СПОСОБ ВЫДЕЛЕНИЯ ОКСИДА ЦИНКА Российский патент 2016 года по МПК C22B19/00 C22B3/12 C22B19/34 

Сведения о предшествующем уровне техники

Гидрометаллургия представляет собой способ отделения ценных металлических компонентов от других менее ценных материалов. Способ включает растворение ценных металлических компонентов в водном растворе, который затем отделяют от нерастворимого остатка. Для повышения скорости ионного растворения и для увеличения нагрузки ионов металлов в растворе обычной практикой является использование кислотного или основного раствора. Примером особенно полезного основного раствора служит смесь гидроксида натрия в воде. Можно также использовать другие щелочные вещества, но относительно низкая стоимость гидроксида натрия, как правило, делает его наиболее экономичным выбором.

Водный раствор, нагруженный растворенными металлами, называется «маточный раствор». Растворенные металлы могут быть извлечены из маточного раствора одним или несколькими способами, включая: электролиз, нейтрализацию и экстракцию несмешивающимся растворителем.

Гидрометаллургические способы извлечения ценных металлов применяли на практике в течение десятилетий. Следующие далее обсуждения и примеры основаны на извлечении оксида цинка из смешанного сырьевого материала. Растворимый в основной среде оксид цинка отделяют от нерастворимых в основной среде веществ. Нерастворимые вещества включают (но без ограничения) металлы и оксиды металлов, такие как железо, оксид железа, никель, кобальт, благородные металлы и оксиды неметаллов, такие как диоксид кремния.

Существует несколько способов, которые можно найти в литературе, для извлечения цинка из цинксодержащих смесей сырьевых материалов. Эти способы обычно включают три общие стадии:

1. Приведение в контакт цинксодержащего сырьевого материала с разбавленным основанием для селективного растворения цинка, обычно при повышенных температурах.

2. Отделение остатка от выщелачивания от основного раствора фильтрацией, центрифугированием или другими способами.

3. Извлечение цинка из основного раствора (маточного раствора) электровыделением, нейтрализацией или другими способами.

Самой сложной стадией в этом процессе, как правило, является отделение остатка от выщелачивания от маточного раствора. Тонкие частицы, суспендированные в маточном растворе, очень трудно удалить полностью. Относительно высокая вязкость маточного раствора и поверхностное натяжение делают удаление этих тонких частиц путем фильтрации или центрифугирования чрезвычайно медленным. Однако если частицы не являются, по существу, полностью отделенными от маточного раствора, то они будут загрязнять богатый цинком продукт на следующей стадии, делая весь процесс очистки бесполезным.

В статье под названием ′′Recovery of Lead and Zinc from Electric Steelmaking Dust by the Cebedeau Process′′, by J. Frenay с соавт., описаны попытки отделения цинка в промышленных и полупромышленных условиях от нерастворимых в основных средах составляющих. Высокая вязкость высококонцентрированных основных растворов, как правило, ограничивает производство в промышленном масштабе до максимальной концентрации примерно 25-30 массовых процентов основания.

Затраты на гидрометаллургическую переработку в значительной степени зависят от нагрузки или концентрации растворенных металлических составляющих в маточном растворе. Поскольку нагрузка увеличивается, количество раствора, который должен быть переработан для того, чтобы произвести заданное количество продукта, уменьшается, сберегая как капитальные, так и эксплуатационные затраты.

Более высокие концентрации основания допускают более высокие нагрузки в растворе растворимых в основании металлов. Однако более высокие концентрации основания также дают значительно более вязкий раствор. Эта повышенная вязкость затрудняет последующую переработку, в том числе отделение маточного раствора от остатка от выщелачивания.

Ряд способов был разработан для извлечения цинка из различных отходов с использованием гидрометаллургии, но немногие из них были коммерчески успешными. В значительной степени это связано с высокими затратами на извлечение растворенных металлических составляющих из маточного раствора. Типичные стратегии извлечения металлов включают:

- Электролиз, при котором протекающий электрический ток восстанавливает ионы металла до металла и осаждает атомы металла на электрод.

- Нейтрализацию раствора до рН, близкого к нейтральному, для осаждения различных солей, гидроксидов или оксидов металлов.

