» » Выщелачивание цинка
06.05.2015

Цель выщелачивания — возможно более полное извлечение в раствор цинка и других полезных компонентов обожженного концентрата при минимальном загрязнении раствора вредными примесями.
Под словом «выщелачивание» обычно подразумевается процесс растворения в жидком растворителе одного или нескольких составляющих твердого материала. В гидрометаллургии под этим термином часто понимается совокупность ряда операций, таких как растворение окиси цинка в серной кислоте, отстаивание и фильтрация пульпы, гидролитическая очистка от примесей и др.
На выщелачивание поступает наиболее тонкая фракция огарка с величиной зерна обычно менее 0,3 мм. Чаще огарок подают на выщелачивание в сухом виде и реже — в виде пульпы, в смеси с оборотными растворами.
Растворителем служит слабый раствор серной кислоты — отработанный электролит с кислотностью 100—150 г/л. При перемешивании огарка с кислотой происходит растворение окиси цинка и частично окислов других металлов. В раствор переходят цинк, кадмий, железо, медь, мышьяк, сурьма, таллий, индий, германий и другие элементы. Кроме того, растворяется часть кремнекислых соединений с образованием коллоидальной кремневой кислоты. Нерастворимые в слабых растворах кислоты соединения (окись железа, сульфат свинца, породообразующие) остаются в твердом остатке — «цинковом» кеке.
Цинковый раствор отделяют отстаиванием или фильтрацией и по дают на очистку от примесей, а кек промывают и направляют в дальнейшую переработку.
Теоретические основы выщелачивания

Теория выщелачивания в общем виде подробно освещена ранее. Как правило, в гидрометаллургии цинка в процессе выщелачивания различаются две ступени. Первая заканчивается при содержании в растворе свободной серной кислоты 2—3 г/л, а вторая — при pH = 4,8 / 5,4. Извлечение в раствор цинка, кадмия, меди и редких металлов протекает главным образом в первой ступени. Во второй в процессе нейтрализации раствора протекает гидролитическое осаждение (очистка) из раствора некоторых примесей, перешедших в него на первой ступени выщелачивания Нейтрализация достигается введением некоторого избытка огарка, что снижает извлечение цинка в раствор.
Ниже рассматривается поведение компонентов обожженного цинкового концентрата на первой ступени выщелачивания. Процессы осаждения из раствора примесей, протекающие при нейтрализации пульпы, будут описаны при изложении гидролитической очистки раствора.
Соединения цинка В обожженном концентрате цинк находится в основном в форме ZnO, ZnSO4, ZnO*FeaO3, 2ZnO*SiO2 и ZnS. Окись цинка растворяется в серной кислоте по реакции
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O.

При избытке кислоты и интенсивном перемешивании огарка реакция протекает довольно быстро. Согласно исследованиям Вниицветмета, переход цинка в раствор при выщелачивании огарка с крупностью частиц —0,2 +0,15 мм заканчивается за 2 мин., а с крупностью частиц мельче 0,15 мм — за 1 мин. При выщелачивании тонких фракций огарка температура пульпы резко повышается до 80—90°.
Сульфат цинка легко растворим в воде и на его выщелачивание кислота не расходуется. Поэтому высокое содержание сернокислого цинка в огарке вызывает увеличение концентрации цинка в растворе и, как следствие, удельного веса последнего, что приводит к нарушению баланса серной кислоты в замкнутом цикле производства.
Феррит цинка мало растворим в слабой серной кислоте. Для перевода в раствор цинка из ферритных соединений необходимы высокая концентрация серной кислоты (более 300 г/л) и повышенная температура (70—80°). В этих условиях одновременно с цинком в раствор переходит большое количество трехвалентного железа.
Несмотря на легкую растворимость кремнекислого цинка, присутствие его в обожженном продукте нежелательно. Ортосиликат цинка служит основным источником загрязнения раствора кремнекислотой. Перед нейтрализацией раствор в конце первой ступени выщелачивания содержит иногда кремнекислоты 4 г/л и более.
Сульфид цинка практически нацело переходит в твердый остаток. Таким образом, растворимыми соединениями являются окись, сульфат и силикат цинка. Ферриты и сульфид цинка остаются в кеке. Конечная концентрация цинка в растворе в зависимости от начального содержания цинка и кислоты в исходном растворе поднимается до 110—150 г/л.
Соединения кадмия ведут себя подобно соединениям цинка В результате реакции CdO + H2SO4 = CdSO4 + H2O в раствор переходит до 90% кадмия от содержания его в огарке. В промышленных растворах концентрация кадмия находится в пределах 100—150 мг/л.
Соединения меди Наиболее легко растворяется окись меди CuO, при взаимодействии которой с серной кислотой образуется сульфат меди Феррит меди растворяется так же трудно, как и феррит цинка. При выщелачивании переходит в раствор до 70—75% меди, находящейся в обожженном концентрате. При переработке концентратов с повышенным содержанием меди концентрация ее в кислом растворе достигает иногда 2—3 г/л.
Соединения железа. В огарке присутствуют окислы FeO, Fe2O3, Fe3O4 и железо, связанное в ферриты с другими металлами. В условиях нормального процесса выщелачивания легко взаимодействует со слабой серной кислотой только закись железа, образуя сульфат закиси FeSO4 по реакции
FeO + H2SO4 = FeSO4 + H2O.

