Схемы и способы выщелачивания

Все применяемые в мировой практике гидрометал­лургии цинка технологические схемы для выщелачива­ния обожженного концентрата и возгонов различаются тремя основными особенностями: способом выщелачи­вания (непрерывный или периодический), количеством стадий (одно-, двух- и трехстадийные схемы) и кислот­ным режимом (концентрацией серной кислоты в рас­творе).

При непрерывном процессе выщелачива­ния огарок (или возгоны) и кислый раствор поступают на выщелачивание непрерывно в заданном массовом или объемном соотношении. При этом пульта проходит серию последовательно установленных чанов с пневмати­ческим или механическим перемешиванием. Регулиро­вание режима выщелачивания осуществляют путем из­менения соотношения исходных материалов. Непрерыв­ный способ применяют на первом Усть-Каменогорском, Челябинском, Лениногорском заводах и на заводе «Элект­роцинк». На зарубежных предприятиях и в Советском Союзе на Лениногорском цинковом заводе в целях более точного соблюдения указанного соотношения непрерыв­ному выщелачиванию подвергают предварительно ох­лажденный тонко измельченный огарок, прошедший су­хую классификацию. В отличие от этого на всех других отечественных заводах, работающих по непрерывному методу, выщелачивание начинают, по существу, в жело­бе под обжиговыми печами, куда на смыв неклассифици­рованного огарка поступает из цеха выщелачивания цир­кулирующий кислый раствор, который одновременно служит и средством транспортирования обожженногома­териала.

Непрерывный способ выщелачивания позволяет с вы­сокой эффективностью использовать гидрометаллургиче­ское оборудование, так как при этом исключаются про­стои на заполнение и опорожнение аппаратуры, можно осуществить полную автоматизацию управления техно­логическим режимом, максимально сохранить тепло экзотермических реакций для последующих производст­венных операций. Однако этим способом можно успешно перерабатывать только высокосортное сырье стабильно­го состава. Переработка сырья низкого качества и пере­менного состава приводит зачастую к серьезным расст­ройствам технологического процесса. Непрерывный про­цесс выщелачивания требует также большого объема циркулирующих растворов для транспортирования огар­ка..

Периодический процесс характеризуется прежде всего прерывистым проведением операции выще­лачивания и порционной дозировкой цинксодержащего материала и серной кислоты. В качестве оборудования для периодического процесса обычно используют чаны с механическим и реже с пневматическим перемешиванием. Каждая операция выщелачивания состоит из загрузки в чан очередной порции серной кислоты (отработанного электролита), оборотных растворов, обожженного кон­центрата, перемешивания их в течение определенного времени и выгрузки готовой пульпы в аппараты для от­стаивания или фильтрации.

Периодическое выщелачивание особенно пригодно для переработки низкосортного и сложного по составу сырья, так как оно обеспечивает возможность более жест­кого контроля хода процесса и качества готовой пульпы. Периодический процесс позволяет с большой гибкостью регулировать технологический режим выщелачивания, быстро приспосабливая его к меняющемуся характеру сырья. Вместе с тем использование экзотермического теп­ла реакций и основного оборудования здесь ниже, чем при непрерывном выщелачивании. Этот метод используют на «Укрцинке», втором Усть-Каменогорском и Алмалыкском заводах.

При одностадийном выщелачивании ога­рок или возгоны обрабатывают в одну стадию отработан­ным электролитом с добавкой небольшого количества оборотных промывных вод. Кислотность применяемой смеси растворов мало отличается от концентрации серной кислоты в отработанном электролите. Операция односта­дийного выщелачивания может проводиться как в одном, так и в нескольких аппаратах в зависимости от способа растворения огарка или возгонов.

При периодическом одностадийном процессе вначале проводят растворение исходных материалов, при котором кислотность раствора снижается до 2-3 г/л (первая ступень). Затем, не прерывая перемешивания, нейтрали­зуют остаточную кислотность добавкой исходного мате­риала с целью гидролитического осаждения примесей (вторая ступень). При непрерывном одностадийном про­цессе в головной реактор задают такой избыток огарка, который быстро снижает кислотность пульпы до указан­ной выше концентрации. В обоих случаях после отделе­ния от твердого остатка - кека - нейтральный раствор направляют на дальнейшую очистку от примесей и затем на электролиз.

По одностадийной технологической схеме ввиду вы­вода примесей в кек без его повторной обработки серной кислотой и почти полного отсутствия циркуляции приме­сей из-за незначительного их содержания в оборотных промывных водах получают относительно более чистый, чем по другим схемам, нейтральный раствор. Количе­ство технологического оборудования при этом невелико. Схема отличается простотой, универсальностью (особен­но при периодическом процессе) и высокой производитель­ностью труда. Однако для ее осуществления нужно иметь хорошо подготовленный, тонко измельченный огарок, так как вторая ступень выщелачивания проводится с его из­бытком, который почти полностью остается в твердом ос­татке, снижая тем самым прямое извлечение цинка в раствор.