- Экстракцию металлических ионов или комплексов несмешивающимся растворителем.

Все эти способы извлечения металла являются относительно дорогостоящими.

- Электролиз требует больших величин электрического тока для восстановления металла из состояния с более высокой валентностью до металла. Кроме того, если требуемым конечным продуктом является оксид металла, то металл основания должен быть подвергнут процессу окисления для создания формы оксида.

- Нейтрализация маточного раствора требует большого количества реагента. Процесс нейтрализации эффективно разрушает раствор для последующей экстракции и создает отработанный солевой поток, подлежащий удалению.

- Экстракция несмешивающимся растворителем (таким как керосин с добавленным органическим амином) обычно требует большого избытка экстракционного растворителя и дорогостоящей последующей переработки для извлечения металла из несмешивающегося растворителя.

В патенте США №4005061, Lemaire, раскрыт способ удаления цинка из отработанного электролита цинково-воздушной батареи с использованием смешивающегося растворителя. Однокомпонентный материал, который рассматривается в патенте США №4005061, характеризуется как «отходы», однако эта химическая система представляет собой, по сути, отработанный материал, содержащий гидроксид калия и цинкат калия плюс некоторый процент карбоната калия и следовые количества примесей. Описанная система относится к электрохимическим аккумуляторным батареям, содержащим отрицательный цинковый электрод, и, следовательно, отличается и является существенно менее сложной, чем металлургические отходы и попутные материалы, которые являются объектом настоящей заявки. Электролит обедняется только по той причине, что металлический цинковый порошок окисляется на воздухе до цинката калия. Он не смешивается с другими материалами и протекает только одна простая химическая реакция. Металлургические отходы и попутные продукты, отработанные катализаторы и т.д., с другой стороны, как правило, представляют собой сложные смеси, содержащие несколько различных химических элементов в значительных концентрациях, и они часто содержат также несколько различных анионов. Сложность этих материалов требует дополнительных стадий переработки для отделения требуемого соединения от примесей и нежелательных соединений. Кроме того, отсутствует указание или предположение о том, что описанный способ является полезным в других типах систем, в частности, более сложных системах, или в извлечении других амфотерных соединений. Растворимости различных соединений, содержащих амфотерные металлы, могут существенно различаться. Например, сульфат свинца растворим только в горячем концентрированном растворе гидроксида натрия, в то время как сульфат цинка хорошо растворим в 25% NaOH даже при комнатной температуре. Растворимость галогенидов значительно уменьшается в примерно 35% каустике при комнатной температуре.

Краткое описание изобретения

Настоящее изобретение относится к способу извлечения цинка и оксида цинка из смеси металлов, оксидов металлов и других материалов. Способ в соответствии с некоторыми вариантами осуществления включает:

1. Растворение цинка в основном растворе, как правило, при концентрации, достаточной для растворения цинка и при этом подавления или предотвращения растворения галогенов, солей и других нежелательных составляющих.

2. Отделение основного раствора, содержащего растворенный цинк, от нерастворенных веществ.

3. Очистку основного раствора для удаления нежелательных не цинковых веществ, которые являются растворимыми в основном растворе.

4. Осаждение цинка растворимым антирастворителем, таким как метанол.

5. Регенерацию основного раствора и антирастворителя с помощью методов отделения, таких как дистилляция или кристаллизация, для восстановления основного раствора и антирастворителя, пригодных для рециркуляции в процесс.

Основное преимущество этого способа состоит в том, что антирастворитель снижает растворимость оксида цинка в основном растворе без разрушения основания. Антирастворитель химически не разрушает так, как кислота. Это дает возможность легко регенерировать как основный раствор, так и антирастворитель для рециркуляции в процесс. Дополнительным преимуществом этого способа является способность перенасыщать раствор цинком в случае необходимости разбавления водой для обеспечения отделения твердых частиц от маточного раствора.

Гидрометаллургический способ, описанный в настоящем документе, может увеличить нагрузку цинка в потоках маточного раствора, тем самым увеличивая производительность гидрометаллургического способа, избегая при этом значительного увеличения вязкости для беспрепятственного выполнения последующих переработок.

