Гидрометаллургический способ получения цинка
|
Принципиальная схема гидрометаллургического процесса приведена на рис. 3. По этому способу цинк выщелачивается из предварительно обожженного концентрата раствором серной кислоты. Обжигают цинковые концентраты перед выщелачиванием различными способами. В начале века это делали в подовых печах с ручным и механическим перегребанием, на смену им пришли многоподовые печи с механическим перегребанием, а в настоящее время цинковые концентраты обжигают во взвешенном состоянии или кипящем слое. Обжиг проводят таким образом, чтобы огарок не спекся, частицы его существенно не укрупнились и сохранили максимальную поверхность, так как это облегчает последующее его выщелачивание. Обжиговые газы повсеместно используют для производства серной кислоты, которая стала постоянным спутником цинкового производства. При выщелачивании цинк переходит в раствор в виде сернокислого цинка по реакции ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + Н2О. Кек, получаемый после выщелачивания концентрата и обычно содержащий много цинка, перерабатывают для его доизвлечения. Помимо цинка, при выщелачивании частично растворяются содержащиеся в концентрате примеси (медь, кадмий, кобальт и др.). Поэтому раствор очищают от них рядом операций.  Полученный при этом медно-кадмиевый кек направляют на кадмиевое производство. После выделения кадмия остаток направляют в медное производство, а для извлечения из кеков кобальта предложены различные методы их переработки. Водный раствор сернокислого цинка, очищенный от примесей, поступает на электролиз в ванны со свинцовыми анодами и алюминиевыми катодами. Процесс электролиза протекает по реакции ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 + 0,5O2. Цинк осаждается на катоде, а у анода регенерируется серная кислота, используемая для выщелачивания новых порций обожженного концентрата. Катодный осадок цинка переплавляют и разливают по изложницам. Гидрометаллургический процесс появился в начале нашего века. В России, близ города Кельцы небольшая промышленная установка была построена инженером JIaщинским еще в 1909 г. Она успешно работала до 1911 г. и только в результате финансовых затруднений и полного отсутствия поддержки со стороны царского правительства Лащинский вынужден был прекратить свои опыты. На всемирной Парижской выставке 1904 г. Ашкрофт демонстрировал цинковые катоды, полученные электролизом, но первые крупные промышленные установки были пущены в США только в 1915 г. Первые попытки освоения гидрометаллургического процесса были неудачны главным образом в связи со стремлением применить его к сложным по составу рудам и концентратам. И только после того, как были получены достаточно богатые и относительно чистые от примесей концентраты, гидрометаллургический процесс дал высокие технологические показатели, обеспечившие широкое его развитие. Это развитие было стимулировано также начавшейся первой мировой войной, в период которой резко возросла потребность в чистом цинке. К 1930—1935 гг. гидрометаллургическим способом получалось около 50% мировой добычи цинка и за последние 30 лет соотношение между цинком, получаемым пиро- и гидрометаллургическим способами, почти не меняется, оставаясь на уровне 1:1. Помимо того что гидрометаллургический способ позволяет получать чистый цинк, этим способом удается более полно извлечь содержащиеся в концентрате медь, кадмий, кобальт, а также редкие и рассеянные элементы. Этот способ стараются применять к комплексным концентратам, содержащим ценные примеси кадмия и редких элементов. В то же время гидрометаллургический способ связан с большим расходом электроэнергии. При выщелачивании и очистке от примесей концентратов, содержащих много кремнезема, а также свинца и меди, встречаются значительные трудности, снижающие его технико-экономические показатели, а строительство цинкэлектролитных заводов связано с большими удельными капитальными затратами. На выбор способа производства влияет также и структура потребления цинка, поскольку значительная его доля расходуется на оцинкование железа, для которого не требуется цинк высокой чистоты, и металл дистилляционных марок вполне удовлетворяет этим целям. За 50 лет применения в промышленности отдельные стадии гидрометаллургического способа непрерывно совершенствовались, хотя и сохранились все первоначально определившиеся переделы. Вариантов гидрометаллургической схемы меньше, чем пирометаллургической. В настоящее время выбор той или иной схемы при сооружении новых заводов или реконструкции действующих определяется конкретными экономическими условиями данного района или завода, например стоимостью электроэнергии и штыба или отсевов кокса, потреблением металла, наличием вспомогательных материалов, характером сырья и т. д. В России цинковая промышленность росла в период, когда бурное развитие в мировой технике получил гидрометаллургический способ. В настоящее время, за исключением Беловского завода, эксплуатирующего старые дистилляционные ретортные печи и реконструируемого по электротермической схеме, все остальные заводы работают по гидрометаллургическому способу — с высокими технико-экономическими показателями и высокой степенью комплексности использования сырья. |
