СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКОВЫХ КЕКОВ Российский патент 2022 года по МПК C22B7/00 C22B19/20 C22B3/08 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке кеков, образующихся при извлечении цинка из сульфидных концентратов.

При переработке цинковых сульфидных концентратов по традиционной технологии, включающей окислительный обжиг и сернокислотное выщелачивание, получают кек, основными компонентами которого являются цинк, свинец, медь, железо в виде соединений и благородные металлы. Основной причиной неполного выщелачивания цинка при выщелачивании является наличие в кеке труднорастворимого феррита цинка ZnFe₂O_4.

Наибольшее распространение на практике получил способ переработки цинковых кеков вельцеванием с переводом благородных металлов и меди в клинкер. Клинкер перерабатывают на медеплавильных заводах совместно с медными концентратами /1. А.П. Снурников "Гидрометаллургия цинка", М.: Металлургия, 1981 г., с. 331. 2. Н.В. Гудима, Я.П. Шеин "Краткий справочник по металлургии цветных металлов", М.: Металлургия. 1975 г., с. 117-136/. Процесс вельцевания, несмотря на значительные его усовершенствования в последние годы, имеет ряд недостатков. Основные из них заключаются в большом расходе углеродистого восстановителя, низком содержание меди и благородных металлов в клинкере, что затрудняет их переработку.

Известны гидрометаллургические методы переработки цинковых кеков, основанные на реакциях разложения труднорастворимых ферритов серной кислотой при атмосферном или повышенном давлении. Из растворов, полученных при таком выщелачивании, различными методами осаждают железо и другие примеси, после чего извлекают цинк в общей технологической схеме /1/.

Известен способ переработки цинковых кеков /3. Патент РФ №2578881 от 27.03.2016, бюллетень №9/, выбранный прототипом и включающий высокотемпературное сернокислотное выщелачивание в присутствие восстановителя; из нерастворенного остатка серебро извлекают флотацией. Основной целью известного способа являлось более полное разложение труднорастворимых соединений и увеличение извлечение серебра в товарный продукт. Указанная цель в прототипе достигается изменением химизма растворения, в частности, восстановлением железа (III), составляющего основу твердой фазы феррита до степени окисления (II), при этом образуются хорошо растворимые соединения цинка. Недостатком прототипа является относительно низкая скорость восстановительного выщелачивания.

Технической проблемой, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является недостаточно высокая скорость процесса. Технический результат заключается в интенсификации процесса изменением состава выщелачивающего раствора и энергетическим воздействием.

Указанная цель достигается при использовании способа, включающего высокотемпературное выщелачивание цинкового кека в присутствие восстановителя растворами серной кислоты, содержащими 5-20 г/л хлорида натрия, при этом выщелачивание проводят с наложением СВЧ энергии.

Доказательствами определяющего влияния отличительных признаков предлагаемого способа на достижение технического результата служит совокупность теоретических основ и результатов специальных исследований.

Из теории химических процессов известно, что ионы, обладающие меньшим ионным диаметром при сопоставимых условиях, характеризуются большим коэффициентом диффузии и, следственно, обеспечивают большую скорость гетерогенных реакций. В частности, растворение металлов и соединений в соляной кислоте протекает, как правило, с большей интенсивностью, чем в сернокислых растворах. Показатели выщелачивания цинка из кеков подтверждают отмеченную закономерность. Вместе с тем, использовать чисто солянокислые растворы экономически и технологически менее выгодно. Целевыми исследованиями установлено, что даже небольшое количество хлор-иона в сернокислом растворе обеспечивает резкое ускорение растворения ферритов. Экономически в качестве источника хлор-иона целесообразно использовать хлорид натрия или минеральную соль этого же состава - галит. Избыток хлорида натрия в выщелачивающем растворе сверх 20 г/л положительного влияния на скорость растворения не оказывает, при концентрации меньше 5 г/л эффект малозначим.