Чрезвычайно высокие концентрации цинка могут быть достигнуты в основных растворах с относительно низкой вязкостью путем сначала приведения в контакт цинка или оксида цинка с концентрированным основным раствором (если цинк является металлическим, то для окисления цинка должен быть также добавлен окисляющий агент) и затем разбавления раствора водой для достижения требуемой вязкости. В соответствии с некоторыми аспектами, могут быть получены нагрузки металла, которые примерно от 3 до 5 раз выше нагрузки металла, достигнутой простым контактированием металла или оксида металла с разбавленным основанием.

Можно ожидать, что при добавлении воды в раствор концентрированного основания и снижения концентрации основания система станет перенасыщенной растворенными металлическими ионами и в результате произойдет осаждение. Заявители показали, что является совершенно неожиданным, что требуемые ионы металлов остаются в растворе и не осаждаются в процессе последующей переработки.

Краткое описание чертежей

На ФИГ. 1 представлен график экспериментально определенной растворимости оксида цинка в основном растворе при изменяющихся концентрациях NaOH в воде.

На ФИГ. 2 представлена блок-схема, иллюстрирующая способ извлечения оксида цинка в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

Все цитируемые в соответствующей части документы включены в настоящий документ путем отсылки; цитирование любого документа не должно истолковываться как допущение, что ссылка является известным уровнем техники по отношению к настоящему изобретению.

Описан следующий способ извлечения оксида цинка из смешанного сырьевого материала. Специалист в данной области также сможет применить эти методы для отделения оксида цинка от других металлов или оксидов металлов, в том числе никеля, кобальта, марганца и меди, ценность которых существенно повысится в случае отделения от цинка. Описанный способ может быть также использован для замены обычного выделения цинка в процессе получения цинка.

Сырьевой материал, содержащий цинк, смешивают с основным раствором, таким как раствор гидроксида натрия. Если цинк является металлическим, то должен быть добавлен соответствующий окисляющий агент, такой как воздух, для окисления цинка до Zn⁺². Более высокие нагрузки растворенного металла, как правило, достигаются за счет более высокой концентрации основания. Основания, полезные в соответствии с настоящим изобретением, представляют собой неорганические основания, которые хорошо растворимы в воде (по меньшей мере, 25% по массе) и вызывают увеличение ОН, но катион не образует комплекс с цинком. Конкретные примеры оснований, которые можно использовать, включают, но без ограничения, основания щелочных металлов, такие как гидроксид натрия, гидроксид лития и гидроксид калия.

На Фиг. 1 представлен график, иллюстрирующий растворимость оксида цинка в основном растворе при различных концентрациях NaOH в воде.

Реакция оксида цинка с раствором гидроксида натрия можно записать в виде:

ZnO+2NaOH+H₂O→Na₂Zn(ОН)₄

На молярной основе два катиона натрия связаны с каждым двухвалентным анионом цинката. Таким образом, более высокие концентрации цинка могут быть растворены в более высоких концентрациях основания. Это значительно повышает эффективность процесса экстракции растворителем и приводит к значительно более высоким нагрузкам цинка.

Данные по растворимости, показанные на Фиг. 1, ясно показывают увеличение нагрузки оксида цинка, которая может быть получена при использовании более высокой концентрации основного раствора. Примерно шестикратное увеличение получают путем увеличения концентрации основного раствора от 25% до 50%. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления используется концентрированный гидроксид натрия, при этом раствор может содержать более 30 масс.% NaOH, более 40 масс.% в некоторых аспектах изобретения и в еще других вариантах осуществления более 50 масс.% NaOH.

К сожалению, раствор, содержащий 50 масс.% основания и более 200 граммов растворенного оксида цинка на литр основного раствора, является чрезвычайно вязким - даже при температурах, близких к температурам кипения. Удаление суспендированных тонких частиц из такого раствора является чрезвычайно трудным. Хотя в отдельных случаях возможно проведение флокуляции и выделения твердых веществ из растворов 50% NaOH, содержащих более чем 200 г/л цинка.

В соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения высокие концентрации комплексных ионов цинка могут быть достигнуты в относительно разбавленном основном растворе, следуя определенному пути или последовательности стадий. Однако не все аспекты настоящего изобретения требуют особой последовательности стадий. Блок-схема, представленная на Фиг. 2, иллюстрирует процесс извлечения оксида цинка в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Как правило, равновесие твердое тело-жидкость не зависит от пути процесса. «Конечное состояние» является важным и путь достижения этого конечного состояния не имеет значения. Неожиданно заявители обнаружили, что определенный путь позволяет получить значительно более высокие нагрузки цинка, чем ожидалось.