В циклонной пыли обжиговых печей иногда содержится в небольших количествах сульфат железа, который также переходит в раствор. Трехвалентные соединения железа плохо растворяются в слабой серной кислоте. Незначительное количество сульфата окиси железа, который переходит в раствор в результате реакции
Fe2O3 + 3H2SО4 = Fe2 (SO4)3 + 3Н2О,

легко восстанавливается в кислой среде различными восстановителями до сульфата закиси В условиях выщелачивания к восстановителям относятся сульфиды металлов, сернистый газ, металлические цинк, кадмий, медь и одновалентные соединения меди. Поэтому раствор после первой ступени выщелачивания содержит до 90% двухвалентного железа и лишь около 10% трехвалентного Небольшая концентрация железа в растворе — до 1 г/л — необходима для последующей гидролитической очистки раствора от мышьяка, сурьмы, германия и других вредных примесей. При переработке железистых концентратов содержание железа может достигать 2—3 г/л, что отрицательно сказывается на отстаивании и фильтрации нейтральной пульпы.
Соединения мышьяка и сурьмы. Окисленные соединения мышьяка и сурьмы при выщелачивании огарка взаимодействуют с серной кислотой, образуя растворимые соединения
As2O3 + 3H2SО4 = As2 (SO4)3 + 3Н2О,
Sb2O3 + 3H2SО4 = Sb2 (SO4)3 + 3Н2О.

Трехокиси мышьяка и сурьмы содержатся в больших количествах в пылях свинцового и медного производств. Эти соединения концентрируются также в пылях электрофильтров при обжиге цинковых концентратов Обычное содержание мышьяка в растворах от выщелачивания огарка 10—20 мг/л, сурьмы 1—3 мг/л. При переработке мышьяковистых огарков или пылей концентрация мышьяка в растворе поднимается до 200—300 мг/л.
Никель, кобальт и марганец также переходят в раствор при выщелачивании обожженного концентрата. Содержание кобальта обычно превышает содержание никеля в несколько раз. За один цикл выщелачивания в зависимости от состава сырья в раствор может переходить кобальта до 5 мг/л. Основной источник загрязнения растворов марганцем — пиролюзит, применяемый как окислитель в процессе гидролитической очистки раствора.
Подавляющая часть свинца остается в кеке в виде сульфата PbSО4. Однако в литре кислого раствора всегда присутствует 1—3 мг свинца.
Золото не растворяется в серной кислоте и полностью переходит в твердый остаток. Сульфат серебра легко растворим. В присутствии ионов хлора образуется малорастворимое соединение AgCl, которое остается в кеке.
Соединения хлора, фтора, натрия, калия, магния легко выщелачиваются и накапливаются в оборотных растворах.
Кремнезем содержится почти во всех цинковых концентратах. В свободном виде он не взаимодействует с серной кислотой, но будучи связан с окислами свинца и цинка легко переходит в раствор. В кислом растворе до нейтрализации кремнезем содержится в форме золя, при малой кислотности (pH=3/4) кремнекислота коагулирует и превращается в гель. В кислых растворах содержание кремнезема достигает 4—5 г/л.
Соединения кальция и бария. При выщелачивании огарка карбонаты окиси кальция и бария превращаются в сульфаты по реакции
CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + H2O + CO2;
BaCO3 + H2SO4 = BaSO4 + H2O + CO2.

