Производство кадмия из медно-кадмиевого кека

 

Основным источником получения кадмия на цинковых заводах является медно-кадмиевый кек. В связи с внед­рением комплексной очистки растворов сульфата цинка от примесей цинковой пылью состав медно-кадмиевого кека изменился, и он стал, по существу, коллективным продуктом. В нем наряду с цинком и кадмием присутст­вуют медь, железо, кобальт, никель, мышьяк, сурьма, таллий, индий, германий, кремнезем и другие компонен­ты. Соответственно усложнилась и технология извлече­ния кадмия из этого продукта.

Поэтому на отечественных цинковых заводах в соот­ветствии с характером перерабатываемого сырья при­меняют различные технологические схемы и производст­венные операции для получения металлического кадмия. Среди них можно выделить две принципиально различ­ные технологии: получение кадмия электролитическим способом (рис. 94) и методом цементации (рис. 95). Вместе с тем общими производственными операциями. Для обеих технологий являются выщелачивание медно- кадмиевых кеков, подготовка растворов для осаждения кадмия, плавка и рафинирование кадмия.

Рис. 94. Принципиальная схема получения кадмия путем осаждения губки и электролиза раствора

 

Рис. 95. Принципиальная схема получения кадмия методом цементации

 

Выщелачивание медно-кадмиевого кека

 

Основная цель этой операции заключается в перево­де цинка и кадмия в раствор и отделении от этих метал­лов меди для облегчения последующей переработки кадмиевых растворов. Растворителем обычно служит отра­ботанный цинковый электролит с кислотностью 130-170 г/л. При необходимости электролит подкрепляют крепкой серной кислотой. Медно-кадмиевый кек тран­спортируется в виде пульпы. Выщелачивание его про­изводят в чанах с механическим или пневматическим пе­ремешиванием периодического или непрерывного дей­ствия.

В первую очередь из медно-кадмиевого кека раство­ряется цинк, затем кадмий по реакциям

 

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + Н₂;             (105)

Cd + H₂SO₄ = CdSO₄ + H₂.             (106)

 

Присутствие в пульпе окислителей ускоряет раство­рение цинка и кадмия. Наличие в растворе ионов меди также способствует растворению цинка и кадмия, так как медь вступает во взаимодействие с металлическими цин­ком и кадмием по реакциям

 

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Сu;             (107)

 

Cd + CuSO₄ = CdSO₄ + Сu,            (108)

 

сама при этом переходит в осадок. Поэтому ионы меди используются при растворении кадмия и цинка в качест­ве ускорителя. Для этого, с одной стороны, в раствор до­бавляют пульпу или раствор, содержащий ионы меди, с другой, в процессе выщелачивания принимают меры для перевода цементной меди в ионное состояние.

В связи с тем, что ионы меди вытесняются из раствора цементными цинком и кадмием, увеличение концентра­ции ее в растворе становится заметным только к концу операции выщелачивания, когда основная масса цинка и кадмия уже перешла в раствор. Переходу меди в ионное состояние способствует окисление ее воздухом и марган­цевой рудой или шламом, как это видно из следующихреакций:

 

Сu + H₂SO₄ + 0,5О₂ = CuSO₄ + Н₂О;     (109)

 

MnO₂+2FeSO₄+2H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃+MnSO₄+2H₂O; (110)

 

Fe₂(SO₄)₃ + Сu = CuSO₄ + 2FeSO₄.        (111)

 

Поэтому на всех заводах растворение медно-кадмие­вого кека ведут с применением указанных окислителей. Выщелачивание проводят в течение 8-20 ч при подогре­ве пульпы острым паром до температуры 8090° С и продувке ее сжатым воздухом, если операцию осуществля­ют в чанах с механическим перемешиванием.

При выщелачивании в раствор наряду с цинком, кад­мием и медью переходят кобальт, никель, сурьма, таллий и другие примеси. После того как ионы меди выполнят свою роль ускорителя при растворении цинка и кадмия из медно-кадмиевого кека, их необходимо высадить из раствора. Для этого перед концом выщелачивания пуль­пу доводят до кондиции путем подачи в чан небольших порций медно-кадмиевого кека из расчета получения рН = 4÷5 и снижения содержания меди до 0,5-1,2 г/л. Небольшое количество меди в растворе нужно оставлять для обеспечения полноты растворения цинка и кадмия и последующей очистки растворов от кобальта. После вы­щелачивания пульпу направляют в сгуститель. При не­обходимости в сгуститель подают раствор полиакриламида. Верхний слив сгустителя поступает на дальнейшую переработку, а нижняя сгущенная пульпа, представляю­щая собой медный остаток, направляется на довыщелачивание цинка и кадмия с целью последующего исполь­зования остатка в качестве медьсодержащего продукта.

В результате выщелачивания получают богатый кад­миевый раствор (верхний слив сгустителя) и медный кек. Состав кадмиевого раствора, г/л: 8-12 Cd; 130-140 Zn; 0,5-1,2 Сu; рН = 4÷5; твердое 1-3. Состав мед­ного кека, %: 35-45 Сu; 6-10 Zn; 0,4-1,0 Cd.

 

Подготовка растворов для осаждения кадмия

 

На каждом из отечественных цинковых заводов сло­жилась, по существу, своя технология приготовления чистых растворов для последующего осаждения из них кадмия. Большинство заводов использует для этого ме­тод осаждения и растворения кадмиевой губки в сочета­нии с очисткой растворов от примесей. Так, в кадмиевом производстве Лениногорского и Алмалыкского цинковых заводов технология основана на осаждении одной кадми­евой губки, на других предприятиях кадмиевую губку осаждают дважды. На одном из заводов подготовку осу­ществляют путем глубокой очистки от примесей раство­ров, полученных непосредственно от выщелачивания мед­но-кадмиевого кека. Поэтому ниже кратко излагаются все применяемые на отечественных заводах способы приготовления чистых кадмиевых растворов. Одним из наиболее давних методов подготовки растворов для электролиза кадмия является двукратное осаждение и раст­ворение кадмиевой губки.

Осаждение кадмия в первичную губку. Процесс осаж­дения кадмия из растворов от выщелачивания медно-кадмиевого кека путем цементации его на цинке в прин­ципе подобен операции очистки цинковых растворов от кадмия. Цементация протекает по реакции

 

Cd²⁺ + Zn = Cd + Zn²⁺.                (112)

 

Отличие этого процесса от операции очистки цинко­вых растворов заключается в том, что во избежание пе­рерасхода цинковой пыли и с целью получения цементно­го осадка с минимальным содержанием цинка осажде­ние кадмия цинковой пылью ведут до остаточного со­держания его в растворе 50-100 мг/л. С этой же целью операцию осаждения иногда проводят в две стадии, используя принцип противотока. Губку со II стадии, со­держащую непрореагировавшую цинковую пыль, на­правляют на I стадию и дополнительно к ней загружа­ют недостающее количество свежей цинковой пыли.

На I стадии оставляют в растворе до 3 г/л кадмия, на II стадии его осаждают до остаточной концентрации в растворе 40-50 мг/л.

В связи с тем, что при растворении медно-кадмиевого кека в раствор переходят кобальт и никель, осаж­дение первичной кадмиевой губки осуществляют в условиях, обеспечивающих также осаждение этих ме­таллов из раствора. Для этого раствор подогревают острым паром до 75-80°С и в него добавляют необхо­димое количество ионов меди в виде медной пульпы и сурьмы в виде соли Шлиппе. При одностадийном процессе эти условия создаются при осаждении всего кадмия, при двустадийном - на II стадии. Большая часть никеля переходит при этом в кадмиевую губку, а основная масса кобальта все же остается в растворе.

С целью предотвращения образования при цемен­тации кадмия основных солей цинка (рН при контак­те раствора с цинковой пылью повышается) раствор перед цементацией предварительно подкисляют отра­ботанным цинковым электролитом или серной кисло­той до рН = 2÷2,5. При взаимодействии с кислым рас­твором металлического цинка одновременно с цемента­цией меди и кадмия происходит вытеснение мышьяка и выделение водорода. При этом все соединения мышьяка восстанавливаются водородом с образованием сильней­шего яда - мышьяковистого водорода AsН₃ по реак­циям:

 

AsО^3-₃ + 3Zn + 9H⁺ = 3Zn²⁺ + ЗН₂О + AsH₃; (113)

 

AsO^3-₄  + 4Zn + 11H⁺ = 4Zn²⁺ + 4H₂О + AsH₃. (114)

 