В способе использованы преимущества трех явлений:

1. Концентрированные основные растворы растворяют больше цинка, чем разбавленные основные растворы.

2. При добавлении воды в концентрированный раствор ионов цинка, разбавляя основание, быстрого осаждения цинка не происходит.

3. Разбавленные основные растворы в значительной степени менее вязкие и удобные в обращении и обработке, чем концентрированные основные растворы.

Таким образом, путем нагрузки основного раствора цинком при высоких концентрациях основного раствора и последующего разбавления раствора водой для снижения концентрации основного раствора можно получить раствор с высокой нагрузкой цинка и относительно низкой вязкостью.

Относительно низкая вязкость облегчает последующую переработку, в том числе разделение твердой и жидкой фаз (седиментация, центрифугирование, фильтрация и т.д.).

Основный раствор при 50 масс.% NaOH является насыщенным цинком примерно при 600 граммов оксида цинка на литр основного раствора. Раствор может быть разбавлен водой до эквивалентной концентрации основного раствора 35 масс.% NaOH. Конечный раствор, полученный по этому пути, содержит примерно 420 граммов оксида цинка на литр основного раствора. Для сравнения, при первоначальном растворении оксида цинка в основном растворе при 35 масс.% NaOH, только около 220 граммов оксида цинка растворяется на литр основного раствора. Разбавление до 35% NaOH снижает вязкость раствора и улучшает отделение твердых остатков от маточного раствора, но существенно не увеличивает растворимость примесей, таких как галогениды.

В соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения может быть получена нагрузка цинка, которая примерно в три раза больше, чем нагрузка цинка, возможная при использовании раствора каустика при 25 масс.% основания. Еще большие конечные нагрузки цинка могут быть достигнуты при использовании раствора каустика с более чем 50 масс.% основания. Максимальная концентрация основания и цинка ограничена только соображениями переработки, такими как чрезмерная вязкость.

Отсутствует конкретное требование к разбавлению концентрированного раствора только до концентрации 25 масс.% основания. В зависимости от требований к оборудованию для последующей переработки, необходимо лишь добавить достаточное количество воды, чтобы уменьшить вязкость до требуемого уровня. С практической точки зрения, раствор обычно разбавляют до концентрации примерно 15-30 масс.% основания. В других случаях раствор может быть разбавлен до концентрации примерно 30-35% основания. Этот раствор с более высокой основностью, например, может быть особенно полезным в случае, если галогены подлежат отделению от цинка. Разумеется, концентрации, лежащие вне указанного диапазона, также входят в объем настоящего изобретения.

Как раскрыто в настоящем документе, вода может быть добавлена в концентрированный раствор цинката натрия, обеспечивая разбавление и снижение вязкости без осаждения каких-либо несущих цинк частиц. Ионы цинка остаются в растворе в значительно более высоких концентрациях, чем предсказанные кривой растворимости, представленной на Фиг. 1. Это обеспечивает более легкое отделение суспендированных частиц от маточного раствора при сохранении высокой нагрузки цинка в растворе.

В отдельных аспектах может быть проведена дополнительная переработка без разбавления маточного раствора. В соответствии с другими вариантами осуществления маточный раствор может быть разбавлен путем добавления некоторого количества воды до 30% массы исходного раствора NaOH для обеспечения низковязкого раствора, что облегчает дальнейшее разделение твердое вещество-жидкость. Маточный раствор может быть разбавлен достаточным количеством воды для уменьшения вязкости суспензии по меньшей мере на 10%, и в соответствии с определенными аспектами изобретения по меньшей мере на 50%, и в еще других аспектах по меньшей мере на 75%.

Высокие нагрузки цинка являются важными для проектирования гидрометаллургического завода. Скорость растворения также обычно возрастает с увеличением температуры раствора и увеличением интенсивности перемешивания, которые способствуют увеличению массопереноса из твердой фазы в жидкость. Чем выше нагрузка цинка, тем меньшая базовая скорость циркуляции требуется для извлечения заданного количества цинка. Уменьшение базовой скорости циркуляции оказывает большое влияние на капитальные и эксплуатационные затраты.

