Металлургия цинка
Схема
пирометаллургического получения цинка:
1)полный окислительный обжиг сульфидных или кальцинациякарбонатных руд;
2)обжиг;
3)производство чернового металла;
Обжиг
а.Подготовка. Полный окислительный обжиг до ≤1 % S. При
этом в отвальном продукте содержится до 2 % Zn.
б.Способы обжига:
—в кипящем слое (предпочтительный);
—во взвешенном состоянии, в механических многоподовых
печах (применяются реже).
в.Основные реакции:
2ZnS + 3O2→2ZnO + 2SO2;
ZnS + 2O2→ZnSO4;
3ZnS + 5,5O2→ZnO * 2ZnSO4 + SO2;
3ZnSO4 + ZnS→4ZnO + 4SO2.
г. Побочные процессы:
ZnS + ЗРbО→ 3Pb + ZnO + SO2 (>750°C)
ZnS + 3CdO→3Cd + ZnO + SO2 (>950°C)
ZnOможет
образовывать ферриты (>650°C) или силикаты; Cdсублимирует
(>980°С) в виде CdSили улетучивается ранее в виде CdO; Pbчастично
улетучивается в виде PbSили РbО или образует феррит и силикат; Сu (в форме сульфидов)
затрудняет полный обжиг; Feснижает
температуру воспламенения шихты, увеличивает тепловыделение; CaO, MgOобразуют
сульфаты; SiO2, Fe2O3 образуют
силикаты, ферриты.
Производство
чернового металла
а.Способы:
—дистилляция в горизонтальных или вертикальных ретортах;
—способы Империал-Смелтинг. Комбинированное получение Zn+Pb.
Спеченный концентрат плавится в шахтной печи с коксом. Znулетучивается.
б.Реакции дистилляционного процесса:
ZnO+ CO→Zn(пар)
+ СO2;
СO2 + С→2СО
ZnO+ C→Zn(пар)
+ СО.
Главным образом происходит косвенное восстановление.
Количество Zn(пар) зависит от наличия СО и
кинетики реакции.
в.Побочные процессы в муфеле: феррит цинка при
температуре >1200°С восстанавливается до ZnO,
FeO, возможно также образование металлического Fe; силикатцинка восстанавливается при еще больших температурах и медленнее; сульфат
цинка частично диссоциирует, образуется ZnS; Fe2O3 восстанавливается до Fe; РbО
восстанавливается до Pbи частично улетучивается; PbSO4 разлагается с образованием PbS; CdOвосстанавливается до Cd, улетучивается
и собирается в алонже; As, Sbпереходят частично в черновой Zn, частично
в пыль; CaSO4 восстанавливается до CaS(>800°С); СаО образует силикаты с FeOи SiO2; А12O3 образует шпинель с ZnO.
Рафинирование
а.Исходный материал: жидкий черновой Znс ≥96 % Zn, содержащий Pb, Cd, Fe,As.
б.Способы рафинирования:
—Ликвация при охлаждении; удаление Pbдо ≥1 %, Feдо 0,03 %. Отражательная печь.
—Ректификация для отделения Pb(жидкая фаза) и Cd(пары).
Гидрометаллургия
Zn
а. Подготовка концентрата к выщелачиванию.
Окислительный обжиг проводится преимущественно до ZnO.
Снижению доли растворимого ZnOспособствуют увеличение доли ZnSO4; переход цинка в труднорастворимой феррит. Кроме того, сульфид цинка,
содержащий железо, склонен к поверхностному окислению, при этом часть ZnSостается
в неокисленном состоянии в сульфидном ядре.
—обработка пульпы в резервуарах типа «Пачука» (метод
«Анаконды»);
—выщелачивание в мешалках при повышенной температуре
(метод Тайнтона).
в.Очистка раствора от выщелачивания:
—очистка от меди цементацией цинковой пылью;
—цементация Cdи остаточной меди цинком;
—осаждение Со в слабом кислом растворе β-нафталом.
г.Получение металлического цинка. Цинк из растворовZnSO4 выделяют электролизом с Аl-катодами и Рb-анодами.