Поэтому обязательным условием при осаждении первичной кадмиевой губки является оснащение реакто­ров мощной вытяжной вентиляцией со светозвуковой сигнализацией, исключающей возможность попадания мышьяковистого водорода в атмосферу цеха. На рабо­чей площадке должны быть выведены также контроль­ные индикаторы, показывающие появление в атмосфе­ре цеха мышьяковистого водорода. Контрольные инди­каторы приготавливают из фильтровальной бумаги, смоченной раствором сулемы. Пожелтение индикаторов сигнализирует о наличии мышьяковистого водорода на рабочем месте. Аналогичные требования предъявляют­ся и при последующих операциях растворения первич­ной губки, осаждения и растворения вторичной губки и других подобных процессах, где возможно наличие в растворах мышьяка и водорода.

Осаждение первичной губки проводят в баках с механическим перемешиванием емкостью 30-50 м³ в течение 40-60 мин. После осаждения пульпу фильтруют на фильтр - прессах. В результате осаждения кадмия из раствора от выщелачивания медно-кадмиевого кека получают первичную губку с 45-50 % Cd, 10-12 % Zn, 5-10% Сu и медно-кадмиевый раствор, в котором на­ходится 120-130 г/л Zn, 50-100 мг/л Cd, 10-12 мг/л Со. Кадмиевая губка поступает на растворение, а медно-кадмиевый раствор после очистки от кобальта возвра­щается в основной цикл цинкового производства.

Растворение первичной кадмиевой губки. В кадми­евой губке, предназначенной для последующего приго­товления кадмиевого электролита, отношение кадмия к цинку должно быть не менее 5:1. При меньшем соотно­шении этих металлов кадмиевый электролит будет обо­гащаться цинком. Поэтому для поддержания указан­ного соотношения кадмия и цинка первичную губку перед растворением па некоторых заводах предвари­тельно освобождают от избытка цинка. Для этого губку после репульпации водой обрабатывают в реак­торе с механическим перемешиванием серной кислотой. Операцию прекращают, как только в растворе устано­вится постоянная концентрация цинка и содержание кадмия достигает 10 г/л. Отфильтрованная на фильтр -прессе губка поступает на растворение, а фильтрат направляется в оборот.

Растворение первичной губки производят в чанах с механическим или воздушным перемешиванием. Раст­ворителем служит крепкая серная кислота, взятая в расчетном количестве. Для ускорения растворения губки операцию ведут с подогревом раствора острым паром до 70-80°С и добавлением измельченной марган­цевой руды или шлама. Тем не менее растворение губ­ки происходит медленно и длится от 20 до 30 ч.

При растворении губки выделяется водород, кото­рый в определенном соотношении с воздухом образует взрывоопасную смесь. Поэтому при растворении губки в чанах с механическим перемешиванием пульпу неп­рерывно продувают сжатым воздухом. Серную кислоту подают в чан постепенно, небольшими порциями. Со­держание ее в растворе строго контролируют, оно не должно превышать 10 г/л. Растворение первичной губки считается законченным, если в растворе достиг­нута устойчивая кислотность 10 г/л, а содержание меди составляет не менее 1-2 г/л, что свидетельствует о достаточной полноте растворения кадмия. После этого в агитатор добавляют свежую кадмиевую губку для нейтрализации свободной серной кислоты до рН = 4÷4,5 и полного осаждения меди. После фильтрации пульпы кек (нерастворившаяся часть губки) возвраща­ется в голову процесса на выщелачивание медно-кадмиевого кека, а фильтрат поступает на осаждение вторич­ной кадмиевой губки.

Осаждение вторичной кадмиевой губки. Как указы­валось выше, растворение первичной губки производит­ся с полным осаждением из раствора меди, что в извест­ной мере обеспечивает очистку раствора от этой приме­си. Для более полной очистки раствора от примесей производят осаждение из него вторичной губки с последующим ее растворением. Для этого к раствору при перемешивании добавляют расчетное количество цинковой пыли малыми порциями в течение 20-25 мин. Отфильтрованную губку промывают на фильтрпрессе горячей водой (70-80° С) для удаления из нее остат­ков раствора, содержащего примеси.

С целью получения более чистой вторичной кадми­евой губки осаждение ее ведут с оставлением в раство­ре кадмия в пределах 5-7 г/л. Оставшийся кадмий осаждают затем цинковой пылью, а раствор направля­ют на производство цинкового купороса или возвра­щают в основной цикл. Во вторичной кадмиевой губке содержится не менее 70 % кадмия, не боле 5 % цинка и не более 0,3% меди. Этот продукт служит исходным для приготовления кадмиевого электролита.