Маточный раствор (основный раствор, содержащий растворенный цинк) может быть отделен от остаточного материала любыми коммерчески доступными способами, включая седиментацию, центрифугирование и фильтрацию.

Несмотря на то что маточный раствор был разбавлен, полученная нагрузка металла по-прежнему выше нагрузки металла, которая могла бы быть достигнута, если бы раствор ранее не был таким высококонцентрированным во время стадии экстракции процесса. Вкратце, раствор является перенасыщенным. Путем создания такого перенасыщенного раствора можно повысить эффективность переработки за счет сведения к минимуму количества маточного раствора, который должен быть переработан на единицу извлеченного металла.

Для уменьшения количества материала, подлежащего переработке, маточный раствор может быть восстановлен после удаления примесей до концентрации основания, равной или близкой к начальной концентрации. Используемый в настоящем документе термин «восстановленный» означает увеличение концентрации основания в маточном растворе до уровней, достигающих уровни исходного раствора выщелачивания. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления маточный раствор восстанавливают для получения концентрации основания больше чем примерно 25%. В соответствии с конкретными вариантами осуществления концентрация основания восстановлена до концентрации больше, чем примерно 30%, больше чем примерно 35%, более конкретно больше чем примерно 40% и в некоторых вариантах осуществления примерно от 50% до больше чем 50% основания. Путем восстановления маточного раствора до более высоких концентраций основания количество подлежащего переработке раствора уменьшается, и количество антирастворителя, необходимого для осаждения оксида цинка, также уменьшается. Восстановление раствора для получения более концентрированного раствора может быть выполнено в соответствии с обычными способами, такими как выпаривание.

Следует отметить, что некоторые растворенные материалы, такие как медь, свинец, алюминий, диоксид кремния, некоторые галогены и кальций, могут быть удалены из раствора цинката натрия до осаждения антирастворителем известными способами, такими как осаждение, электролиз или цементация. Это приводит к последующей выработке чрезвычайно чистого продукта оксида цинка. Конкретные способы очистки будут зависеть от комбинации примесей и конкретных свойств композиции. Осаждение оксидом кальция или другими оксидами щелочных металлов и цементация металлическим цинком являются особенно полезными способами, которые можно использовать со многими обычными материалами. Не всегда требуется фильтрация продукта выщелачивания перед подверганием композиции цементации и/или осаждению.

Оксид цинка может быть осажден из маточного раствора путем добавления растворимого антирастворителя. Антирастворители являются растворимыми в маточном растворе и эффективно способствуют осаждению растворенного цинка из маточного раствора. Растворимые антирастворители снижают растворимость цинка в основном растворе, вызывая осаждение растворенных компонентов - обычно, таких как оксид, гидроксид или смесь оксидов и гидроксидов.

Молекулы растворимого антирастворителя часто имеют неполярную углеводородную часть и полярную часть, содержащую гетероатомы, такие как кислород, азот или сера. Именно эта полярная функциональность обеспечивает растворимость антирастворителя маточным раствором. Конкретные примеры антирастворителей, используемых в настоящем изобретении, включают, но без ограничения, метанол, этанол, пропанол и т.д. Метанол является особенно полезным и вызывает осаждение растворенных компонентов при относительно низких количествах.

Растворимый антирастворитель снижает растворимость растворенных компонентов в маточном растворе, вызывая их осаждение. Однако растворимый антирастворитель не постоянно нейтрализует или разрушает основные компоненты раствора. Скорее, он формирует новый раствор, который может быть легко отделен для регенерации как основного раствора, так и антирастворителя.

Лучше всего стадию осаждения проводить при температуре ниже температуры кипения антирастворителя, чтобы избежать чрезмерного выпаривания антирастворителя. Оптимальная температура и давление являются функцией физических свойств антирастворителя.

Количество осажденного металла (в виде процента от общего содержания металла в растворе), как правило, увеличивается, так как увеличивается количество антирастворителя. Количество антирастворителя может изменяться в зависимости от конкретных условий переработки и используемого антирастворителя. Как правило, примерно от 1 до 5 объемов антирастворителя на 1 объем маточной жидкости будут вызывать осаждение более чем примерно 90% оксида металла в маточной жидкости.