Сульфат кальция в незначительной степени переходит в раствор.
Рассеянные элементы, таллий, галлий, индий, германий, селен, теллур в той или иной степени переходят в раствор.
Факторы, влияющие на показатели выщелачивания

Процесс выщелачивания обожженного цинкового концентрата протекает в гетерогенной среде. На скорость реакций растворения и другие показатели влияют различные факторы, основные из которых: физическое состояние огарка, температура процесса, кислотность раствора и интенсивность перемешивания.
Продолжительность операции выщелачивания в производственных условиях рассчитывают на определенную среднюю крупность зерна огарка. Поэтому при неоднородном гранулометрическом составе обожженного материала более крупные зерна не успевают полностью выщелачиваться, что снижает извлечение цинка в раствор. Во избежание этого приходится в несколько раз увеличивать продолжительность операции. Так, например, фракция огарка —0,3 +0,2 мм растворяется в 35 раз медленнее фракции мельче 0,15 мм. Особенно отрицательно сказывается на процессе неоднородная крупность огарка во второй ступени выщелачивания — при нейтрализации раствора.
При повышении температуры скорость выщелачивания резко возрастает и для успешного протекания реакции процесс должен идти при температуре не менее 70°. Пульпа разогревается до необходимой температуры за счет тепла экзотермических реакций, поэтому специальный нагрев раствора применяется только в особых случаях. При периодическом — порционном процессе температура выщелачивания достигает 80°. Hа отечественных заводах с гидравлическим транспортом огарка непосредственно от печей в известной мере используется также теплота горячего огарка.
Высокая начальная кислотность раствора способствует ускоренному растворению компонентов огарка и повышению температуры пульпы. В то же время с высокой кислотностью связаны увеличение удельного веса раствора и повышение степени перехода в него вредных примесей. Поэтому оптимальную начальную кислотность выбирают исходя из характера концентрата, схемы выщелачивания и заданных условий электролиза очищенного раствора. При периодическом процессе. когда имеется возможность значительно растянуть продолжительность операций очистки растворов, начальная кислотность достигает иногда 150 г/л, тогда как при непрерывном процессе она не превышает 10 г/л.
Растворение окиси цинка начинается с поверхности зерен огарка и для обновления слоя растворителя вокруг них необходимо интенсивное перемешивание пульпы.
Схемы выщелачивания

