Способ извлечения цинка из комплексных сернистых руд, сульфидных концентратов и т.п. помощью серной кислоты Советский патент 1935 года по МПК C22B3/08 

Большею частью цинк встречается в природе в виде цинковой обманки, содержащей, на ряду с сернистым цинком, другие сернистые металлы-железо, медь, свинец и т. д. Существующие методы переработки таких руд исходят обычно из обжига- с прямой отгонкой окиси цинка или же с отгонкой металдического цинка при восстановлении окиси углем, или же применяется нагрев обманки с железом или с известью и углем в целях удержания серы. В случае применения электролиза цинка обманка после обжига до окиси выщелачивается обычно серной кислотой, причем в раствор переходят, в виде сернокислых солей, цинк, железо и медь. Если температура обжига превышала 650°, то часть цинка остается не извлеченной в виде феррита цинка. Для электролиза раствор должен быть освобожден от железа и меди, что достигается прибавлением соответствующих колич€ств известняка и металлического цинка в виде стружки. Согласно предлагаемому способу обработку ведут при температуре 140- 155° серной кислотой крепостью до б5/оПо сравнению с известными способами, при работе по новому способу исключается операция обжига и делается возможным обрабатывать коллективные концентраты, т. е. общие концентраты

металлов, отделенные от пустой породы и содержащие в себе 97-99% всех металлов руды; кроме того устраняются потери цветных и благородных металлов, достигающие в среднем 50/о от всех металлов, извлекаемых из руды, если переработка ее ведется путем селективной флотации, не дающей полного извлечения и четкого разделения металлов, что влечет указанные громадные потери как при флотации, тан и при дальнейшей обычной металлургической переработке селективных концентратов. Полученная сера, связанная с цинком, в виде концентрированного сероводородного газа может быть почти полностью утилизирована путем переработки на серу, SOj или H2SO4, и наконец, имеется возможность повысить выработку всех металлов до 90°/о от их содержания. в коллективном концентрате и таким образом удешевить цветные металлы и серу.

При осуществлении предлагаемого способа содержащие цинк в виде цинковой обманки или комплексных сульфидов цинка с другими металлами концентраты, руды и т. п. подвергают в измельченном (сообразно величине зерна минералов) состоянии, без обжига, действию серной кислоты при температуре не свыше 150-155°, доводя однако температуру не менее чем до 140°, причем за время

6т 15 минут максимум до 1-2 часов (смотря по роду материала и измельчению) может быть достигнут на 90-100% переход цинка в сульфат, а связанной с ним серь в сероводород, по реакции:

(ZnS)+H2SO4+aq ZnSO4 + H2S+aq-f нуль калорий.

Для полноты реакции следует брать избыток серной кислоты против теоретического от 1,1 до 2,0 кратного, как максимум; обычно бывает достаточно 1,25-1,5 кратного количества серной кислоты против теоретического, чтобы полностью извлечь цинк, в особенности, если к концу реакции, когда еще не вскрытые частички руды облепляются сульфатом цинка, производить увлажнение массы водой или паром. Естественно, что реакция ускоряется при размешивании. Она практически начинается уже при 60-80° (в соответствии с материалом, его измельчением и с крепостью кислоты). Холодная и слабая серная кислота, моментально растворяющая чистый свеже осажденный сернистый цинк, значительно труднее действует на сухой и полежавший и почти совершенно не действует на сернистые руды, содержащие цинковую обманку или комплексные минералы, содержащие сульфид цинка вместе с сульфидами других металлов.

Пример 1. На Юг измельченной карпушинской руды с содержанием 48% цинка действовали 49 г моногидрата серной кислоты в виде 38о/о кислоты (т. а. б-7-кратным избытком серной кислоты) на холоду, в течение 33 дней. Выщелочено 4,9% цинка от всего цинка, бывшего в руде.

Пример 2. Кислотой той же крепости и в том же избытке при температуре кипения ее (около 113°) выщелочено 85,5% от всего цинка за 12 часов воздействия.

Пример 3. При действии того же количества серной кислоты, но в виде 63%-ной при 113° за 4 часа извлечено 52,6% цинка.

Пример 4. При действии 19,35 г моногидрата серной кислоты в виде 63%-ной кислоты при температуре 140- 150° за 2 часа извлечено 93,4% цинка.

При очень бедных или при чрезвычайно мелко кристаллических агрегатах,

в особенности комплексных попимёта лических рудах, для полноты извлечения оказывалось необходимым измельчение порядка, 150-200 меш, т. е. не больше, чем для флотации.

Рядом опытов с вариацией всех условий над различными сульфидными рудами, содержащими цинк, медь, свинец, железо, благородные металлы и т. д., было установлено, что при надлежащем измельчении руды извлечение наиболее полно и скоро происходит при действии камерной кислоты, т. е. кислоты 60-65°/о-ной. Можно брать и более слабую, например, 10, 20, 30, 40, 50%-ную кислоту. Но в этом случае для полноты выщелачивания надобно выпаривать или отгонять при кипении излишнюю воду, теряя, кроме топлива, значительное время. Согласно тем же опытам даже для наиболее упорных, трудно вскрываемых концентратов и руд извлечение достигается не долее, чем за 2 часа, если температура реакции поддерживается не менее, чем четверть или полчаса на уровне 145-155°.

Применение кислоты крепче 65%-лой и температуры выше 155° влечет за собой наступление реакций:

2H,S04 ZnSOi + 2Н2О + S

(ZnS) + 4H2SO4 ZnSO4+ 4Н2О+45Оз

Здесь уже не выделяется сероводород (или точнее он окисляется серной кислотой до серы или до сернистого газа), а происходит сульфатизирующий обжиг, притом не только цинковой обманки или другого комплексного минерала, ее содержащего (обозначаемого условно через ZnS), но и всех других сульфидов металлов - железа, меди, свинца и т. д., которые при этом переходят полностью или частью в сульфаты, остающиеся большей частью не растворенными в серной кислоте.

При правильных общих для всех исследованных сульфидных концентратов, руд и т. п. условиях, опреде ляемых максимально допустимыми температурой (155°) и крепостью кислоты (65Vo). сероводород еще окисляется незначительно. В то же время удается выщелачивать быстро и селективно весь цинк (с небольшими количествами железа, ибо FeSj в такой серной кислоте нерастворимо), не тронув при этом остальных тяжелых и благородных металлов, как нерастворимых и осаждаемых сероводородом в кислом растворе. Таким образом после удаления сероводорода и растворения сульфата цинка водой остаток сульфидов прочих металлов является обогащенным и пригодным для дальнейшей обработки. Наконец, этим путем удается почти всю серу, связанную с цинком, получить в виде сероводорода, легко, как известно, переводимого сожиганием или взаимодействием с SOs в элементарную серу высокой степени чистоты и весьма дешевую. Температурная граница в 155 является основным обязательным условием. Кислота может быть взята и крепче 65°/о (что однако дороже), но при этом уже значительная часть сероводорода будет

разло« енй и окислена до S и до SOj,например, по уравнению:

HoS + HoSOi 2НоО 4- S 4- SO,

и трудно избежать перехода в раствор части тяжелых металлов, особенно меди, кадмия и др., что в свою очередь, усложняет очистку цинковых растворов (для электролиза).

Предмет изобретения.

Способ извлечения цинка в виде сульфата и связанной с ним серы в виде сероводорода при действии серной кислоты на необоженные сульфидные концентраты, руды и т. п., содержащие на ряду с цинком также железо, медь и другие цветные и благородные металлы, отличающийся тем, что обработку ведут при температуре 140-155 серной кислотой крепостью до б5°/о.