Фактическое отношение растворимого антирастворителя к маточному раствору является функцией концентрации цинка в растворе, концентрации основания в растворе и требуемого извлечения в процессе.

Осаждение начинается немедленно при добавлении антирастворителя и завершается в течение нескольких минут. Размер первоначально сформированных частиц оксида цинка составляет <2 мкм. Если суспензию перемешивают перед отделением оксида цинка от жидкости, размер частиц будет увеличиваться. Это обеспечивает способ получения продуктов оксида цинка с различными размерами частиц и определенными площадями поверхностей. Размер частиц и удельная площадь поверхности играют важную роль в некоторых применениях оксида цинка.

Обычно, чем выше начальная концентрация цинка в основном растворе и чем выше концентрация каустика, тем больший процент цинка извлекается при заданном количестве антирастворителя.

С помощью обычной дистилляции обычно можно извлекать антирастворители с температурами кипения от низких до умеренных из отработанного маточного раствора, регенерируя как антирастворитель, так и основный раствор. Можно также использовать рекристаллизацию и другие обычные способы для регенерации основного раствора и антирастворителя. Затем основный раствор и антирастворитель могут быть рециркулированы в процесс для обработки следующей партии сырьевого материала.

Такая схема регенерации является значительно менее дорогостоящей, чем схемы, включающие деструкцию основного раствора посредством реакции с кислотой (образования отработанного раствора соли), с последующим приобретением свежего основания для обработки следующей партии сырьевого материала.

Кристаллизация и мембранное разделение являются примерами способов регенерации, которые могут быть использованы на этой стадии. Можно также использовать другие способы регенерации, которые могут быть определены специалистом в данной области.

Некоторые аспекты настоящего изобретения проиллюстрированы более подробно с помощью следующего неограничивающего примера.

Конкретный пример извлечения оксида цинка

Сырьевой материал для этой демонстрации способа представляет собой пыль пылеуловителя от производителя латунных чушек. Сырьевой материал перерабатывают для извлечения очень чистого оксида цинка, как описано подробно ниже.

Сырьевой материал, называемый в промышленности как «пары латуни», образован в процессе получения латунных сплавов. Он содержит примерно 65 масс.% цинка, наряду с меньшими количествами свинца, меди и других материалов. Сырьевой материал анализировали с помощью ICP (индуктивно-связанной плазмы) для определения концентраций различных металлических компонентов. Анализ сырьевого материала представлен в Таблице 1.

Стадия 1: Растворение

Двести граммов указанного сырьевого материала смешивали с 650 граммами основного раствора, который содержал 50% гидроксида натрия по массе. Смесь сырьевого материала и основного раствора нагревали до 100°C в течение одного часа при непрерывном перемешивании. Большую часть сырьевого материала растворяли в основном растворе. Рассчитанная нагрузка цинка была в избытке, составляющем 250 граммов цинка на литр раствора.

Через час раствор охлаждали примерно до 50°C и добавляли дополнительно 325 граммов воды, уменьшая эффективную концентрацию основания до эквивалентной 33% основания. Выделения не наблюдалось. Нагрузка цинка в этот момент в процессе была в избытке, составляющем 167 граммов на литр. Следует отметить, что растворимость цинка в 33% основном растворе составляет лишь около 145 граммов на литр, делая этот раствор перенасыщенным, как описано выше.

Стадия 2: Разделение твердое вещество-жидкость

Маточный раствор отделяли от отработанного материала путем фильтрации через стекловолоконный фильтр при комнатной температуре с использованием вакуума для повышения скорости фильтрации. Приблизительно 10 граммов тонкого черного остатка оставалось на фильтре.

Цементацию затем использовали для удаления нежелательного олова, кадмия, свинца и меди из маточного раствора. Суспензию нагревали до 80°C в течение 30 минут при постоянном перемешивании и затем примерно 15 граммов тонкого порошкового металлического цинка примешивали в маточный раствор. Цинковый порошок вступал в реакцию с ионами свинца и меди в растворе. Через 30 минут твердые вещества отделяли от маточного раствора путем вакуумной фильтрации.