Растворение вторичной кадмиевой губки. Кадмиевый электролит готовят путем растворения вторичной губки в серной кислоте. Эту операцию производят в следую­щем порядке. Вначале в чан (пачук) заливают воду, затем при перемешивании воздухом в него подают сер­ную кислоту до получения кислотности 100-150 г/л. После этого загружают небольшими (15-20 кг) пор­циями кадмиевую губку. После появления в растворе ме­ди и снижения кислотности до 20-50 г/л пульпу вновь подкисляют до 100 г/л и загрузку губки по­вторяют.

Растворение производят при 50-60°С с добавкой измельченной марганцевой руды. Процесс приготовле­ния электролита из вторичной губки считается закоп­ченным, если анализ раствора показывает нейтральную реакцию и отсутствие меди. Перед фильтрацией пульпу разбавляют водой до плотности 1,42-1,45 г/см³, что соответствует содержанию кадмия в растворе 230-270 г/л. Прозрачный, не содержащий мути фильтрат направляют в сборник кадмиевого электролита. Полу­ченный таким путем кадмиевой электролит содержит 230-270 г/л Сd; 30-40 г/л Zn, 0,5-1,0 мг/л Сu; 5-6 г/л Мn; 1-1,5 г/л Fe; до 1 г/л Ni.

Как показывает практика некоторых предприятий, операцию осаждения и растворения вторичной кадмие­вой губки можно исключить, заменив ее очисткой раст­вора, полученного от растворения первичной кадмие­вой губки, приведенным ниже способом.

Очистка раствора от растворения первичной губки. После фильтрации пульпы от растворения первичной кадмиевой губки в растворе содержится 130-150 г/л Cd; 30 г/л Zn; 0,1-0,2 г/л Сu и 2-2,5 г/л Мn. Кроме того, в растворе всегда находится некоторое количество свинца. Подготовка такого раствора к осаждению кадмия сводится к очистке его от меди и свинца.

Очистку от меди производят цинковой пылью, кото­рую задают в чан с механическим перемешиванием небольшими порциями при работающей мешалке; по ходу операции содержание меди в растворе определяют качественным методом с помощью ксантогената, а по окончании очистки -количественно. В очищенном растворе содержание меди не должно превышать 0,5-0,8 мг/л. Иногда очистку от меди совмещают с раство­рением первичной кадмиевой губки. В этом случае в конце операции растворения пульпу нейтрализуют пу­тем добавления в агитатор окисленной кадмиевой губ­ки или высококачественной окиси цинка, доводя рН до 5,0-5,2.

При наличии в кадмиевом растворе свинца очистку от него производят подачей в реактор пульпы углекисло­го стронция из расчета соотношения Sr: Pb = (300÷400): 1. Предварительно раствор подкисляют серной кислотой до 8-10 г/л. После проверки раствора на содержание меди и свинца его подвергают контрольной фильтрации на фильтр - прессах. Фильтрат, не содержа­щий мути, направляют в отделение электролиза кадмия. В результате очистки от меди и свинца растворы, под­готовленные к электролизу или цементации, содержат 100-150 г/л Cd; ≤30 г/л Zn; 0,3-0,5 мг/л Сu; ≤З мг/л Рb; 0,2-0,3 мг/л As; 2-2,5 г/л Мn.

Сопоставляя составы очищенных кадмиевых раство­ров, полученных описанными выше двумя способами, можно видеть, что осаждение вторичной кадмиевой губ­ки позволяет получать более концентрированные по кад­мию растворы (230-270 г/л против 100-150 г/л). Соот­ношение примесей и кадмия в растворе также меньше, чем при осаждении только первичной губки. Однако осаждение и растворение вторичной губки усложняет и удлиняет процесс получения кадмия, поэтому эту опера­цию на большинстве отечественных заводов не приме­няют.

На Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комби­нате в результате разработки и освоения интенсифици­рованного способа цементации кадмия оказалось воз­можным осаждать последний непосредственно из раст­воров от выщелачивания медно-кадмиевых кеков, со­держащих всего 8-12 г/л этого металла, и в связи с этим отказаться от подготовки основной массы раство­ров посредством осаждения первичной и вторичной кад­миевой губки. Вместе с тем это потребовало проведения предварительной глубокой очистки от меди и свинца растворов от выщелачивания медно-кадмиевых кеков, которую осуществляют следующим образом.

