Двустадийное непрерывное выщелачивание

Особенностями данной схемы (см. рис. 38) являются: наличие двух технологических стадий - нейтральной и кислой в сочетании с гидравлической классификацией и гидротранспортом обожженного концентрата. Практиче­ски при двустадийной непрерывной схеме обжиговый, выщелачивательный и электролизный цехи связаны одним производственным циклом, в котором осуществляется замкнутая циркуляция растворов. Такая довольно жест­кая технологическая связь между тремя основными пе­ределами гидрометаллургического производства цинка при отсутствии буферных емкостей для огарка в обжи­говых цехах и ограниченных емкостях для хранения нейт­рального и кислого электролита на складе растворов требует от обслуживающего персонала особо четкой ор­ганизации технологического процесса и систематического контроля за соблюдением заданного режима.

Выщелачивание цинкового огарка начинается с мо­мента выгрузки его из обжиговых печей в желоб, в кото­рый поступает смесь отработанного электролита с дру­гими оборотными кислыми растворами. Так как количе­ство обожженного продукта определяется плановым заданием и является практически постоянным, то задача регулирования процесса в месте начала контакта огарка с раствором сводится к определению количества и кис­лотности смеси растворов, подаваемых на смыв огарка. Количество оборотных растворов устанавливают, исходя держанием растворимого кремнезема. Операцию из заданного соотношения ж:т, а концентрацию серной кислоты - по величине рН пульпы, поступающей на нейтральное выщелачивание; отношение ж:т колеблется обычно в широких пределах - от 10:1 до 15:1, а величи­на рН должна быть неменее 5.

После гидравлической классификации пульпа, не со­держащая песковой фракции (последнюю после обра­ботки отработанным электролитом в отделении класси­фикации направляют на вельцевание), поступает на первую, нейтральную, стадию выщелачивания. Нейтраль­ное выщелачивание проводят в одном или двух после­довательно установленных чанах с воздушным переме­шиванием; перемешивание в них пульпы производят с помощью сжатого воздуха. На одном из заводов нейт­ральную пульпу из классификационного отделения на­правляют непосредственно в сгустители ввиду того, что все основные реакции, протекающие в нейтральной стадии выщелачивания, заканчиваются здесь на пути движения пульпы от желоба для смыва огарка до сгусти­телей. На другом заводе так поступают в случае техно­логической необходимости.

Главная цель нейтрального выщелачивания состоит в получении раствора, пригодного для дальнейшей очи­стки его от меди, кадмия, кобальта, никеля, сурьмы и последующего электролиза цинка. При этом не стремят­ся перевести весь цинк в раствор. Для выполнения этой задачи поступающую из отделения классификации пуль­пу нейтрализуют большим избытком огарка и доводят се в чанах с воздушным перемешиванием до такого зна­чения рН, при котором создаются условия, обеспечива­ющие полноту гидролитической очистки раствора от же­леза, кремнекислоты и удовлетворительную (не менее 12-18 см за 30 мин в цилиндре высотой 30 см) скорость отстаивания (осветления) пульпы в сгустителях. В зави­симости от характера исходного сырья и особенно от содержания в нем меди, а также от того, проводится или пет предварительное окисление двухвалентного железа, такие условия создаются по достижении рН=4,8÷5,4. Нижний предел рН допустим в случае, когда поступаю­щее в нейтральный цикл с оборотными растворами закисное железо предварительно в отдельной аппаратуре окисляется до окисного.

Процессы нейтрализации кислоты и гидролиза приме­сей продолжаются в пульпе некоторое время и после того, как она поступит в нейтральные сгустители. В ре­зультате нейтрального выщелачивания, сгущения и от­стаивания нейтральной пульпы получают два продук­та - верхний слив нейтральных сгустителей и сгущенную нейтральную пульпу (нижний слив сгустителей). По со­ставу верхнего слива сгустителей судят о том, насколько полно завершены процессы на нейтральной стадии выще­лачивания. В частности, полноту гидролитической очи­стки раствора характеризует содержание в верхнем сли­ве железа, меди, мышьяка, сурьмы, а степень осветле­ния - содержание в нем твердой взвеси. Нижний слив нейтральных сгустителей является промежуточным про­дуктом, поэтому в нем поддерживают только заданное соотношение ж:т в пределах (2-3): 1. Примерный состав верхнего слива нейтральных сгустителей следующий: 135 г/л Zn; 600-1800 мг/л Сu; 40-50 мг/л Fe; 0,2- 0,5 мг/л As; 0,1-0,5 мг/л Sb; 0,8-2 г/л - твердая взвесь; рН=4,8÷5,4.

