Выщелачивание цинкового огарка. Очистка цинковых растворов от примесей

В лабораторных условиях проводится одностадийное выщелачива­ние. Опыт по выщелачиванию огарка проводится в стакане при механи­ческом перемешивании пульпы. Установка состоит из электроплитки, стакана, мешалки, электромотора и реостатов. Последние служат для регулировки скорости вращения мешалки и температуры пульпы.

Перед началом опыта по выщелачиванию рассчитывают необхо­димое количество раствора серной кислоты заданной концентрации. Раствор серной кислоты помещают в стакан и нагревают до температуры 60^оС, после чего включают мешалку и 'высыпают навеску огарка. Во время выщелачивания необходимо поддерживать посто­янной температуру и скорость вращения мешалки. Агитация прово­дится в течение 1 ч. Для окисления двухвалентного железа в раствор вместе с огарком подают расчетное количество перманганата калия. В процессе выщелачивания через 15 мин отбирают пробы пульпы, в фильтрате определяют содержание цинка, рассчитывают извлечение его в раствор и строят график. В конце выщелачивания, после отбора пробы на анализ, проверяют рН среды и, если среда кислая, избыток кислоты нейтрализуют оксидом цинка или огарком. По окончании выщелачивания пульпу фильтруют и фильтрат очищают от меди и кадмия цементацией цинковой пылью (количество цинковой пыли для очистки берут 300 % от стехиометрически необходимого). Очи­стку проводят в том же стакане без подогрева раствора при переме­шивании в течение 10...15 мин.

Определение концентрации цинка в растворе

1. Аликвоту от фильтрата после выщелачивания в количестве

2 см^З переносят в колбу объемом 0,25 дм^З, прибавляют в колбу 100...150 см^З дистиллированной воды и 2 см^З водного раствора ин­дикатора ксиленолового оранжевого. Раствор становится жёлтым. Затем аммиаком доводят раствор до малиновой окраски и прибавля­ют 15 см^з буферного раствора с рН 5,4. Титруют раствор 0,1N рас­твором трилона Б до перехода окраски раствора из малинового в жёлтый.

На основании данных анализа и содержания цинка в исходном огарке определяется извлечение цинка в раствор по следующей фор­муле:

А = (V_{1 ·}T· V₂·100): V₃ · а,

где А - извлечение цинка из огарка в раствор, %;

Т - титр трилона Б по цинку;

V₁ - объем пошедшего на титрование раствора трилона Б, см^З;

V₂ - объем фильтрата от выщелачивания, см^З;

V₃ - объем взятого на анализ фильтрата, см^З;

а - количество цинка в огарке, г.

 

2. Отбираемый на анализ раствор должен быть прозрачным и не содержать белого осадка основных солей цинка. Наличие мути и осадка указывает на то, что вся серная кислота во время опыта из­расходована, рН раствора близок к 6...7, начался гидролиз сульфата цинка с образованием основных солей, и поэтому следует раствор подкислить серной кислотой до полного осветления. Для этого из капельницы добавляют разбавленную серную кислоту (1:5) до полного исчезновения мути и по достижении прозрачности раствора ­избыток ее (5...6 капель). Раствор перемешивают и из него пипеткой берут аликвоту в количестве 10 см^З и переносят ее в мерную колбу объемом 250 см^З. Доводят до метки водой, тщательно перемешива­ют, после чего берут пипеткой 25 см^З в коническую колбу объемом250 см^З, туда же добавляют 50...60 см^З дистиллированной воды и из­меряют рН раствора универсальной индикаторной бумажкой (берут каплю раствора стеклянной палочкой на кончик полоски индикатор­ной бумажки и окраску ее сравнивают с эталонной шкалой), рН рас­твора должен быть 3,..4. Если раствор содержит кислоты столько, что рН близок к 1, добавляют по каплям разбавленный раствор NH4ОH (1:3) до рН 3,..4. После этого вводят индикатор - ксиленоранж (5 ка­пель). Раствор должен быть желтого цвета. Если цвет раствора стал не желтым, а малиновым, надо прибавить по каплям из капельницы разбавленной серной кислоты до желтой окраски раствора. После этого доводят окраску раствора до фиолетово-красного цвета раство­ра, прибавляя по каплям из капельницы 2М раствор NaOH, добавля­ют 25 см^З буферного раствора (20 %-ный раствор уксусного аммо­ния) и титруют трилоном Б до изменения окраски в желтый цвет. Переход виден отчетливо, за 2 капли до конца титрования виден промежуточный оттенок, переходящий от двух капель в желтый.