В мировой практике гидрометаллургии цинка применяемые схемы выщелачивания обожженного концентрата различаются главным образом тремя особенностями: прерывностью либо непрерывностью собственно операции выщелачивания, количеством ступеней выщелачивания и кислотным режимом.
Непрерывный процесс характеризуется тем, что огарок и кислые растворы поступают на выщелачивание непрерывно примерно в постоянном соотношении. Пульпа проходит серию последовательно установленных чанов с пневматическим или реже с механическим перемешиванием. Обычно при этом применяется противоточное двухстадийное выщелачивание, вначале в нейтральных растворах, затем в кислых.
На зарубежных цинковых заводах непрерывному выщелачиванию подвергают охлажденный и измельченный огарок, прошедший сухую классификацию. В отличие от этого на заводах России выщелачивание по непрерывной схеме начинается, по существу, в желобе под обжиговыми печами, в котором горячий огарок без предварительной подготовки смывается циркулирующим кислым раствором. Классификации в данном случае подвергается уже частично выщелоченная твердая часть пульпы.
Непрерывная схема позволяет с высокой эффективностью перерабатывать стабильное и высокосортное сырье, особенно при больших масштабах производства. Основные преимущества этой схемы лучшее использование чанов для выщелачивания, так как устраняются простои, связанные с их заполнением и опорожнением, и возможность полной автоматизации процесса. К недостаткам схемы относятся большой объем циркулирующих растворов. Высокие требования к постоянству состава и квалификации персонала и трудность налаживания процесса при его расстройствах.
Периодический процесс характеризуется прежде всего точной порционной дозировкой огарка и кислоты и прерывистым проведением выщелачивания отдельными операциями. В качестве аппаратов для выщелачивания применяются обычно чаны с механическим и реже с пневматическим перемешиванием.
Каждая операция выщелачивания состоит из загрузки порций кислоты, оборотных растворов и обожженного концентрата, перемешивания и выгрузки готовой пульпы в сгустители или фильтры. Периодическое выщелачивание можно проводить в одну или две стадии. Схема периодического выщелачивания более целесообразна для переработки разнохарактерного и сложного по составу сырья. Она позволяет с большой гибкостью регулировать режим выщелачивания, дает возможность перерабатывать низкокачественные концентраты и обеспечивает жесткий контроль качества растворов. Автоматизация процесса собственно выщелачивания в данном случае затруднительна.
По числу стадий различают одностадийное, двухстадийное и трех стадийное выщелачивание. Некоторые заводы применяют схему, промежуточную между одностадийным и двухстадийным выщелачиванием. Следует отметить, что все остальные операции обработки растворов и пульп в цехах выщелачивания (сгущение, очистка растворов, промывка кеков и др.) осуществляются как при непрерывном, так и при периодическом проведении операции выщелачивания одинаково.
Одностадийное выщелачивание характеризуется тем, что огарок обрабатывается отработанным электролитом с добавкой незначительного количества промывных растворов. Начальная кислотность исходного раствора при выщелачивании мало отличается поэтому от кислотности электролита, поступающего из цеха электролиза. Вначале проводится кислое выщелачивание, в конце которого кислотность раствора снижают до 3—10 г/л. Далее, обычно в том же чане, остаток кислоты нейтрализуют добавкой огарка и осуществляют осаждение примесей (вторая ступень выщелачивания). После отделения от твердого остатка и очистки от меди, кадмия и кобальта нейтральный раствор направляют на электролиз. Оборотных растворов получается относительно немного.
Схема обладает большими технологическими преимуществами, к которым относятся возможность получения очень чистых растворов, сокращение количества оборудования, универсальность и простота процесса и высокая производительность труда. К недостаткам схемы надо отнести пониженное прямое извлечение цинка. Однако с этим явлением можно бороться путем применения для выщелачивания лишь тонких (мельче 0,15 мм) фракций огарка.
В последнее время в ряде стран наблюдается тенденция к проектированию на новых цинковых заводах схем одностадийного выщелачивания.
Наиболее распространенная схема двух стадийного выщелачивания характеризуется тем, что на первой стадии осуществляется так называемое нейтральное выщелачивание, оканчивающееся нейтрализацией кислоты в растворе, а на второй — кислое. В стадии нейтрального выщелачивания весь огарок смешивают с оборотными кислыми растворами второй стадии. После отделения раствора к сгущенной нейтральной пульпе добавляют отработанный электролит для выщелачивания остатка окиси цинка (стадия кислого выщелачивания). На ряде заводов часть отработанного электролита направляют также в стадию нейтрального выщелачивания. В зависимости от распределения отработанного электролита устанавливается кислотный режим на каждой стадии. С течением времени в оборотных растворах накапливаются некоторые примеси, которые выводятся из процесса с влажным остатком от кислого выщелачивания (цинковыми кеками).
Выщелачивание цинка