Осветленный раствор закачивают в чан с механичес­ким перемешиванием, в который добавляют цинковую пыль из расчета 0,8 кг на i кг кадмия. С целью глубо­кой очистки от свинца продолжительность перемеши­вания должна быть не менее 2 ч. Конец операции опре­деляют по содержанию меди в растворе. В результате очистки подготовленный к цементации кадмия раствор содержит 8-12 г/л Cd; 100-120 г/л Zn; ≤0,2 мг/л Сu; ≤1 мг/л Рb; ≤0,2 мг/л As. При условии, что концен­трация кадмия в растворе будет не ниже 10 г/л, пре­дельное содержание свинца допускается не более 0,1 мг/л на 1 г/л кадмия.

 

Электролиз кадмия

 

В отличие от электроосаждения цинка электролиз кадмия ведут па истощение. В практике отечественных цинковых заводов нашли применение два способа электролиза - на катодный листовой и катодный поро­шковый кадмий.

Электролиз с получением катодных кадмиевых лис­тов осуществляют в стационарных деревянных ваннах ящичного типа, гуммированных и футерованных изнутри винипластом. Катоды - алюминиевые размером 630х510х5 мм, аноды изготовлены из свинцовосеребряного сплава с 1 % Aq. Размеры анода 595[480[10 мм. В каждой ванне устанавливают по 13-14 катодов и анодов, Расстояние между центрами одноименных электродов равно 90 мм.

Электролиз проводят при плотности тока 55-65А/м² и температуре 25-35°С. Необходимость применения низкой плотности тока объясняется большой склон­ностью кадмия к дендритообразованию. Напряжение па ванне колеблется в пределах 2,3-2,5 В. Выход по току достигает 96%. Для улучшения качества катод­ного осадка в ванны добавляют столярный клей в коли­честве 5-10 г на 1 кг кадмия. Период наращивания катодного кадмия составляет 24 ч. Перед началом электролиза нейтральный кадмиевый электролит немного подкисляют серной кислотой и затем ведут электролиз до тех пор, пока содержание кадмия не снизится до 30-40 мг/л, а кислотность повысится до 150-180 г/л.

За 24 ч электролиза толщина катодного осадка кад­мия достигает 0,2-0,3 мм. Листы катодного кадмия получаются гибкими, легко скатываются в рулоны. Их промывают и хранят под слоем воды. Затем кадмий направляют на переплавку, а отработанный кадмиевый электролит - на получение первичной губки.

Производительность электролизных ванн для получе­ния катодного осадка в виде листов невелика из-за низкой плотности тока.

На одном из отечественных цинковых заводов освоен более интенсивный процесс электролиза кадмия на по­рошок, который проводят при плотности тока 800-1000 А/м². Каждая электролизная ванна состоит из двух ячеек размером 876х721х1667 мм, футерованных винипластом. Нижняя часть ячейки имеет форму прямо­угольного конуса с отверстием, оборудованным меха­ническим зажимом для выгрузки порошкообразного кадмия и выпуска отработанного электролита. Рабо­чий объем каждой ячейки равен 0,55 м³.

Катоды изготовлены из нержавеющих стальных или титановых труб диаметром 16 мм с толщиной стенки 3 мм. Катоды одновременно выполняют и роль холо­дильников, так как через них пропускают охлаждающую воду. Аноды размерами 905х610х8 мм изготовлены из свинцовосеребряного сплава (1% Ag). В каждой ячей­ке установлено два катода и три анода. Расстояние между ними составляет 70 мм. Перед началом работы аноды пассивируют в течение пяти суток при темпера­туре 20-30°С и плотности тока 200-300 А/м² в раст­воре, содержащем 40-50 г/л H₂SO₄ и 5-10 г/л Мn. В отличие от обычного электролиза на аноды надевают мешки из полихлорвиниловой ткани, предварительно уплотненной в горячей воде при температуре 80°С в течение 20-30 мин.

