Способ выщелачивания цинкового концентрата в атмосферных условиях

 

Изобретение относится к способу выщелачивания цинкового концентрата в атмосферных условиях в присутствии трехвалентного железа. Цинковый концентрат подают в реактор, содержащий трехвалентное железо и зародыши ярозита. Содержание серной кислоты на стадии выщелачивания поддерживают в интервале 10-40 г/л, а температуру в области 80^oС - точка кипения раствора, причем на стадию выщелачивания подают кислород, так что цинковый концентрат растворяется, а железо осаждается в виде ярозита, обеспечивается повышение степени извлечения цинка и упрощение способа. 1 табл., 3 ил.

Настоящее изобретение относится к способу выщелачивания цинкового концентрата в атмосферных условиях, так что получаемым конечным продуктом является раствор сульфата цинка, который далее подвергается электролизу, и осадок железа, которым преимущественно является осадок ярозита.

В данной области техники известен способ, описанный в патенте ЕР 451456, согласно которому цинковый концентрат обжигается традиционными способами и подвергается нейтральному выщелачиванию. Феррит, который остается нерастворенным, подвергается сильнокислотному выщелачиванию, и на стадии сильнокислотного выщелачивания имеется также насыщенный объемный концентрат, который, помимо сульфида цинка, содержит также свинец и благородные металлы. На стадии нейтрального выщелачивания оксид цинка огарка растворяется в сульфате цинка и подвергается электролизу после стадий очистки. На стадии сильнокислотного выщелачивания получается осадок, содержащий благородные металлы и свинец, который подвергается либо пирометаллургической обработке, либо флотации для того, чтобы извлечь благородные металлы и свинец. Раствор, полученный на стадии сильнокислотного выщелачивания, также содержит растворенное железо в двухвалентной форме, поэтому раствор подвергается удалению железа, которое согласно изобретению выполняется в автоклаве и в окислительных условиях, и железо осаждается как гематит. Раствор, из которого выделено железо, затем подвергается стадии нейтрального выщелачивания. Этот способ особенно применим тогда, когда цинковый концентрат содержит благородные металлы и свинец.

В данной области техники также известен способ, описанный в патенте US 4676828, где часть концентрата обжигается, а часть подвергается прямому выщелачиванию. Обожженная часть концентрата растворяется путем двухстадийного нейтрального выщелачивания, а нерастворенные ферриты подвергаются многостадийному прямому выщелачиванию цинкового концентрата. По меньшей мере, одна стадия прямого выщелачивания имеет место при повышенных давлении и температуре, что увеличивает стоимость процесса. Ценные металлы концентрата отделяются от осадка прямого выщелачивания, а растворенное железо высаждается из раствора сульфата цинка с помощью добавления огарка. Железо осаждается в виде гетита.

Из патента US 4274931 известно извлечение цинка из концентрата сульфида цинка; цинковый концентрат выщелачивается в условиях, где температура находится в интервале 70-119^oС, количество железа и других примесей составляет 5-50 г/л, а количество серной кислоты - 20 г/л максимум. Выщелачивание имеет место в две стадии, на первой из которых концентрат выщелачивается раствором, полученным на второй стадии выщелачивания, так что имеет место одновременное выщелачивание цинка, содержащегося в концентрате, и частичное осаждение железа, содержащегося в растворе, а на второй стадии имеет место одновременное выщелачивание осадка железа и концентрата, который остался нерастворенным на первой стадии. На первой стадии выщелачивания получается сульфатный раствор, содержащий цинк и железо. Этот раствор направляется в контур выщелачивания цинкового огарка, где железо осаждается при нейтрализации его цинковым огарком, после чего остаток примесей удаляется, а раствор направляется на электролиз. Осадок выщелачивания первой стадии, который еще содержит некоторое количество нерастворенного концентрата и осажденного железа, на второй стадии подвергается выщелачиванию возвратной кислотой с электролиза. Кроме того, на этой стадии подается кислород. Из осадка, оставшегося после второй стадии выщелачивания, выделяется элементарная сера и нерастворенный сульфид с помощью флотации.

Патент US 3959437 раскрывает способ выщелачивания цинкового концентрата, включающий его обработку серной кислотой в атмосферных условиях в присутствии трехвалентного железа при температуре в диапазоне 80^oС - точка кипения раствора с растворением цинкового концентрата и осаждением железа в виде ярозита.

Как уже показано в приведенных выше ссылках, растворение концентрата сульфида цинка в раствор серной кислоты осуществляется через образование промежуточного соединения трехвалентного железа согласно следующим уравнениям реакции: ZnS+Fe₂(SO₄)₃-->ZnSO₄+FeSO₄+S^o (1) Образованное двухвалентное железо регенерируется с помощью кислорода: FeSO₄+H₂SO₄+1/2 O₂ --> Fe₂(SO₄)₃+H₂O (2) FeS, который находится в решетке сульфида цинка, реагирует таким же образом, как сульфид цинка FeS+Fe₂(SO₄)₃ --> FeSO₄+S^o (3) Двухвалентное железо, полученное в растворе, должно быть осаждено, и это осуществляется либо в виде гетита, ярозита или гематита. Если железо должно быть осаждено в основном в виде гетита, как описано в патенте US 4274931, значение рН должно быть поднято высоко по отношению к условиям осаждения железа, и в таких условиях цинк растворяется очень медленно. Это значит, что железо должно быть осаждено на отдельной стадии при использовании, например, цинкового огарка в качестве агента осаждения, как приведено в пункте 8 указанного патента США.

Гематит может быть осажден при более высоком кислотном содержании, чем гетит, и так, что сульфид цинка эффективно растворяется и служит в качестве нейтрализующего агента, как описано в патенте ЕР 451456, но тогда должны быть применены условия автоклава.

Осаждение железа в виде ярозита может иметь место в атмосферных условиях с содержанием кислоты, которое является таким высоким, что сульфид цинка растворяется, если остальные условия устанавливаются благоприятным образом. Как хорошо известно, железо осаждается в виде ярозита в атмосферных условиях (низкие температуры) очень медленно, и осаждение является поверхностно активированным. Для достижения достаточной скорости осаждения предпочтительно, особенно при высоких содержаниях кислоты, чтобы в условиях осаждения имелась адекватно высокая концентрация ярозита. Это достигается, например, рециркуляцией ярозита, как описано, например, в Канадском патенте I0948I9.

Настоящее изобретение относится к способу выщелачивания цинкового концентрата в атмосферных условиях в присутствии трехвалентного железа. Необходимо, чтобы цинковый концентрат подавался в условиях, где, помимо трехвалентного железа, присутствуют также зародыши ярозита, где содержание серной кислоты стадии выщелачивания поддерживается в пределах 10-40 г/л, а температура в области 80^oС - точки кипения раствора и где на стадии выщелачивания подается кислород, так что цинковый концентрат растворяется, а железо осаждается в виде ярозита. Главные новые характеристики изобретения являются очевидными из прилагаемой формулы изобретения.

Нами теперь установлено, что предпочтительно обрабатывать цинковый концентрат в конверсионном способе, где цинк, содержащийся в концентрате, выщелачивается, а железо осаждается одновременно. В этом случае концентрат подается непосредственно на стадию конверсии. С точки зрения извлечения цинка, этот способ является очень значительным улучшением, потому что теперь выщелачивание может комбинироваться со стадией конверсии, и совсем нет необходимости в усложненном способе. Способ является простым в качестве конверсионного способа, и извлечение является хорошим. Этот способ также обеспечивает улучшенное извлечение цинка из феррита, потому что в новом способе может быть увеличен уровень кислоты конечной части стадии конверсии, поскольку нет необходимости проводить осаждение железа так, как в традиционном конверсионном способе, ввиду того, что остаток железа может быть осажден в сочетании с выщелачиванием цинкового концентрата. Образованная элементарная сера при выщелачивании цинкового концентрата либо поступает в остаток ярозита, либо извлекается на отдельной стадии способа.

Изобретение описывается более подробно со ссылкой на прилагаемые диаграммы, где на фиг.1 показан предпочтительный вариант изобретения, где прямое выщелачивание концентрата комбинируется с процессом конверсии; на фиг.2 показано, как способ согласно изобретению комбинируется с осаждением ярозита стадии конверсии; и на фиг.3 представлен еще один предпочтительный вариант изобретения.

На фиг.1 видно, что часть концентрата еще обжигается, и полученный огарок подается на нейтральное выщелачивание, где огарок выщелачивается возвратной кислотой с электролиза. Полученный после нейтрального выщелачивания раствор и осадок подвергаются разделению, и полученный раствор сульфата цинка после очистки направляется на электролиз. Часть, которая остается нерастворенной после нейтрального выщелачивания, т.е. ферриты, направляется на стадию конверсии, где осадок выщелачивается кислотным раствором, полученным с электролиза или какого-либо другого подходящего места, причем указанный кислотный раствор содержит 200 г/л H₂SO₄. Этим кислотным раствором содержание серной кислоты на стадии конверсии обычно регулируется так, чтобы быть в интервале 10-40 г/л, преимущественно 20-30 г/л.