Tpeхстадийное выщелачивание применяется как исключение. Третья стадия выщелачивания оправдывается лишь в некоторых особых случаях, например когда переработка цинковых кеков в шихте свинцового завода связана с необходимостью максимального снижения содержания цинка в кеках.
Схема с так называемым довыщелачиванием твердого остатка от нейтрального выщелачивания используется на заводах «Укрцинк» и Монсанто. Эта схема характеризуется тем, что в отличие от кислого выщелачивания довыщелачивание производится при постоянной весьма низкой кислотности, близкой к нейтральной среде.
По кислотному режиму технологические схемы выщелачивания могут классифицироваться на так называемые стандартные, высококислотные и низкокислотные. Общепринята стандартная схема, в которой максимальная кислотность используемого для выщелачивания отработайного электролита составляет 100—150 г/л. С высокой кислотностью электролита (300 г/л) по методу Тейнтона работает завод Сулливан (США). Высокую кислотность отработанного электролита применяют на этом заводе с целью растворения ферритного цинка. Проведение электролиза при такой кислотности требует особо глубокой очистки раствора от примесей. Этот процесс, примененный еще в тридцатых годах, дальнейшего распространения не получил в связи с затруднениями, возникшими при конструировании аппаратуры и при очистке растворов.
Низкокислотный процесс осуществлен на заводач Монсанто, США, и Носса, Италия, в связи с высоким содержанием растворимого кремнезема в обожженном концентрате. Выщелачивание проводится в одну стадию при максимальной кислотности раствора pH=4/5.
Вопрос о рациональных схемах выщелачивания на электролитных заводах обсуждался на совещании работников цинковой промышленности в Гинцветмете и на Техническом совете бывшего Министерства цветной металлургии России. Типичные схемы непрерывного и периодического выщелачивания огарка, принятые на отечественных заводах, показаны на рис. 35, 36.
Отделение раствора от твердого остатка

При выщелачивании обожженного концентрата получается кислая или нейтральная пульпа (смесь сульфатного раствора и нерастворимого остатка) с содержанием твердого 20—70 г/л. Для последующей очистки раствора и переработки твердого остатка пульпу подвергают разделению на твердую и жидкую фазы. Разделение производят двумя методами: сгущением (отстаиванием) и фильтрацией.
Процессы сгущения проводят в сгустителе с получением двух продуктов. сгущенной пульпы и осветленного раствора.
При сгущении пульпы протекают довольно сложные физико-химические процессы. Внешне они проявляются в осаждении твердых частиц в жидкой среде. На скорость отстаивания и сгущения влияют многие факторы, главнейшие из них: pH среды, содержание в растворе кремнезема и гидроокисей тяжелых металлов, температура и удельный вес раствора, условия выщелачивания огарка.
Кислые пульпы с pH менее 1—2 (0,5—5 г/л H2SO4), когда они не содержат пептизированных гелей кремневой кислоты и гидроокисей железа, меди и других металлов (кислая ступень одностадийной схемы), сравнительно легко отстаиваются. Однако достаточно полное осветление раствора идет очень медленно, что объясняется отсутствием процессов коагуляции при этих значениях pH. Если пептизированные коллоиды присутствуют (двухстадийная схема), отстаивание и осветление резко ухудшается. Особенно плохо протекает отстаивание кислой пульпы на заводах со схемой непрерывного выщелачивания, где мельчайшие частицы коллоидов в большей степени накапливаются в циркулирующих растворах.
Выщелачивание цинка

