Металлургия цинка

Схема пирометаллургического получения цинка:
1)полный окислительный обжиг сульфидных или кальцинация карбонатных 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; Сuформе 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+ COZn(пар) + СO2;
СO2 + С→2СО
ZnO+ CZn(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; силикат цинка 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 растворами H2SO4 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 FeAs) 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 растворов ZnSO4 выделяют электролизом с Аl-катодами и Рb-анодами.