Очистка растворов от накапливающихся примесей

К накапливающимся в растворах примесям относятся калий, натрий, магний и марганец. Суммарное содержа­ние первых трех металлов достигает 20-30 г/л. Концен­трация марганца колеблется в широких пределах - от 3 до 15 г/л. Указанные примеси накапливаются в рас­творах тем быстрее, чем меньше безвозвратные потери растворов. Иногда их количество составляет сотни тонн. Накопление щелочных и щелочноземельных металлов увеличивает плотность раствора, затрудняет процесс от­стаивания пульп, повышает напряжение на электролиз­ных ваннах.

Ни один из описанных выше способов очистки рас­творов, основанных на процессах гидролиза, адсорбции, коагуляции и образования нерастворимых химических соединений, не позволяет удалить эти примеси из рас­твора. Единственным действенным методом очистки от них является регулярный вывод части растворов из цик­ла производства и замена этой части свежим раствором сульфата цинка.

Осуществляют вывод части загрязненных растворов различными способами. На заводах «Трейл» (Канада), «Удайпур» (Индия) и других зарубежных предприятиях часть отработанного цинкового электролита подвергают дополнительному электролитическому обесцинкованию (электролиз на истощение) в специальных ваннах до остаточного содержания цинка 10-15 г/л. Затем рас­твор нейтрализуют для осаждения цинка аммиаком или другими осадителями, пульпу фильтруют, фильтрат сбрасывают в канализацию, а осадок используют как минеральное удобрение или после дополнительной обработки возвращают в цех выщелачивания.

На отечественных цинковых заводах выведенный из оборота нейтральный цинковый раствор используют для получения цинкового купороса, а точнее, маловодного сульфата цинка, содержащего некоторое количество кри­сталлизационной влаги и потребляемого в основном обо­гатительными фабриками. Производят цинковый купо­рос путем обезвоживания раствора сульфата цинка в пе­чах КС. Для этой цели на всех гидрометаллургических цинковых заводах, а также на Чимкентском свинцовом заводе и заводе «Рязцветмет» построены печи КС с топ­ками, работающими на жидком или газообразном топ­ливе (рис. 67). Впервые этот способ был освоен в 1960 г. на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комби­нате.

Печи КС имеют различную конструкцию топок (горизонтальные или вертикальные), подин (металлические, бетонные, заполненные стальными шарами) и оборудо­ваны приборами теплового контроля и автоматического управления. Температуру в камере сгорания поддержи­вают в пределах 700-750° С. Топочные газы поступают через подину в кипящий слой высотой 700 мм, где их температура снижается до 230-250° С. В топку печи по­дают 14-18 тыс. м³/ч воздуха давлением 10-18 кПа. Разрежение в верхней части печи составляет 30-50 Па. Производительность печи по раствору колеблется в пре­делах 1,8-3,0м³/ч.

На отдельных цинковых заводах растворы упаривают без предварительной очистки. Поэтому купорос получа­ется низкого качества и имеет ограниченный сбыт. Для получения продукта, удовлетворяющего требованиям го­сударственного стандарта, необходимо проводить пред­варительную очистку растворов от марганца и железа. Эффективное выделение железа и марганца из нейтраль­ных растворов может быть достигнуто путем окисления их с последующим осаждением марганца в виде трудно­растворимой марганцовистой кислоты, а железа в виде основной соли - продукта гидролиза при определенных значениях рН.

Активным окислителем этих металлов в среде суль­фата цинка является перманганат калия (КМnО₄), дей­ствие которого протекает по реакциям:

3Mn²⁺ + 2Mn⁷⁺ ↔ 5Мn⁴⁺;                (67)

3Fe²⁺ + Мn⁷⁺ ↔ 3Fe³⁺ + Мn⁴⁺.            (68)

Для очистки от марганца и железа определяют в.ис­ходном растворе содержание марганца и добавляют к нему перманганат калия из расчета 2 кг окислителя на 1 кг осаждаемого марганца (содержанием железа в рас­чете пренебрегают). Одновременно загружают нейтра­лизатор - цинковый дросс - для создания рН = 3,5÷5,0. Раствор считается очищенным, если после операции очистки и фильтрации он не окрашен, а содержание марганца в нем не превышает 80-90 мг/л.

Рис. 67. Печь КС для получения цинкового купороса

В результате упаривания очищенного раствора в пе­чи КС получают гранулированный маловодный сульфат цинка двух сортов следующих составов, %: