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 FeZn_x.

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;