Для уменьшения катодной поляризации применяют перемешивание электролита сжатым воздухом, элект­ролиз ведут при температуре 30° С до остаточного со­держания кадмия 20-40 г/л и соответственно повыше­ния кислотности до 100-120 г/л. Выход по току составляет 80-90%. По окончании электролиза ячейку ванны отключают с помощью перемычки, зажим на вы­пускном отверстии открывают и порошок кадмия вме­сте с отработанным электролитом выпускают в сборник - разделитель. После отделения кадмия от раствора его тщательно промывают и хранят под слоем воды в специальной таре (с целью защиты от окисления) до того, как передадут на брикетирование. Отработанный электролит. используют для растворения первичной губки.

 

Цементация кадмия

 

Осаждение металлического кадмия из очищенных растворов производят на цинковых пластинах, изготов­ленных из металла марки ЦО и в центробежных реак­торах-сепараторах. Свинец и медь, находящиеся в цин­ковых пластинах, переходят при их растворении в цементный кадмий. Поэтому чем чище металл, из ко­торого изготовлены пластины, тем чище получается цементный кадмий.

Цинковые пластины размером 600х400х20 мм под­вешивают в цементационных ваннах, в которые залива­ют подготовленный к цементации раствор. Для ускоре­ния процесса и предупреждения выпадения основных сульфатов цинка раствор подкисляют серной кислотой до 8-10/л. Цементацию ведут периодически при тем­пературе 70-80° С. Раствор подогревают острым па­ром. Конечное содержание кадмия в растворе состав­ляет 2-3 г/л. Кадмиевую губку стряхивают с пластин и по мере накопления ее в ваннах вычерпывают перфо­рированной алюминиевой ложкой и направляют на промывку. Маточный раствор возвращают на осаж­дение первичной кадмиевой губки.

Промывку губки ведут водой при температуре 30-50° С. Первичную промывную воду используют в цементаторах для пополнения уровня раствора, убываю­щего вследствие его испарения. Последующие промыв­ные воды направляют в бак для осаждения первичной губки. Отмытая от кислоты и цинка губка поступает на брикетирование. Часть маточных растворов и промыв­ных вод после нейтрализации чистой окисью цинка до рН = 5,0÷5,2 и осаждения из них кадмия цинковой пылью до остаточной концентрации не более 20 мг/л направляют в производство цинкового купороса.

Центробежный реактор - сепаратор (рис. 96) состоит из корпуса 1, через торцовые крышки которого проходит полый вал 2с насаженным на него ротором. Ротор со­стоит из закрытой турбинки 3и 20 дисков 4. Между дис­ками в полом валу имеются отверстия. Вал получает вращение от электродвигателя. Раствор и цинковую пыль загружают в реактор через входное отверстие.

Благодаря вращению турбинки создается центробежная сила, отбрасывающая твердые частицы к периферии. Последние располагаются кольцом вокруг сепарирую­щего устройства, вращаясь вместе с дисками. Этим обес­печивается более тесный контакт цинковой пыли с ра­створом, а реакция цементации протекает практически мгновенно, в течение нескольких секунд. Так как диа­метр диска меньше диаметра турбинки, маточный ра­створ выдавливается через отверстие в полом валу на­ружу.

Процесс цементации в реакторе-сепараторе проте­кает следующим образом. Во вращающийся аппарат через приемное отверстие в течение 3-4 мин загружа­ют 30-35 кг цинковой пыли, которую смывают в него струей воды. По окончании загрузки струю воды умень­шают и начинают подачу очищенного кадмиевого раствора. Через 5-10 мин аппарат доводят до полной производительности, после чего поступление воды в реак­тор полностью прекращают. Процесс цементации регу­лируют таким образом, чтобы в растворе оставалось не более 200 мг/л кадмия.

 

По мере использования цинковой пыли, находящей­ся в реакторе, начинается обратное растворение таллия, который обнаруживают реакцией на йодистый калий, а содержание кадмия в растворе возрастает до 1000 мг/л. Такой раствор направляют на циркуляцию в течение 10-15 мин. После этого подачу кадмиевого раствора прекращают и снова включают воду для промывки це­ментного порошка кадмия. После промывки порошка в течение 2-5 мин его выпускают из аппарата вместе с водой через боковой штуцер. Весь процесс цементации в реакторе-сепараторе занимает 55-60 мин.

Особо благоприятные условия для контакта раство­ра с цинковой пылью в реакторе-сепараторе позволяют в одну стадию получить из раствора с 8-12 г/л Cd це­ментный осадок, содержащий менее 1 % Zn. Из этого осадка на Усть-Каменогорском свинцово - цинковомком­бинате последующими плавкой и вакуумным рафиниро­ванием получают кондиционный металл.

