главная страница    словари    ГОСТЫ И ТУ    свойства металлов    производители металлов    о проекте

медь  бронза  латунь  алюминий  титан  никель  кобальт  цинк  магний  олово  свинец  медно-никелевые сплавы  вольфрам   молибден   ниобий   тантал

iv>

Цинкосодержащее сырье и способы его переработки

Цинковые руды делятся на сульфидные и окисленные. В первых цинк представлен соединениями с серой (сфалерит, марматит), во вторых - карбонатом и силикатами.

Окисленные руды - вторичного происхождения. Они образовались в результате выветривания сульфидных месторождений.

Большинство сульфидных месторождений имеет сверху зону окисленных руд. Запасы окисленных руд очень ограничены. Поэтому в переработку поступают в основном сульфидные цинковые руды.

Понятие «цинковые руды» - довольно условное. В той или иной степени цинковые руды за редкими исключениями содержат соединения свинца, меди, кадмия и других металлов, являясь поэтому полиметаллическим комплексным сырьем.

Полиметаллические сульфидные цинковые руды можно в свою очередь разделить на свинцово-цинковые, медно-цинковые и свинцово-медные.

В сульфидных полиметаллических рудах содержание цинка обычно составляет 1-3%. Эти руды имеют сложный состав. В настоящее время из них извлекают до 17 элементов. Всё это обусловливает необходимость проведения предварительного обогащения руд по селективной схеме с получением нескольких концентратов (цинкового, медного, свинцового, пиритного).

Цинковые концентраты селективного флотационного обогащения полиметаллических руд содержат, %: 48-60 Zn; 1,5-2,5 Pb; 1-3 Cu; до 0,25 Cd; 3-10 Fe; 30-38 S; до 10 пустой породы (Si02, СаО, Аl20з и др.). Цинковые концентраты - комплексное сырье. Из них нужно извлекать цинк, свинец, медь, кадмий, серу, золото, серебро, ртуть, галлий, индий, таллий, селен, теллур.

Переработку цинковых концентратов в настоящее время осуществляют двумя методами: пирометаллургическим (дистилляционным) и гидрометаллургическим.

В основе Пирометаллургического способа лежат процессы восстановления оксида цинка при температуре 1000-1100°С, т.е. при температуре выше точки кипения металлического цинка, что обеспечивает выделение его в момент образования в парообразном состоянии и возгонку (дистилляцию) в виде паров:

ZnO + С = Zn пар + СО; ZnO + СО = Zn пар + С02.

Пары цинка в дальнейшем конденсируют. Получение жидкого цинка дистилляцией возможно только в условиях сильно восстановительной атмосферы и полной герметизации применяемой аппаратуры.

В связи с тем, что цинковый концентрат представляет собой сульфидный материал, а восстановление цинка возможно только из его оксида, дистилляции предшествует окислительный обжиг с полным удалением серы.

Принципиальная технологическая схема пирометаллургического способа получения пинка приведена на рис. 1. Возможны несколько вариантов аппаратурного оформления пирометаллургического способа получения цинка: в горизонтальных и вертикальных ретортах, в шахтных и электрических печах. Химизм процесса во всех случаях одинаков.

Черновой цинк, полученный любым из этих способов дистилляции, содержит до 3-4% примесей, в том числе до 3% Pb, до 0,3% Fe, до 0,5% Cd, а также медь, железо, мышьяк, сурьму и некоторые другие примеси.

Весь дистилляционный цинк подлежит обязательному рафинированию. Основными способами рафинирования чернового цинка являются ликвация и ректификация. Ликвационное рафинирование основано на уменьшении растворимости примеси (металла или его соединений) при снижении температуры и на разделении фаз по плотности.

Ликвацией цинк очищают от свинца и железа.

Свинец ограниченно растворим в цинке. При 430-450°С предельная растворимость свинца состав ляет около 1%. С железом цинк образует нераст воримые в цинке интерметаллические соединения типа FeZnx.

При ликвационном рафинировании образуются три слоя: нижний - цинковистый свинец, содержащий 5-6% Zn; средний - железистый цинк с содержанием 4-5% Fe, остальное цинк, и верхний - жидкий рафинированный цинк. Кроме того, на поверхности цинка образуются дроссы - твердые частицы окисленного цинка.