Для обеспечения чистоты, указанную выше процедуру цементации повторяли. Незначительное изменение в виде порошка цинка было отмечено во время второй цементации, указывая на то, что все металлы ниже цинка в электрохимических сериях вступали в реакцию с металлическим цинком и были удалены из маточного раствора.

Стадия 3: Осаждение оксида цинка антирастворителем

Маточный раствор фильтровали, как указано выше, охлаждали до комнатной температуры и обрабатывали четырьмя объемами метанола при температуре и давлении окружающей среды. Сразу же после добавления метанола в маточный раствор происходило образование белого осадка.

Осажденное твердое вещество извлекали из смеси отработанного основного раствора и антирастворителя путем вакуумной фильтрации. Фильтрат сначала промывали метанолом для удаления каустика и затем промывали несколько раз горячей водой для удаления любого остаточного основного раствора или антирастворителя, и затем сушили при 100°C. Приблизительно 150 граммов сухого, белого порошка было извлечено.

Полученный преципитат анализировали с использованием ICP (индуктивно-связанной плазмы) для определения концентраций различных металлических компонентов. Образец был лишь частично промыт. Как правило, операции в крупном масштабе, которые используют полную промывку и очистку образца, обеспечивают образцы более высокой чистоты и с меньшим количеством примесей. Примеси могут быть уменьшены до менее 10 частей на миллион. Результаты для продукта ZnO показаны в Таблице 2.

Стадия 4: Регенерация основного раствора и антирастворителя

Смесь антирастворителя и отработанного основания затем регенерировали путем дистилляции. Одна стадия дистилляции обеспечила получение метанола с чистотой примерно 90%. Было продемонстрировано, что такой раствор метанола и воды является приемлемым антирастворителем. При желании может быть проведена дополнительная очистка метанола путем ректификации в многоступенчатой дистилляционной колонне.

«Остатком» дистилляции или тяжелым жидким продуктом являлся основный раствор, содержащий примерно 35 масс.% гидроксида натрия. Последующее нагревание вызывает дополнительное выпаривание воды и концентрация гидроксида натрия может быть легко увеличена до 50% (или более) для использования в выщелачивании последующих партий сырьевого материала.

Увеличение нагрузки чистого металла обеспечивает экономию капитальных и эксплуатационных затрат. Меньшее количество раствора требуется для извлечения такого же количества металла, что приводит к меньшему размеру емкостей, насосов, фильтров и т.д. Также требуется меньшая тепловая энергия, что приводит к уменьшенным эксплуатационным затратам.

Путем незначительного увеличения вязкости маточного раствора можно продолжать использование одного и того же оборудования в последующем процессе выщелачивания без затруднения процесса массопереноса. Это приводит к значительному увеличению объема выпуска всего гидрометаллургического завода.

Изобретение относится к способам отделения цинка от сырьевого материала, содержащего смесь металлов и соединений металлов. Осуществляют выщелачивание цинксодержащего сырьевого материала концентрированным неорганическим раствором для образования суспензии, содержащей нерастворенные вещества и маточный раствор с растворенными в нем веществами, отделение нерастворимых веществ от маточного раствора и осаждение оксида цинка из маточного раствора. При этом выщелачивание осуществляют концентрированным неорганическим основным раствором, содержащим больше чем 25 мас.% основания, содержащего катион, не образующий комплекс с цинком, а осаждение оксида цинка из маточного раствора осуществляют путем добавления антирастворителя в маточный раствор. Кроме того, после отделения нерастворимых веществ от маточного раствора его очищают для удаления не цинковых веществ, растворимых в основном растворе. Обеспечивается снижение растворимости оксида цинка в основном растворе и возможность регенерировать как основный раствор, так и антирастворитель, для рециркуляции в процесс гидрометаллургической отработки для экономии затрат. 2 н. и 30 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 ил.

