Свинец и цинк. Производство свинца и цинка Принципиальная технологическая схема производства цинка гидрометаллургическим способом
 Скачать 251 Kb.
|
Производство свинца и цинкаПринципиальная технологическая схема производства цинка гидрометаллургическим способомНа производство H2SO4 Цинковый концентрат Воздух Окислительный обжиг Огарок Газы и пыль Газоочистка Газы Пыль Выщелачивание и разделение пульпы Остаток Раствор ZnSO4 с примесями . На специальную переработку Очистка от примесей Отходы Раствор ZnSO4 На специальную переработку Электролиз Отработанный электролит Переплавка и разливка Потребителю Катодный цинк Свойства цинкаПлотность 7,14 г/см3 Температура плавления 419,4оС Температура кипения 906оС Стандартный электродный потенциал -0,762 В На воздухе цинк покрывается пленкой основного карбоната ZnCO3.3Zn(OH)2 Основные минералыСфалерит (ZnS) Марматит (Zn,Fe)S. Цинкит (ZnO), Смитсонит (ZnCO3), Виллемит (Zn2SiO4), Каламин (Zn2SiO4.H2O) Cостав концентрата, %: Zn – 45-60; Pb – 0,1-3,0; Cu – 0,2-3,0; Cd – 0,1-0,5; Fe – 5-13; S – 29-35; SiO2 – 0,4-4. ОбжигВ современном промышленном производстве цинка для получения огарка практически повсеместно обжиг цинковых концентратов проводят в печах кипящего слоя при температурах 900-1000оС (чаще всего при 930-980оС) с площадью пода от 21-35 м2 до 72-123 м2, в которых можно обжигать 100-800т концентрата в сутки (от 5 до 10-20 т/м2сут). Огарок, направляемый на выщелачивание: Должен содержать не более 0,5% сульфидной серы, Должен содержать до 2-4% сульфатной серы, Должен иметь размер частиц в основном не более 0,15-0,2 мм, Должен содержать как можно меньше ферритов и силикатов цинка. ВыщелачиваниеЦель: возможно более полный перевод цинка из огарка в раствор и отделение его от других компонентов огарка. Главной задачей нейтрального выщелачивания является гидролитическая очистка раствора от железа и ряда других примесей, цинк при этом удается перевести в раствор лишь частично. Разделение цинка и примесей осуществляется за счет разницы в их рН гидратообразования. 0,001 0,01 0,1 1,0 10 100 Концентрация металла, г/дм3 Fe(OH)3 Al(OH)3 Cr(OH)3 CuSO4 3Cu(OH)2 ZnSO4 3Zn(OH)2 CdSO4 3Cd(OH)2 Mn(OH)2 Cd(OH)2 Fe(OH)2 Zn(OH)2 pH 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Зависимость рН осаждения (растворения) гидроксидов и основных солей некоторых металлов в сульфатных растворах при 25оС (пунктиром обозначено предельное значение рН растворов сульфата цинка с концентрацией цинка, равной 100 г/дм3). Очистка растворов от примесейСодержание цинка в промышленных растворах цинкового производства чаще всего составляет 130-180 г/л, а конечное рН пульпы при нейтральном выщелачивании 4,8-5,4. При таких значениях рН можно очистить раствор от Fe3+, Al3+, Cr3+. От меди, кадмия, кобальта, никеля, растворы очищают цементацией, используя в качестве цементатора цинковый порошок. Очищенный от примесей раствор сульфата цинка, поступающий на электролиз, обычно содержит, мг/л: (1,2-1,8).105 Zn, (2-10).103 Mn, 0,05-0,2 As, 0,01-0,15 Sb, 0,1-2,0 Cd, 0,2-50 Fe, 0,05-0,1 Cu, 0,1-4,0 Co, 0,01-0,5 Ni, 20-300 Cl-, 20-50 F-. Электролиз цинкаЭлектролиз ведут в ваннах прямоугольной формы, корпус которых на современных заводах сделан из железобетона и покрыт изнутри кислотостойким материалом. Катодами служат листы из алюминия (можно использовать и титан), а анодами являются пластины из свинца, содержащие до 1% серебра. Суммарный результат электролиза можно представить реакцией: ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 + ½ O2 Цинк выделяется на катоде, а на аноде выделяется кислород. Возможность преимущественного выделения на катоде электроотрицательного цинка (-0,762 В), а не водорода (0 В), обусловлена высоким перенапряжением при разряде иона водорода (гидроксоний-иона Н3О+) как на цинке, так и на алюминии (около 1 В), тогда как перенапряжение при разряде ионов цинка не превышает 0,1 В. Показатели электролиза раствора сульфата цинка: - плотность тока 300-700 А/м2; - напряжение на ванне 3-3,6В; - выход по току 88-93 %; - расход электроэнергии 2800-3300 квтч/т цинка. СвинецПлотность 11,34 г/см3, Температура плавления 327,4оС, Температура кипения 1750оС. При