Важнейшим показателем стабильности технологиче­ского процесса на нейтральной стадии выщелачивания служит величина осветленной зоны в сгустителях. При нормальном ходе процесса она составляет 80-100 см. При установившемся режиме нейтрального выщелачива­ния кратковременное снижение скорости отстаивания пульпы и уменьшение высоты ее осветленной зоны проис­ходит из-за резкого повышения или понижения рН пуль­пы, вследствие изменения соотношения между огарком и серной кислотой в голове процесса, увеличения плотно­сти раствора, снижения температуры пульпы, а также в результате высокой циркуляции и большого содержа­ния твердого в оборотных растворах, поступающих из кислой ветви в нейтральную. Для улучшения отстаива­ния пульпы устраняют указанные выше причины и при­меняют коагулятор - полиакриламид.

Расстройства процесса отстаивания в нейтральном цикле вызываются повышенным содержанием раствори­мых силикатов в обожженном концентрате, нарушением кислотного режима, недостаточным выводом сгущенной пульпы в кислом цикле и увеличением содержания твер­дого в циркулирующих растворах. В этих случаях при­нимают срочные меры прежде всего к восстановлению нарушенного технологического режима в кислой ветви. Основное назначение кислой стадии выщелачива­ния - обеспечить возможно более полное извлечение цинка из обожженного продукта и не допустить обрат­ного перехода в раствор большого количества осажден­ных из него примесей, которые осложняют процессы гид­ролитической очистки иотстаивания пульпы в нейтраль­ном цикле. Из сказанного ясно, что технологический ре­жим второй (кислой) стадии выщелачивания оказывает значительное влияние на результаты нейтрального вы­щелачивания.

Для проведения кислого выщелачивания сгущен­ную нейтральную пульпу (нижний слив сгустителей) направляют в серию из 4-5 последовательно располо­женных чанов с воздушным перемешиванием. В первый чан, кроме сгущенной нейтральной пульпы, подают так­же отработанный электролит и различные кислые обо­ротные растворы, которые по своему, составу нельзя на­правлять в нейтральную стадию.

Кислотный режим устанавливается технологическим регламентом в зависимости от качества исходного сырья. При большом содержании в огарке растворимых приме­сей кислое выщелачивание осуществляют при более низ­кой кислотности пульпы, при низком содержании приме­сей применяют повышенную кислотность. В любом слу­чае кислотность пульпы снижается по мере движения ее от головного к последнему чану. Обычно в первом или втором чане концентрация кислоты находится в пределах 2-5 г/л, а в последнем она снижается до рН=2÷4.

Для точного соблюдения заданного кислотного режима на кислой стадии выщелачивания необходимо строго выдерживать определенное отношение между всеми про­дуктами, поступающими в головной чан. Так как при не­прерывном процессе задерживать на длительное время сгущенную нейтральную пульпу в сгустителях нельзя из-за недопустимости их перегрузки, то при изменениях в амперной нагрузке на электролиз, остановках обжи­говых печей и по другим причинам сокращают или уве­личивают подачу в головной чаи отработанного электро­лита. Для этой цели на складе растворов имеется буфер­ный чан, в который сбрасывают избыток отработанного электролита и откуда его вновь забирают при недостатке кислоты в процессе.

Для сгущения кислой пульпы применяют сгустители того же типа, что и в нейтральной ветви. Однако их число обычно в два раза меньше, чем в нейтральном цикле. В про­цессе сгущения кислой пульпы образуются два продукта: верхний кислый слив и сгущённая пульпа   (твердый оста­ток - цинковый кек). В сгустителях кислой ветви, осо­бенно в их нижней части, происходит дополнительное взаимодействие серной кислоты с оставшейся окисью цинка. В результате оба продукта кислого сгущения име­ют более низкую кислотность, чем поступающая на сгу­щение пульпа. Примерный состав верхнего слива кислых сгустителей: 0,5-2,0 г/л H₂SO₄; 1,2-2,5 г/л Fe; 1,5-3,0 г/л Сu; 40-60 мг/л As; 10-12 мг/л Sb; 30-80 г/л - твердое. Нижний сгущенный продукт выпускают из сгу­стителей при отношении ж:т = (1,5—2):1 и рН=4,6÷4,8. Верхние пределы содержания меди и железа в сливе кислых сгустителей относятся к заводам, перерабатыва­ющим цинковые концентраты с высоким содержанием этих металлов. При переработке сырья, содержащего повышенные количества мышьяка и сурьмы, концентра­ция последних в сливе кислых сгустителей также возра­стает. Высокие содержания железа, мышьяка и сурьмы осложняют гидролитическую очистку от этих примесей в нейтральной ветви. Поэтому перед направлением кислого слива в обжиговый цех на смыв огарка он проходит ста­дию окисления закисного железа, мышьяка и частично сурьмы в одном - двух чанах с воздушным перемешива­нием.

Для окисления применяют тонкоизмельченную мар­ганцевую руду (пиролюзит), добавляя ее в пульпу рав­номерно через небольшие промежутки времени. Окисле­ние закисного железа протекает успешно при кислотно­сти 5-8 г/л. Для подкисления раствора в чаны направляют часть отработанного электролита. В резуль­тате операции окисления содержание закисного железа снижается с 500-600 до 40-50 мг/л. Более подробно процесс окисления железа рассматривается в гл. V.