1. Способ отделения оксида цинка от сырьевого материала, содержащего смесь металлов и соединений металлов, включающий выщелачивание цинксодержащего сырьевого материала концентрированным неорганическим раствором для образования суспензии, содержащей нерастворенные вещества и маточный раствор с растворенными в нем веществами, отделение нерастворимых веществ от маточного раствора и осаждение оксида цинка из маточного раствора, отличающийся тем, что выщелачивание осуществляют концентрированным неорганическим основным раствором, содержащим больше чем 25 мас.% основания, содержащего катион, не образующий комплекс с цинком, а осаждение оксида цинка из маточного раствора осуществляют путем добавления антирастворителя в маточный раствор.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выщелачивании осуществляют окисление сырьевого материала.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что суспензию разбавляют водой в количестве, достаточном для уменьшения ее вязкости, для облегчения отделения маточного раствора, содержащего растворенный цинк, от нерастворимых веществ.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что из отработанного маточного раствора дополнительно извлекают осажденный оксид цинка.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что отработанный маточный раствор и антирастворитель регенерируют для повторного использования.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно повторяют операции выщелачивания, отделения и осаждения.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при температурах выше температуры окружающей среды и ниже или равной температуре кипения суспензии.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выщелачивание проводят при температурах выше, чем обычная температура кипения суспензии, и при давлениях больше чем 1 атмосфера.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что неорганический основный раствор содержит гидроксид натрия.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что раствор гидроксида натрия содержит больше чем 35% NaOH по массе.

11. Способ по п. 3, отличающийся тем, что суспензию разбавляют водой до эквивалентной концентрации 35% основания.

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что суспензию разбавляют до эквивалентной концентрации 25% основания.

13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что антирастворитель содержит метанол.

14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что примерно от одного до пяти объемов антирастворителя добавляют на каждый один объем маточного раствора.

15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что антирастворитель добавляют для осаждения более чем примерно 90% оксида металла в маточном растворе.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после отделения нерастворимых веществ от маточного раствора его дополнительно восстанавливают от нерастворимых веществ.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительное удаление нежелательных растворенных компонентов из маточного раствора.

18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что указанные компоненты удаляют с помощью осаждения или цементации.

19. Способ по п. 3, отличающийся тем, что суспензию разбавляют путем добавления по меньшей мере 30% воды, исходя из исходной массы воды в суспензии.

20. Способ отделения оксида цинка от сырьевого материала, содержащего смесь металлов и соединений металлов, включающий выщелачивание цинксодержащего сырьевого материала концентрированным неорганическим раствором для образования суспензии, содержащей нерастворенные вещества и маточный раствор с растворенными в нем веществами и цинк, отделение нерастворимых веществ от маточного раствора и осаждение оксида цинка из маточного раствора, отличающийся тем, что после отделения нерастворимых веществ от маточного раствора его очищают для удаления не содержащих цинк веществ, растворимых в основном растворе, выщелачивание осуществляют концентрированным неорганическим основным раствором, содержащим основание, содержащее катион, не образующий комплекс с цинком, а осаждение оксида цинка из очищенного маточного раствора осуществляют путем добавления антирастворителя в маточный раствор.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что дополнительно извлекают осажденный оксид цинка из отработанного маточного раствора.

22. Способ по п. 21, отличающийся тем, что дополнительно регенерируют основный раствор и антирастворитель для повторного использования путем дистилляции отработанного раствора.

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют повторение операций выщелачивания, отделения, очистки, дополнительного извлечения, осаждения и регенерации.

24. Способ по п. 20, отличающийся тем, что выщелачивание осуществляют при повышенных температурах.

25. Способ по п. 20, отличающийся тем, что неорганический основный раствор содержит гидроксид натрия.

26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что раствор гидроксида натрия содержит больше чем 35% NaOH по массе.

27. Способ по п. 20, отличающийся тем, что антирастворитель содержит метанол.

28. Способ по п. 27, отличающийся тем, что примерно от одного до пяти объемов антирастворителя добавляют на каждый один объем маточного раствора.

29. Способ по п. 20, отличающийся тем, что отделение нерастворимых веществ от маточного раствора осуществляют методом, выбранным из группы, состоящей из седиментации, фильтрации, центрифугирования и их комбинаций.

30. Способ по п. 20, отличающийся тем, что после отделения нерастворимых веществ от маточного раствора его дополнительно восстанавливают от нерастворимых веществ.

31. Способ по п. 20, отличающийся тем, что основный раствор содержит примерно от 25% до 50% по массе основания.

32. Способ по п. 21, отличающийся тем, что осажденный оксид цинка фильтруют, промывают и сушат.