани, от които се изхвърля същият обем отработен електролит от състава: около 40 g / l Zn и до 160 g / l H 2 S 04. В резултат на това процесът на електролитно отлагане на цинк всъщност се извършва от електролит, съдържащ 50-60 g / l Zn и 100-120 g / l H 2 S 04.
Електролитното отлагане на цинк от сулфатни разтвори се извършва във вани тип кутия, анодите се отливат от олово с добавяне на 1% сребро, което повишава неговата устойчивост на корозия, катодите са изработени от алуминиев лист с дебелина 3-4 mm; катодната плътност на тока е 550-650 A/m 2 . Текущата продукция е 88-92%.
Електролитният метод за производство на цинк дава възможност да се получи метал с висока чистота, съдържащ най-малко 99,99% Zn. За да се получи най-висок клас стоков метал, електролитният цинк се пречиства чрез вакуумна дестилация.
Катодният цинк е неподходящ за директна употреба и се разтопява на слитъци с определена форма и маса.
Претопяването на цинк се извършва в индукционни пещи. Производителността на такива пещи варира от 100-120 до 350-500 тона/ден.