При повышении pH пульпы, т. е. при нейтрализации ее огарком (нейтральное выщелачивание), возможности для процессов отстаивания и сгущения резко изменяются. В диапазоне pH=3/5,6 протекают процессы коагуляции кремневой кислоты и гидроокисей металлов, сопровождающиеся вначале практически полным прекращением процесса осаждения, а затем в определенный ограниченный отрезок времени — максимальной скоростью отстаивания. При дальнейшем перемешивании пульпы и более глубокой нейтрализации раствора процесс осветления вновь ухудшается. Наглядно это явление видно из кривой на рис. 37, построенной по результатам испытания процесса выщелачивания огарка Усть-Каменогорского цинкового завода. Для каждого состава нейтральной пульпы существует оптимальное значение pH, при котором наблюдается максимальная скорость отстаивания. В связи с необходимостью достижения высокой степени гидролитической очистки раствора от примесей нейтральное выщелачивание заканчивается при значениях pH более высоких, чем соответствующие оптимальным условиям отстаивания пульпы.
Сгущение и отстаивание пульпы зависит от содержания кремневой кислоты и железа в растворе. Повышенное содержание этих примесей является, по существу, основной причиной ухудшения процесса. При заданном составе концентрата уменьшить переход кремнезема в раствор можно путем снижения температуры обжига и кислотности раствора. Содержание растворимого железа в огарке можно уменьшить проведением обжига в резко окислительной атмосфере.
Особые трудности создает присутствие кремневой кислоты в растворах при схеме двухстадийного непрерывного выщелачивания, легче избежать вредного ее влияния в процессе периодического двухстадийного выщелачивания. По одностадийной схеме с низкокислотным ре жимом можно перерабатывать концентраты с очень высоким содержанием кремнезема. Вредное действие кремневой кислоты в известной степени парализуется повышением температуры пульпы, уменьшением продолжительности перемешивания при выщелачивании и введением поверхностно активных веществ — флокулянтов. При температуре раствора 70—80° осаждение коллоидных частиц протекает с приемлемой скоростью.
Повышение концентрации цинка и удельного веса растворов затрудняет отстаивание. В стандартном процессе содержание цинка в нейтральном растворе редко превышает 150 г/л, а удельный вес раствора 1,4. Немаловажное значение имеют крупность обожженного материала и условия выщелачивания Очень тонкие переизмельченные в процессе обогащения частицы концентрата, шламы, пыли и возгоны отстаиваются медленно.
Наилучшие условия для отстаивания нейтральных пульп создаются в одностадийной схеме с низкокислотным режимом. Объясняется это минимальным переходом в раствор коллоидальных примесей, а также тем, что исключается их кругооборот в процессе выщелачивания. С увеличением количества стадий в замкнутой технологической схеме и повышением начальной кислотности выщелачивания условия для отстаивания пульпы ухудшаются вследствие большого перехода примесей в раствор, накопления их в процессе и пептизации коллоидов в кислой стадии.
Процесс отстаивания проходит удовлетворительно для пульп с содержанием твердого 50—100 г/л. После отстаивания получается верхний слив с содержанием твердого 1—4 г/л и сгущенная пульпа с отношением ж:т=(2—3):1.
На обслуживание сгустителей затрачивается мало рабочего времени; работа их поддается полной автоматизации. Недостатком обычных сгустителей непрерывного действия является большая производственная площадь, занимаемая ими, быстрое расстройство процесса отстаивания при изменениях режима выщелачивания и относительно высокое содержание твердого в верхнем осветленном сливе.
Фильтрация пульп и растворов

Сгущением и отстаиванием пульпы нельзя добиться полного разделения раствора и твердого остатка. Поэтому один из продуктов отстаивания — сгущенную пульпу — всегда подвергают фильтрации. Кроме того, фильтрацию используют на тех технологических операциях, где отстаивание неприменимо или не дает нужного эффекта.
На скорость фильтрации влияют в основном те же факторы, что и на процесс отстаивания. Фильтрация ухудшается при увеличении содержания кремневой кислоты и гидроокиси железа в растворе, при понижении температуры и повышении удельного веса раствора.
Фильтрацию осуществляют под давлением или вакуумом через пористую перегородку. В качестве последней используют различные фильтровальные ткани. Процесс характерен затуханием скорости фильтрации по мере утолщения слоя осадка на ткани. Поэтому на всех фильтрующих аппаратах предусматривается периодическое удаление слоя отфильтрованного кека с поверхности ткани механизированным или ручным способом по достижении им определенной толщины.
Для фильтрации сгущенных пульп с большим отношением твердого к жидкому, близким к единице, применяются периодически действующие рамные и непрерывно работающие дисковые и барабанные вакуум-фильтры. Для фильтрации нейтрального осветленного слива сгустителей и других растворов с малым содержанием твердого (пример но до 15 г/л) используются камерные фильтр прессы периодического действия. На некоторых зарубежных заводах подвергают фильтрации пульпу от выщелачивания обожженного концентрата с содержанием твердого 50—100 г/л. Для этой цели применяют работающие под давлением барабанные фильтры Бурта и фильтры-сгустители. Процесс фильтрации пульпы на фильтрах-сгустителях, представляющих собой патронный вакуум фильтр типа Гюнтера, отличается высокой производительностью, непрерывностью и полной механизацией. В России полупромышленные испытания фильтров-сгустителей, оснащенных капроновой тканью, производились Вниицветметом на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате. Результаты испытания послужили основанием пустить на этом комбинате промышленные установки для фильтрации пульпы от медно-кадмиевой очистки. Весьма перспективным представляется использование оригинального механизированного камерного фильтр-пресса конструкции Ниихиммаша (ФПАК). Испытания этого фильтра в промышленных условиях на заводах «Укрцинк» и «Электроцинк», осуществленные в самое последнее время, дали весьма обнадеживающие результаты. Фильтр оказался вполне пригодным как для разбавленных, так и для густых пульп. Циклы фильтрации, промывки и просушки осадка на ткани осуществляются и чередуются на этом фильтре автоматически по заданной программе.
Практика выщелачивания