Обычно стадия конверсии осуществляется в нескольких различных реакторах, но для того, чтобы можно было подавать необожженный цинковый концентрат на стадию конверсии, предпочтительно добавлять на этой стадии реакторы, куда подается цинковый концентрат и кислород наряду с осадком ферритов-ярозита. Концентрат может подаваться на первую часть стадии, но наиболее предпочтительно он подается в ее среднюю часть в ситуации, когда феррит растворяется, а ярозит начинает осаждаться. Разделение раствора и твердых веществ имеет место в конце стадии подобным образом, как в традиционном конверсионном способе. Питание концентрата на стадии конверсии может быть реализовано описанным выше путем, независимо от того, что стадии были включены в выщелачивание цинкового огарка до стадии конверсии. Так, нейтральное выщелачивание может иметь место в несколько стадий, или выщелачивание может также включать какой-либо вид сильнокислотного выщелачивания до стадии конверсии, как описано со ссылкой на фиг.4 патента US 3959437.

В последнее время имеется все большая и большая тенденция к прямому выщелачиванию цинкового концентрата, потому что серная кислота, получаемая из оксида серы, образуемого при обжиге, является не особенно экономически выгодной для изготовления: она имеет бедный рынок и не имеет большого сбытового значения. Прямое выщелачивание может быть выгодно комбинировано с конверсионным способом. При таком комбинировании способ не требует новых стадий, но обычно к стадии конверсии должны быть добавлены новые реакторы. Это представлено на фиг.2. Способ, основанный на использовании огарка, не требует кислорода, но кислород необходим для выщелачивания концентрата. Таким образом, стадия требует новых реакторов, где имеет место диспергирование кислорода в суспензии.

Способ согласно изобретению является более простым и более экономичным, чем существующие в технике способы, описанные выше. В изложенном выше описании нами приведен предпочтительный вариант изобретения, где прямое выщелачивание комбинируется с конверсионные способом, но прямое выщелачивание может также комбинироваться с ярозитным способом, например, после реакторов в осаждении ярозита. В традиционном ярозитном способе выщелачивание ферритов и осаждение железа в виде ярозита осуществляются на отдельных стадиях способа.

На фиг. 3 представлена технологическая схема, согласно которой способ в его простейшем виде может быть полностью освобожден от обработки осаждения и соединенных стадий выщелачивания, и цинковый концентрат может выщелачиваться, например, возвратной кислотой с электролиза, а кислород может подаваться на выщелачивание. Полученные раствор и осадок концентрируются и фильтруются. Часть осадка рециркулируется обратно на стадию выщелачивания/осаждения, где она служит в качестве зародышей ярозита, но главная часть осадка является осадком ярозита, удаляемым из циркуляции. Полученный раствор сульфата цинка после нейтрализации и очистки раствора направляется на электролиз.

Изобретение описывается более подробно с помощью прилагаемого примера, хотя, естественно, что способ согласно изобретению может быть также реализован с помощью иных предпочтительных вариантов, чем описанный ниже в примере. Например, способ согласно фиг.3, является предпочтительным, когда способ не комбинируется с конверсионным способом. В этом случае ярозит, необходимый в способе, возвращается из нижнего потока загустителя.

ПРИМЕР
На экспериментальном уровне осуществляют способ, представленный на фиг. 2. В экспериментальный реактор загружают 75 м³ суспензии от суспензии, полученной со стадии конверсии промышленной установки, в суспензию вводят загуститель и проводят разделение раствора и твердых веществ, после чего твердые вещества удаляют из способа. В реактор загружают 5,0 т цинкового концентрата с содержанием 52% Zn, 4,5% Fe и 32% S. Содержимое реактора перемешивают и подают в него газообразный кислород. Температуру поддерживают около 95^oС, причем в растворе содержится примерно 5 г/л NH₄.

В результате эксперимента получают данные, приведенные в таблице.

В твердом веществе конверсионной суспензии содержится 2,4 % Zn, который теряется в обычном конверсионном способе, потому что это является конечным остатком выщелачивания. В конечном осадке экспериментального осуществления способа в примере содержится только 1,2% Zn, что указывает на то, что цинковый концентрат растворяется, а также, что цинк растворяется к тому же из обычного осадка ярозита. Другой типичной характеристикой способа является то, что количество железа в растворах резко снижается. Это является очень благоприятным для стадии нейтрального выщелачивания, которая допускает только ограниченное количество рециркулируемого железа со стадии конверсии. Так как содержание железа теперь является сниженным, производство цинка может быть увеличено при выщелачивании цинкового концентрата без внесения изменений в стадию нейтрального выщелачивания.

Формула изобретения

Способ выщелачивания цинкового концентрата, включающий его обработку серной кислотой в атмосферных условиях в присутствии трехвалентного железа при температуре в диапазоне 80^oС - точка кипения раствора с растворением цинкового концентрата и осаждением железа в виде ярозита, отличающийся тем, что цинковый концентрат подают в реактор, содержащий зародыши ярозита, содержание серной кислоты поддерживают в интервале 10-40 г/л и на выщелачивание подают кислород.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4