По этой причине до последнего времени одностадийная схема выщелачивания не имела широкого распростране­ния. После разработки и освоения ярозит - процесса для гидрометаллургической переработки цинковых кеков этот недостаток схемы стал компенсироваться более вы­соким извлечением цинка из остатка от выщелачивания. Поэтому на зарубежных цинковых заводах одностадий­ную схему в чистом виде чаще применяют там, где она сочетается с высокотемпературным выщелачиванием цинкового кека. По этой схеме ведут реконструкцию це­хов выщелачивания на двух отечественных предприя­тиях.

Двустадийная схема является в настоящее время наиболее распространенной. На первой стадии обычно осуществляют нейтральное выщелачивание, на второй - кислое. В стадии нейтрального выщелачивания огарок перемешивают с оборотными растворами второй, кислой, стадии и заканчивают нейтрализацией пульпы до определенного значения рН. После отделения основ­ной части раствора от твердого остатка к сгущенной нейтральной пульпе, содержащей избыток окиси цинка, добавляют отработанный электролит и проводят вторую (кислую) стадию. На ряде заводов часть отработанного электролита направляют также в стадию нейтрального выщелачивания. Распределение отработанного электро­лита между первой и второй стадиями устанавлива­ют в зависимости от кислотного режима на каждой стадии.

На кислой стадии часть примесей, осажденных при нейтрализации пульпы на первой стадии, вновь переходит в раствор и с течением времени накапливается в процес­се. Равновесие устанавливается после того, как количе­ство выводимых из процесса с влажнымцинковым кеком примесей на второй стадии станет равным количеству примесей, поступающих в процесс из огарка и других материалов. Вследствие циркуляции примесей при двустадийной схеме на стадии нейтрального выщелачивания получают растворы с большим содержанием примесей, чем при одностадийной схеме. Вместе с тем двустадий­ная схема обеспечивает более высокое извлечение в раствор цинка и других ценных компонентов.

Трехстадийную схему применяют в исключи­тельных случаях, например, когда по условиям производ­ства требуется получить остаток от выщелачивания воз- гонов с минимальным содержанием цинка для по­следующей переработки его в свинцовом производ­стве.

В практике гидрометаллургических цинковых заводов в зависимости от характера сырья используют самые разнообразные технологические схемы и способы выщелачивания. Одностадийные и двустадийные схемы осуществляют как при непрерывном, так и при периоди­ческом процессе. Кроме того, применяют много «пере­ходных» технологических схем, которые являются про­межуточными между описанными выше.

Одной из таких промежуточных схем является одно­стадийная схема с так называемым довыщелачиванием твердого остатка от первой - нейтральной - стадии вы­щелачивания. Основное отличие этой схемы от двустадийной заключается в том, что вместо второй, кислой, стадии выщелачивание сгущенной нейтральной пульпы осуществляют при кислотности, близкой к нейтральной среде. При этом уменьшается переход примесей в рас­твор и сокращается их циркуляция в процессе, что поз­воляет получать более чистые нейтральные растворы на стадии нейтрального выщелачивания.

Одностадийная схема с довыщелачиванием впервые была применена в 50-х годах на заводе «Укрцинк». В по­следние годы в связи с освоением противоточной отмыв­ки цинковых кеков в сгустителях на эту схему переведены второй Усть-Каменогорский и Алмалыкский цинковые заводы.

По кислотному режиму технологические схемы выщелачивания можно разделить на стандартные, вы­сококислотные и низкокислотные. Широко практикуют применение стандартной схемы, в которой максимальная кислотность отработанного электролита, используемого для выщелачивания цинкового огарка составляет 120-170 г/л. С высокой кислотностью электролита (300 г/л) работает завод «Сулливан» (США), который осуществ­ляет на кислой стадии растворение ферритного цинка. Электролиз цинка при такой высокой кислотности требу­ет более глубокой очистки растворов от примесей. В связи с этим дальнейшего распространения опыт завода «Сул­ливан» не получил.

Низкокислотный режим выщелачивания принят на заводах «Монсанто» (США) и «Носса» (Италия), где перерабатывают цинковые концентраты с большим содержанием растворимого кремнезема. Операцию выще­лачивания проводят в одну стадию при рН=4÷5.

Таблица 10

Схемы и способы выщелачивания цинкового концентрата на отечественных заводах

Рис. 38. Схема двустадийного непрерывного выщелачивания обожженного концентрата с противоточной отмывкой цинковых кеков

Рис. 39. схема одностадийного периодического выщелачивания обожженного концентрата с довыщелачиванием цинковых кеков

Схемы выщелачивания огарка, применяемые на оте­чественных заводах, показаны на рис. 38, 39 и приведены в табл.10.

Как следует из табл. 10, примерно половина отечест­венных цинковых заводов применяет двустадийную не­прерывную схему, выщелачивания обожженного концент­рата, а вторая половина - одностадийную периодическую схему с довыщелачиванием твердого остатка. Исключе­ние составляет Лениногорский завод, который осуществ­ляет одностадийное выщелачивание непрерывным мето­дом. В соответствии с этим ниже рассматривается тех­нология двух наиболее распространенных в отечествен­ной практике схем выщелачивания.