При непрерывном выщелачивании в циркулирующий кислый раствор постоянно подается охлажденный просеянный огарок (зарубежная практика) или горячий не подготовленный по крупности обожженный продукт (отечественные заводы). Благодаря большому избытку огарка (окиси цинка) нейтрализация кислоты протекает очень быстро. В первом случае пульпу направляют непосредственно в чаны для выщелачивания. во втором — предварительно подвергают «мокрой» классификации. Песковую часть пульпы выщелачивают при повышенной кислотности (20—30 г/л) в отдельных пневматических агитаторах. Освобожденную от крупных частиц нейтральную пульпу (слив из классификаторов) подают на выщелачивание.
Наиболее распространенным аппаратом для непрерывного выщелачивания является чан с пневматическим перемешиванием (пачук) объемом от 40 до 100 м3 (рис. 38), Воздух давлением 2—2,5 ат подают через штуцер в коническом днище чана в вертикальную трубу, называемую аэролифтом. В ней пульпа, смешиваясь с воздухом, устремляется вверх и выталкивается через верхнее отверстие аэролифта на поверхность пульпы в чане. С внешней стороны трубы более тяжелая не насыщенная воздухом пульпа опускается и вновь засасывается во внутрь аэролифта.
Выщелачивание цинка

Так устанавливается циркуляция с энергичным перемешиванием пульпы.
Для обеспечения необходимой продолжительности выщелачивания устанавливают несколько последовательно соединенных чанов.
Из последнего чана готовую нейтральную пульпу иногда после дополнительного отделения крупной фракции выпускают в сгустители. На Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате процесс отрегулирован так, что из конусных классификаторов, принимающих пульпу из обжигового цеха, слив поступает непосредственно в сгустители, минуя пачуки для нейтрального выщелачивания. Сгущенную пульпу при двухстадийном выщелачивании подвергают в серии последовательных пачуков непрерывному кислому выщелачиванию отработанным электролитом. Слив сгустителей после кислого выщелачивания возвращают в нейтральную ветвь.
В периодическом процессе огарок, как правило, выщелачивается в чанах с пропеллерными или лопастными мешалками. В первом случае для создания турбулентного движения пульпы перемешивающий механизм снабжается диффузором. Конструкция чана с механическим перемешиванием видна из рис. 39. Вал пропеллерной мешалки делает от 50 до 100 об/мин; лопастная мешалка более тихоходна По окончании первой ступени выщелачивания вводят дополнительную порцию огарка с целью нейтрализации остатка кислоты и доведения pH раствора до 5,2—5,4. Выщелачивание ведут отдельными операциями. Предварительно в чан закачивают отмеренное количество отработанного электролита (при одностадийной схеме), иногда с оборотными кислыми растворами (при двух или более стадиях выщелачивания). Начальная кислотность раствора колеблется в пределах 60—140 г/л Затем в раствор загружают отвешенную порцию огарка и перемешивают в течение 1—2 час. При низкокислотном режиме материалы загружают в обратном порядке и сам процесс носит название «обратного» выщелачивания. В чан вначале загружают смесь всей порции огарка с одной третью необходимого количества кислого раствора. В эту смесь постепенно подают отработанный электролит с расчетом поддержания pH раствора в пределах 3—5,2.
Выщелачивание цинка