Ликвацию проводят в отапливаемых   отражательных печах вместимостью 30-150 т. После расплавления чушек чернового цинка расплав выдерживают в печи в течение 24-36 ч. Полученный после ликвации цинк обычно содержит 0,8-1,2%РЬ и 0,03-0,04%Fe. Извлечение цинка в этот продукт составляет около 90%.

Цинковистый свинец используют в свинцовой промышленности при обессеребрении свинца. Дроссы и железистый цинк возвращают в шихту дистилляционных печей.

Дистилляционный цинк в основном используют для горячего цинкования, где не требуется его высокая чистота. Однако при гальваническом нанесении цинковых покрытий содержание свинца в цинке не должно превышать 0,2-0,3%.

Одним из возможных способов дополнительной очистки от свинца является повторная дистилляция. При нагреве цинка до 1000 °С цинк и кадмий возгоняются. Пары цинка конденсируют, и получается цинк с содержанием свинца около 0,1 %.

Для получения цинка высокой чистоты применяют ректификационное рафинирование, которому обязательно предшествует ликвация.

Ректификацией называют процесс многократной дистилляции и конденсации.

Ректификация основана на различной летучести цинка и его металлических примесей, что позволяет разделять компоненты даже с близкими температурами кипения. Ректификацию проводят в аппаратах, называемых ректификационными колоннами. Ректификация позволяет получать цинк чистотой 99,996-99,998%.

Однако наиболее распространенным способом производства цинка остается

гидрометаллургический способ. Широкое распространение гидрометаллургии при производстве цинка обусловлено её значительными преимуществами по сравнению с дистилляцией. К ним относятся:

1)  более высокое извлечение цинка и сопутствующих элементов;

2)   более высокая комплексность использования сырья;

3)   высокое качество цинка;

4)   высокая механизация трудоёмких процессов.

По этому способу цинк выщелачивают (растворяют) раствором серной кислоты из предварительно обожженного концентрата (огарка). При выщелачивании цинк переходит в раствор в виде сернокислого цинка по реакции:

ZnO + H2SO4 = ZnS04 + Н2О

При выщелачивании цинкового огарка в раствор частично переходят содержащиеся в нём компоненты. Одни из них отрицательно влияют на последующее электролитическое осаждение цинка, другие являются ценными компонентами, которые необходимо извлекать.

Основными примесями цинковых растворов являются железо, алюминий, мышьяк, сурьма, кадмий, германий, медь, кобальт и кремниевая кислота.

Очистку растворов от примесей проводят несколькими последовательными операциями: гидролизом, цементацией, добавкой химических реагентов, образующих с примесями труднорастворимые соединения.

Очищенный от примесей нейтральный раствор сульфата цинка (120-160 г/л Zn), поступающий на электролиз, должен содержать, мг/л, не более: 0,2Cu; 40 Fe; 3 Со; 2 Ni; 3Cd; по 0,01 As, Sb и Ge и 150 Cl.

Нейтральный электролит, очищенный от примесей, непрерывно поступает в электролизные ванны, из которых отводится такой же объем отработанного электролита состава: около 40 г/л Zn и до 160 г/л H2S04. В результате этого процесс электролитического осаждения цинка фактически происходит из электролита, содержащего 50-60 г/л Zn и 100-120 г/л H2S04.

Электролитическое осаждение цинка из сульфатных растворов осуществляют в ваннах ящичного типа, аноды отливают из свинца с добавкой 1% серебра, повышающего его коррозионную стойкость, катоды выполняют из листового алюминия толщиной 3-4 мм; катодная плотность тока составляет 550-650 А/м2. Выход по току равен 88-92%.

Электролитический способ получения цинка позволяет получать металл высокой чистоты, содержащий не менее 99,99% Zn. Для получения высших марок товарного металла электролитический цинк очищают вакуумной перегонкой.

Катодный цинк непригоден для непосредственного использования и его переплавляют в чушки определенной формы и массы.

Переплавку цинка проводят в индукционных печах. Производительность таких печей составляет от 100-120 до 350-500 т/сутки.