В бедно-кадмиевом растворе после цементации в реакторе-сепараторе остается в среднем 0,6-0,8 г/л Cd. Этот раствор подвергают вторичной цементации цинко­вой пылью в тех же реакторах, Полученный цементный порошок, содержащий 40-50% Cd и 35-50% Zn, под­вергают растворению в серной кислоте, а раствор после очистки от таллия возвращают в голову процесса на це­ментацию товарного порошка в реакторах-сепараторах.

 

Брикетирование, плавка и рафинирование кадмия

 

Катодный листовой кадмий в виде рулонов поступа­ет на плавку непосредственно после промывки. Электро­литический порошок кадмия, а также кадмий, получае­мый из растворов методом цементации, предварительно брикетируют. Изготовление брикетов производят на гид­равлических брикитировочных процессах усилием 1000-2500 кН. Перед брикетированием исходный материал тщательно отмывают от остатков кислоты, сульфатов или раствора.

Важным показателем качества брикетов является их плотность. Хорошие брикеты имеют плотность  6,7-7,0 г/см³. При такой плотности влажность брикетов не превышает 3%, а выход кадмия в чушковый металл при их переплавке получается удовлетворительный. Брикеты хранят под слоем воды.

Переплавку катодного кадмия и брике­тов осуществляют в стальных котлах с электрообогре­вом емкостью 5-6 т. Вначале в котле расплавляют смесь свежей и оборотной щелочи (едкий натр) в коли­честве 200-300 кг. По достижении температуры рас­плава 450-460° С начинают загружать в котел кадмий. После окончания загрузки с поверхности расплавленного металла снимают всю отработанную щелочь, загружа­ют 60-70 кг свежей и включают механизм перемеши­вания. При этом происходит глубокое рафинирование кадмия от цинка с образованием цинката натрия. Пере­мешивание продолжают в течение 1,5 ч, после чего ме­шалку останавливают и с поверхности металла снимают щелочные дроссы. Таким образом, операцию рафи­нирования кадмия от цинка совмещают с его переплав­кой. Щелочные дроссы первых съемов направляют на регенерацию щелочи, а дроссы последних съемов явля­ются оборотными.

Рафинирование кадмия от никеля произ­водят в следующем порядке. После снятия щелочных дроссов на поверхность металла загружают 30-35 кг хлористого аммония и начинают повышать температуру до 700° С постепенно в течение 4-5 ч. По достижении температуры 680-700° С в расплавленную ванну зада­ют металлический алюминий. Как только вся поверх­ность ванны покроется расплавленным алюминием, включают мешалку. Перемешивание длится 15-20 мин. Затем прекращают работу мешалки и котел охлаждают до 350° С. При этой температуре с поверхности ванны специальной ложкой снимают никель - алюминиевые дроссы, которые разливают в изложницы.

После снятия дроссов температуру в котле снова по­вышают до 420-440° С и на ванну загружают 100-120 кг щелочи для удаления остатков алюминия. Через 2-3 ч щелочной дросс, содержащий алюминий, тща­тельно снимают с поверхности ванны. На одном из оте­чественных заводов рафинирование кадмия от никеля производят с применением лигатуры Al-Zn-Cd, со­ставленной в соотношении 1:4:75. Температура про­цесса при этом способе составляет 460° С.

Для рафинирования кадмия от таллия в котел загружают хлористый аммоний и температуру в нем повышают до 500-520° С. Затем включают ме­шалку. По ходу операции рафинирования дросс снимают и загружают новые порции хлористого аммония. Опера­цию рафинирования кадмия от таллия контролируют спектральным методом. По окончании всех операций ра­финирования с поверхности металла тщательно снима­ют остатки дроссов и на ванну загружают небольшое количество свежей щелочи для создания защитного слоя.

Разливку кадмия производят в специальные излож­ницы на разливочной машине. При разливке на по­верхность расплавленного металла в изложницах на­сыпают тонко измельченный хлористый аммоний для предупреждения образования пленки окислов. Чушки металла обрабатывают подкисленной водой и очищают металлическими щетками. Качество металлического кад­мия должно удовлетворять требованиям ГОСТ 1467-67. На некоторых заводах из расплавленного и очищенно­го от примесей кадмия отливают различные изделия и полуфабрикаты.