Известно, что под воздействием СВЧ энергии интенсифицируются многие химические превращения, особенно реакции, протекающие в с диффузионными затруднениями. Экспериментально установлено, что проникающее волновое воздействие заметно интенсифицирует массообмен в гетерофазной системе феррит цинка - раствор серной кислоты. При реализации процесса по способу прототипа - в присутствии восстановителя - эффективность СВЧ воздействия на систему заметно возрастает. Даже в области умеренных температур - 60-90°С - разложение труднорастворимого феррита с образованием хорошо растворимых соединений железа и цинка завершается в течение 20-30 минут. Рациональные количественные характеристики СВЧ воздействия определяются совокупностью конструктивных особенностей реактора (мощность магнетронов, интенсивность перемешивания реакционной массы, геометрические пропорции реактора и т.д.), а также технологическими параметрами процесса (Ж:Т, состав сырья, температура, продолжительность и др.). С учетом вариативности отмеченных факторов оптимальные значения СВЧ воздействия в отличительной части формулы не могут быть приведены.

Таким образом совокупность отличительных признаков предлагаемого способа:

- наличие в выщелачивающем растворе хлорида натрия при концентрациях 5-20 г/л;

- СВЧ воздействие на реакционную массу,

по сравнению с прототипом обеспечивают ускорение выщелачивания цинка из кеков.

Примером реализации предлагаемого способа служат результаты следующих опытов.

Цинковый кек (Челябинский цинковый завод) содержал 20,2 % Zn, 1,5% Cu, 26,2 % Fe, 3,9% Pb, 230 г/т Ag. Навески кека массой 100 г выщелачивали в растворах серной кислоты с концентрацией 100 г/л при Ж:Т = 5:1 и температуре 75°С. В пульпу добавляли в качестве восстановителя формиат натрия (10 г) и хлорид натрия (реактив «ч»). Выщелачивание проводили в лабораторном стеклянном реакторе объемом 1 дм³, снабженном стеклянной лопастной мешалкой. В опытах с волновым воздействием реактор помещали в лабораторную СВЧ печь с регулируемой мощностью. Реакционную смесь перед опытом нагревали традиционным методом (без СВЧ) до заданной температуры.

Для сравнительной оценки скорости процесса продолжительность выщелачивания была ограничена 15 минутами; за это время максимально возможная степень перевода цинка в раствор не достигалась. При реализации способа прототипа СВЧ не использовали. В отдельной серии опытов при разной продолжительности оценивали степень перевода цинка в раствор.

По окончании опытов фильтрованием отделяли и после сушки определяли массу нерастворенного остатка. Убыль массы исходного кека характеризовала скорость изучаемого процесса, полученная цифра косвенно характеризовала относительную скорость выщелачивания. Анализом растворов определяли степень извлечения цинка в раствор.

Результаты представлены в таблицах 1 и 2 (см. в графической части).

Сопоставительный анализ известных технических решений, в том числе способа, выбранного в качестве прототипа, и предполагаемого изобретения позволяет сделать вывод, что именно совокупность заявленных признаков обеспечивает достижение усматриваемого технического результата. Реализация предложенного технического решения за счет присутствия в выщелачивающем растворе хлорида натрия и микроволновой активации СВЧ воздействием позволяет увеличить скорость выщелачивания цинка в 1,5-2 раза.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано при переработке кеков, образующихся при извлечении цинка из сульфидных концентратов. Цинковые кеки выщелачивают с наложением СВЧ энергии при температуре 75°С раствором, содержащим 100 г/л серной кислоты в присутствии восстановителя, в качестве которого используют формиат натрия, и хлорид натрия с концентрацией 5-20 г/л. Способ позволяет интенсифицировать процесс выщелачивания. 2 табл., 1 пр.

Способ переработки цинковых кеков, включающий выщелачивание при температуре 75°С раствором, содержащим 100 г/л серной кислоты в присутствии восстановителя, отличающийся тем, что выщелачивающий раствор в качестве восстановителя содержит формиат натрия, а также хлорид натрия с концентрацией 5-20 г/л, при этом выщелачивание проводят с наложением СВЧ энергии.