Лабораторна робота № 7
гидролитическая очищення сульфатного цинкового розчину від заліза
Мета роботи
Вивчити вплив основних технологічних параметрів на показники випалу сульфідних цинкових концентратів.
Короткі теоретичні відомості
Ретельне і повне проведення операцій очищення розчину сульфату цинку від домішок - запорука успішної роботи всього підприємства.
Кожен гідрометалургійний цинковий завод приділяє цьому відповідальному ділянці роботи особливо серйозну увагу.
В результаті кислого вилуговування обпаленої концентрату розчин кислого зливу згущувача виходить сильно забрудненим домішками, що видно з наступних даних:
вільної сірчаної кислоти, г / л - 1-2;
твердого, г / л - 30-40;
цинку, г / л - 100-200;
міді, мг / л - 1500-3000;
заліза (загального), мг / л - 700-2500;
заліза (закісного), мг / л - 200-600;
миш'яку, мг / л - 20-80;
сурма, мг / л - 5-20;
кремній кіслотасі, мг / л - 200-300 та ін.
Всі присутні в цинкових розчинах домішки умовно можна розділити на наступні чотири групи:
1-група: Fe, Аl, Nu, Аs, Sb, Ge, Jn, SiO2.
2-група: Nu, Nd, Ni, Ta.
3-група: No, Nl, F.
4-група: K, Na, Mg, Mn.
Такий поділ домішок на групи пояснюється наявністю у них деяких подібних властивостей дозволяють застосовувати один спосіб очищення для декількох домішок.
Так, наприклад, від заліза, алюмінію, миш'яку, сурми, кремнію і частково від міді можна очистити розчин в нейтральній стадії вилуговування, доводячи пульпу до певного значення рН.
Мідь і кадмій витісняється додаванням металевої цинкового пилу.
Для очищення від кобальту, хлору і фтору необхідно вводити в розчин спеціальні реагенти, що зв'язують їх в малорозчинні хімічні сполуки. Остання, 4 група домішок не піддається відомим в гідрометалургії цинку способам очищення і потребує для зниження концентрації калію, магнію і марганцю в оновленні циркулюючих розчинів шляхом часткового безповоротного виведення їх з процесів.
Всі домішки можна було б також умовно розбити на дві групи в залежності від того, накопичуються вони в розчинах чи ні. До числа не накопичуються домішок відносяться: залізо, миш'як, сурма, алюміній, кремнезем. Представниками накопичуються домішок найбільш типовими, є: кобальт, хлор, калій, натрій, магній, марганець.
твердого, г / л - 1-2;
цинку, г / л - 105-125;
міді, мг / л - 600-1500;
кадмію, мг / л - 200-500;
заліза (закісного), мг / л - 30-100;
миш'яку, мг / л - 0,8-2,0;
сурма, мг / л - 0,2-0,3;
кремнієва кислота, мг / л - 200-300 та ін.
Питома вага зливу такого складу коливається в межі 1,3 - 1,37, а рН найчастіше становить 5,2 - 5,4.
При нейтральному вилуговування здійснюється гидролитическая очищення розчину від ряду вищевказаних домішок. Гідролітична очищення заснована на гідролізі - процесу розкладання водою знаходиться в розчині солі або процесу взаємодії іонів води з іонами солі. Повнота очищення залежить від ступеня нейтралізації пульпи, яка характеризується концентрацією в розчині водневих іонів. Показником концентрації іонів водню служить рН.
При поступовому підвищенні рН розчинів утворюються і випадають в осад гідрати тих чи інших металів. підвищувати рН можна лише до початку випадання гідроксиду цинку. Так як в промислових розчинах зазвичай міститься, 100-120 г / л цинку то максимальне значення рН може, бути допущено при нейтральному вилуговуванні недогарка відповідно 5,6 - 5,5.
Осадження гідроксиду в залежності від рН.
Залізо в розчині після кислого вилуговування недогарка може бути присутнім у вигляді Fe2 (SO4) 3 і FeSO4.
