Металлургия цинка

Схема пирометаллургического получения цинка:

1)полный окислительный обжиг сульфидных или кальцинациякарбонатных руд;

2)обжиг;

3)производство чернового металла;

4)рафинирование чернового металла ликвацией и ректификацией.

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.

Извлечение цинка: в горизонтальных ретортах (≥90 %) и в вертикальных ретортах (≥82 %).

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.

б.Растворение цинка. Производится растворамиH₂SO₄ с использованием отработанного электролита.

Феррит цинка растворим только  в концентрированной H₂SO₄. Принципы выщелачивания:

—обработка пульпы в резервуарах типа «Пачука» (метод «Анаконды»);

—выщелачивание в мешалках при повышенной температуре (метод Тайнтона).

в.Очистка раствора от выщелачивания:

—осаждение Fe(и As) гидролизом при нейтрализации кислоты;

—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.