По окончании операции пульпу выпускают в сгустители Кислое выщелачивание сгущенного нейтрального продукта ведут порционно в таких же аппаратах, что и выщелачивание огарка. Вне зависимости от способа выщелачивания (непрерывное или периодическое) остальные гидрометаллургические операции осуществляются одинаково.
Для сгущения и отстаивания пульпы применяют сгустители (рис. 40) с диаметром чана 9—18 м и центральным приводом пере-гребного механизма, Чан изготовляют из деревянных клепок, стальных листов или железобетона и футеруют свинцом или кислотостойкой керамикой. Вал перегребного механизма вращается со скоростью 1 оборот в 3—5 мин Пульпу подают в приемный ящик, расположенный в центре сгустителя Сгущенный продукт перегребается от периферии к центру и выпускается через штуцер диаметром 100 мм. Отношение ж:т в сгущенной нейтральной пульпе равно (2/3):1. Осветленный раствор с содержанием твердого не более 5 г/л переливается в кольце вой желоб сгустителя и идет на очистку. Производительность сгустителя нейтральной пульпы колеблется от 2,5 до 3,5 м3 осветленного раствора в сутки с 1 м2 рабочей поверхности, а кислой пульпы достигает 7 м3/м2.
Сгущенную пульпу из сгустителей кислой ветви (a при одностадийном выщелачивании — из «нейтральных» сгустителей) фильтруют на рамных и дисковых вакуум-фильтрах. Элемент рамного вакуум-фильтра схематично показан на рис. 41. Он состоит из рамы, образованной медной трубой диаметром 25 мм с отверстиями Площадь, ограниченная рамой, покрыта с обеих сторон фильтровальной тканью Внутри чехла из ткани размещены рифленые деревянные планки; 10—20 рам объединяют в корзины с общей площадью фильтрации 80—160 м2. Корзину помещают с помощью крана в бункер, наполненный пульпой, непрерывно перемешиваемой воздухом Под действием вакуума раствор проходит через фильтровальную ткань и медные трубы элементов, собирается в коллектор корзины и отсасывается далее в сборники. Когда толщина слоя кека на ткани достигнет 30—40 мм, корзину поднимают из бункера без отключения вакуума и кек просушивают воздухом, после чего его отдувают сжатым воздухом в бункер с горячим промывным раствором или водой. Репульпированный кек откачивают из бункера на дисковые вакуум фильтры. Фильтраты из вакуум сборников направляют в чаны нейтрального или кислого выщелачивания
Выщелачивание цинка

Конструкция дисковых вакуум фильтров (рис. 42) подробно описана в литературе по химической технологии и аппаратам. Небольших габаритов фильтры этого типа, используемые на цинковых заводах, имеют площадь фильтрации от 34 до 51 м2. Вал и распределительная головка фильтра изготовлены из бронзы, диски — из дерева, а корыто освинцовано. Производительность фильтра по цинковым кекам составляет 1—2 т твердого с 1 м2 рабочей поверхности в сутки. Отфильтрованный кек отдувается с дисков воздухом и поступает на дальнейшую переработку.
Верхний слив сгустителей содержит взвесь твердых частиц, для отстаивания которых требуется очень много времени. На отечественных заводах его направляют на очистку без фильтрации, а на зарубежных иногда подвергают фильтрации на фильтр-прессах. Эти же аппараты с площадью фильтрации 40—80 м2 применяют и для фильтрации растворов после очистки от различных примесей
Выщелачивание цинка

Конструкция фильтр пресса, состоящего из станины, плит и рам (рис. 43), общеизвестна. Для фильтрации цинковых растворов, содержащих медь и трехвалентное железо, применяют деревянные, а нейтральных очищенных растворов сульфата цинка — чугунные плиты и рамы. Сборку, разборку фильтра и снятие осадка с ткани производят вручную. Для облегчения физического труда зажимной винт пресса снабжен гидравлическим или электромеханическим приводом. По мере заполнения рам кеком скорость фильтрации уменьшается. После заполнения фильтр разбирают, кек сбрасывают в бункер Отфильтрованный раствор поступает на дальнейший передел. Производительность фильтра во время рабочего цикла по раствору из сгустителей не превышает 100—300 л/м2 в час.
Основными продуктами отделения выщелачивания являются остаток от выщелачивания огарка — так называемые цинковые кеки и нейтральный раствор, требующий дальнейшей очистки Примерные составы их даны в табл. 15 и 16.
Выщелачивание цинка

В зависимости от состава и крупности обожженного концентрата извлечение цинка в раствор составляет от 88 до 92%, а выход кека колеблется в пределах 20—35% от веса исходного концентрата. При работе на концентратах с высоким содержанием цинка выход кеков наименьший.