Осадження гідрату закису заліза може відбуватися, або при дуже великому рН (близько 8,5), або при незначній концентрації цинку в розчині і великої концентрації закісного заліза.
У промислових розчинах FeSO4 НЕ гидролизируется.
Щоб здійснити більш повну очистку розчину від заліза - закисной його форму переводять в окисну. Це досягається окисленням заліза будь-яким окислювачем: повітрям, перманганатом калію або марганцевої рудою. Окислення бажано проводити в кислому гілки, щоб в нейтральну стадію вилуговування надійшло залізо, підготовлене до гідролізу, тобто в окисної формі.
Найкращим окислювачем в кислому середовищі опинявся пиролюзит, або перекис марганцю, що знаходиться в марганцевої руди. При дії сірчаної кислоти на перекис марганцю відбувається реакція:
За якою марганець у вигляді сірчанокислого, переходить в розчин при цьому виділяється кисень - активний окислювач заліза.
Реакція окислення сульфату закису заліза в присутності перекису марганцю і вільної сірчаної кислоти має наступний вигляд:
Швидкість і повнота реакції залежать, від концентрації сірчаної кислоти і температури. Практикою встановлено, що задовільні результати окислення виходять при кислотності 5-8 г / л сірчаної кислоти і температурі 40-60 0 С.
Отримана сірчанокисла окис заліза гідролізу за реакцією:
Виділяється по реакції сірчана кислота нейтралізується окисом цинку, наявної в обоження концентраті. Сумарна реакція гідролітичного осадження наводиться нижче:
Одночасно з осадженням заліза в осад переходять миш'як, сурма і кремнекислота:
При наявності гідроксиду заліза остання може реагувати з миш'яковистою кислотою по реакції:
утворюється при цьому подвійна сіль заліза і миш'як випадає в осад.
Чистий миш'як і сурма можуть вилучатися з розчину у вигляді основних солей погано розчинних у воді (As2 O3 2SO3 і Sb2 O3 2SO3), а також за рахунок адсорбції миш'яку і сурми сильно розвиваючи поверхню гідрату окису заліза.
Практичні дані показують, що для задовільною очищення розчинів від миш'яку необхідно мати в них заліза в 10 разів більше, ніж миш'яку. Для очищення заліза від сурми, необхідно мати в розчині ще більше: 20-40 одиниць заліза на одиницю сурми. Іноді, при нестачі заліза в розчині, до нього спеціально додають залізний скрап з метою більш глибокого очищення від миш'яку і сурми.
У розчині кислої гілки вилуговування може перебувати до 2-3 г / л кремнекислоти. У процесі нейтралізації розчинів в нейтральній гілки кремнекислоти відбувається коагуляція, тобто частинки її укрупнюються і внаслідок збільшення ваги осідають в згущувачах на дно разом з гідратами металів.
Осадження гідратів заліза, миш'яку, сурми, міді і кремнекислоти в нейтральній гілки ще не означає повного виведення цих домішок з циклу вилуговування. Нижній продукт нейтральних сгустителей, в якому концентруються домішки при гидролитической очищення, надходить на вилуговування в кислу гілка. Тут все обложені раніше домішки в більшій чи меншій мірі знову переходять в розчин під дією сірчаної кислоти.
Внаслідок виборчого властивості сірчаної кислоти розчиняти переважно окис цинку в стадії кислого вилуговування, повного зворотного розчинення домішок не спостерігається. Цим забезпечується висновок домішок з процесу з цинковими кекамі (кислими кекамі).
Зворотне розчинення домішок залежить від кислотного режиму, тривалості вилуговування і, особливо від кінцевої кислотності пульпи, що надходить на згущення. Найлегше розчиняються гідрати міді, потім сполуки миш'яку, гідрати заліза і кремнекислота.
Отже, для того щоб попередити накопичення цих домішок в процесі і забезпечити найбільш повний їх висновок з цинкового вилуговування, необхідно мати в кислому гілки мінімальну кислотність. Ця кислотність повинна бути достатньою для отримання розчинного цинку в розчин.