Нижний продукт кислых сгустителей представляет собой густую пульпу с отношением ж:т=(0,8÷1):1. Пульпа эта почти нейтральная (рН=4,6÷4,8), так как большая масса твердого, хотя и содержащая небольшие количества окиси цинка, находясь в продолжительном контакте с относительно небольшим количеством кисло­го раствора, постепенно нейтрализует его. Этим созда­ются условия для вывода примесей вместе с остатком от выщелачивания. Если значения рН нижнего слива мень­ше указанного нижнего предела, то это служит показа­телем неудовлетворительного вывода примесей с цинковыми кеками. Если же величина рН превышает верхний предел, то это свидетельствует о наличии в кеках окиси цинка в недопустимых количествах.

Густую пульпу (нижний слив) или, по существу, цин­ковые кеки нужно систематически выпускать из сгусти­телей. Всякая задержка в выпуске кеков приводит к пе­регрузке сгустителей, ухудшению процесса отстаивания, увеличению количества твердого в верхнем сливе и рас­стройству технологического процесса выщелачивания. О перегрузке сгустителей узнают прежде всего по повы­шению содержания твердого в верхнем сливе, а также по увеличению токовой нагрузки на электродвигатель приводного механизма сгустителя.

Для снижения потерь металла с цинковыми кеками в виде раствора сульфата цинка их подвергают перед фильтрацией противоточной промывке в сгустителях. Для этого сгущенные ила кислых сгустителей направляют в специальные промывочные сгустители, куда одновре­менно подают различные оборотные растворы и фильт­раты цинкового и кадмиевого производств. Верхний слив первого промывочного сгустителя направляют на нейт­ральное выщелачивание, а нижний слив конечного про­мывочного сгустителя фильтруют па вакуумных рамных фильтрах, а кек передают в фильтровально - сушильный цех и цех вельцевания.

Отмытый цинковый кек после фильтрации должен содержать 2,5-3,5% водорастворимого цинка; не более 1-2% кислоторастворимого цинка; не более 18-20% общего цинка; не более 1% сульфидной серы.

Чрезвычайно важное значение для устойчивости про­цесса непрерывного выщелачивания имеет постоянство объема растворов в аппаратуре цеха. Этот объем при­нято называть балансом растворов. Ежедневно в замк­нутый круг циркулирующих по всему гидрометаллурги­ческому производству растворов вводят некоторое количество воды в местах промывки кеков, мойки филь­тровальных полотен, полов и площадок. Эта вода увели­чивает общий объем растворов, приводя иногда к пере­полнению аппаратуры и переливу растворов. Во избежа­ние этого необходимо, чтобы ежесуточный приход воды компенсировался выводом растворов в производство цинкового купороса, потерей воды при охлаждении элект­ролита в вакуум - испарительной установке, естественным испарением растворов и потерями их с цинковыми кека ми, т.е. должен соблюдаться баланс поступления и по­терь воды. Некоторую возможность маневрирования с балансом растворов создает наличие буферных емкостей для нейтрального и отработанного электролитов, с помо­щью которых можно выводить из цикла производства и вновь вводить в него необходимое количество растворов. Как показывает длительная практика, двустадийная непрерывная схема выщелачивания имеет ряд существен­ных недостатков, осложняющих технологический процесс и снижающих технико-экономические показатели произ­водства.

Как правило, в нейтральной стадии выщелачивания из огарка в раствор переводится не более 30-40% Zn. Остальной цинк выщелачивается в кислой стадии. Таким образом, оборудование нейтральной стадии перегружено большим количеством недовыщелоченного материала, что уменьшает его использование.

Для гидротранспорта огарка из обжигового в выщелачивательный цех требуется поддерживать высокое отношение ж:т [(10-20):1], для чего необходимы боль­шие объемы циркуляционных растворов, на перекачку которых затрачивается определенное количество электро­энергии, а в случае необходимости много тепла (пара) для их подогрева до нужной температуры.

Основное назначение нейтральных сгустителей - ос­ветление верхнего слива и сгущение твердого остатка от выщелачивания. Однако при непрерывном процессе сгу­стители нейтральной ветви превращаются в буферные емкости для хранения недовыщелоченного материала, вследствие чего снижается эффективность процесса сгу­щения и отстаивания. В некоторых случаях (при цемен­тирующих свойствах огарка) накопление нижнего слива в сгустителях приводит к выводу из строя приводного механизма.

При перекачке сгущенной нейтральной пульпы в кис­лую ветвь с твердым остатком передастся значительное количество уже очищенного от примесей нейтрального раствора, где его смешивают с загрязненным кислым сли­вом и возвращают вновь в нейтральную ветвь, увеличи­вая циркуляцию растворов.