длительном пребывании на воздухе на поверхности свинца образуется пленка основного карбоната свинца [3PbCO3.Pb(OH)2], Стандартный электродный потенциал –0,126 В. Минералы свинцаГаленит (PbS), Джемсонит (2PbS.Sb2S3) Буланжерит (3PbS.Sb2S3). Церуссит (PbCO3) Англезит (PbSO4) Состав сульфидных свинцовых концентратов, %: Pb 40-75; Cu 0,1-9; Zn 2-14; Fe 2-15; S 14-24; SiO2 0,5-8; CaO 0,3-5; Al2O3 0,4-1,5. Способы производства свинцаВыплавка реакционным способом Двухступенчатая технология Автогенные процессы Реакционный способПри выплавке свинца реакционным способом концентрат сначала обжигают для частичного перевода PbS в форму оксида и сульфата свинца по реакциям: 2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 + 828,7 кДж PbS + 2O2 = PbSO4 + 820,8 кДж Оставшийся неокисленным сульфид свинца затем взаимодействует с PbO и PbSO4 с образованием свободного металла по реакциям: PbS + 2PbO 3 Pb + SO2 – 253,4 кДж PbS + PbSO4 2 Pb + 2SO2 – 427,6 кДж Частично оксид свинца восстанавливается также за счет углерода, вводимого в шихту. Двухступенчатая технологияНа спец. переработку Флюсы Агломерирующий обжиг Возврат Газы и пыль Газоочистка Кокс Пыль Воздух На производство H2SO4 или в трубу Агломерат Шахтная восстановительная плавка Воздух Газы Газы и пыль Черновой свинец Штейн Шлак На спец. переработку На спец. переработку или в отвал Рафинирование Рафинированный свинец Разливка Потребителю Полупродукты, содержащие Cu, As, Sb, Au, Ag, Bi и др. Ме На спец. переработку Свинцовый концентрат Спекающий обжигДля спекающего обжига свинцовых концентратов используют агломашины ленточного типа с площадью спекания 20-162 м2, имеющие удельную производительность по шихте 20-30 т/м2сут. Максимальная температура в зоне обжига и спекания шихты достигает 1000-1100оС. Основной источник тепла реакции окисления сульфидов шихты. Шахтная печь1 – горн; 2 – сифон для выпуска чернового свинца; 3 – фурма; 4 – коллекторы систем водяного охлаждения; 5 – шахта печи; 6 – колошник; 7 – загрузочный шибер; 8 – шатер колошника; 9 – коллектор для подвода дутья; 10 – сифон для выпуска шлака. Ширина печи в области фурм 1-1,7 м, длина 4-8 м, высота шахты 4-6 м. Удельная производительность шахтных печей по шихте на 1м2 сечения печи в области фурм 40-100 т/сут. Извлечение свинца в черновой металл 90-96%. Получаемые шлаки содержат, %: SiO2 – 18-28; FeO – 25-40; CaO – 6-20; ZnO – 10-25; Pb – 0,8-2,5; Cu – 0,2-1. Кокс вводится в шихту в количестве 8-13% от массы агломерата. Он является основным источником тепла и восстановителем. Оксид свинца восстанавливается в печи до свободного металла по реакциям: PbO + C = Pb + CO – 107,7 кДж PbO + CО = Pb + CO2 +65,9 кДж Восстановительную атмосферу в шахтной печи регулируют таким образом, чтобы было обеспечено восстановление до металла соединений свинца, а оксиды железа восстанавливались бы только до FeO. Оксиды меди восстанавливаются, свободная медь переходит в черновой свинец, а Cu2S в штейн. Цинк в основном уходит в виде ZnO в шлак. Золото и серебро концентрируются в черновом свинце. Автогенные процессыНа производство серной кислоты На пылеулавливание 2 3 4 7 8 9 10 11 12 13 14 15 5 6 1 Схема установки КИВЦЭТ-ЦС:
Процесс КИВЦЭТ-ЦСШихту, высушенную до содержания влаги 0,5%, вдувают техническим кислородом чрез горелку в факельную зону печи. В факеле при 1200-1400 оС происходит окисление сульфидов металлов и плавление шихты. В электротермической зоне, отделенной от факельной перегородкой, происходит восстановление из шлака оксидов Pb и Zn (или только оксидов Pb) до металла за счет подаваемого в эту зону кокса. Удельная производительность этого агрегата по проплаву на 1 м2 поперечного сечения факельной зоны 73-100 т/сут. Черновой свинецЧерновой свинец, получаемый любым из рассмотренных методов, содержит %: Pb – 91-99; Cu – 1-5; Sn – 0,1-0,5; Sb – 0,2-2; As – 0,1-2; Bi – 0,002-0,4; Zn до 0,4; Fe до 0,25; Au – 1-30 г/т; Ag – 1000-6000 г/т. Рафинирование чернового свинца проводят, в основном, пирометаллургическими способами – ликвацией и добавлением специальных реагентов. Шлаки свинцового производства, имеющие высокое содержание цинка, чаще всего перерабатывают фьюминг-процессом. |