Количество цинка, перешедшее в раствор, определяют по формуле

а= V· V₁ ·T·b,

где V - объем исходного раствора, см^З;

V₁ - объем трилона Б, пошедшего на титрование, см^З;

Т - титр трилона Б по цинку;

b - разведение; b = 250:(10·25); 10,250 и 25 - объемы соответ­ственно аликвотной части (от V), мерной колбы и второй аликвотной части, см^З.

 

Расчёт по выщелачиванию цинкового огарка

Выщелачиванию подвергается обожжённый цинковый концентрат состава, %: Zn - 58,0; РЬ - 2,0; Ре - 8,0; Си - 2,0; Cd - 0,2; S - 3,0 (в том числе Ss - 0,5 и S_S04 - 2,5); СаО - 0,42; Si02 -3,0; А12Оз - 0,6.

Требуется рассчитать:

1) выход цинковых кеков, их химический и рациональный состав;

2) количество нейтрального раствора, получаемого при выщела­чивании обожженного концентрата;

3) достаточно ли в огарке сульфатной серы для возмещения по­терь серной кислоты при выщелачивании;

4) количество серной кислоты для выщелачивания огарка, пиро­люзита и цинковой пыли при проведении работы.

Выход цинковых кеков, их химический и рациональный составы

Расчет ведем на 100 кг огарка.

Принимаем, что выщелачивание осуществляется по представлен­

ной на рис. 1 схеме и компоненты огарка ведут себя при выщела­чивании следующим образом:

1) в огарке 92 % растворимого цинка;

2) цинк в виде ZnS, ZпS·Fе₂Оз остаётся в кеках;

3) 50 % меди переходит в раствор, 50 % - в кеки;

4) кадмий полностью переходит в раствор;

5) остальные компоненты полностью переходят в кек;

6) в кеках содержится 2% водорастворимого цинка вследствие неполноты отмывки.

С ZnS в кек перейдёт цинка:

65,4 кг - 32 кг

х - 0,5; х = 1,02 кг.

1,02 + 0,5 = 1,52 кг.

В огарке содержится нерастворимого Zn:

58 кг-100 %

х - 8 %; х = 4,64 кг.

Перейдёт цинка в кеки в виде ZпS·Fе₂Оз

4,64 - 1,02 = 3,62 кг.

С этим количеством цинка будет связано кислорода:

65,4 кг Zn -16 кг O₂

3,62 - х; х = 0,88 кг O₂.

3,62 + 0,88 =4,5 кг.

В кек перейдёт 2 кг свинца в виде РbSO₄.

С этим количеством свинца будет связано серы и кислорода: 207,2 кг Рb - 32 кг S

2 -х; х = 0,31 кг S;

207,2 кг Рb - 64 кг O₂.

2 - х; х = 0,62 кг O₂

2 + 0,31 + 0,62 = 2,93 кг.

В кек перейдёт меди в виде СиО:

2 кг · 0,5 = 1 кг.

Будет связано кислорода:

63,6 кг Си - 16 кг O₂

1 - х; х = 0,25 кг O₂

1 + 0,25 = 1,25 кг СиО.

В кек перейдёт 8 кг Fе виде Fе2Oз.

 

Будет связано кислорода

111,6 кг Fe - 48 кг O₂

8 - х; х = 3,4 кг O₂

8 + 3,4 = 11,4 кг.

СаО полностью переходит в кек в виде CaSО₄.

В огарке 0,42 кг СаО.

56,1 кг СаО - 32 кг S

0,42 - х; х = 0,24 кг S.

56,1 кг СаО -48 кг O₂

0,42 - х; х = 0,36 кг O₂.

0,42 + 0,24 + 0,36 = 1,12 кг CaSО4.

Рассчитаем количество водорастворимого цинка в кеках в виде ZnSО₄

В кек переходят следующие компоненты в количестве:

ZnS + ZnO (в феррите) + PbSО₄ + CuO + Fе₂Оз + SiО₂ + А1₂Оз +

+ CaSО₄= 1,52 + 4,50 + 2,93 + 1,25 + 11,4 + 3,00 + 0,6 + 1,02 = 26,22 КГ.

Примем: Х₁ - содержание Zn в кеках (2 %);

Х₂ - содержание SО₄ в кеках.

65,4 Zn - 96 SО₄

2 Zn - Х₂; Х₂ = 2 · 96:65,4 = 2,98 %;

Х₁ + Х₂ = 4,98 %

26,22 кг - 95,02 %

Х1 - 2%; Х₁ = 0,55 кг Zn;

65,4 кг - 32 кг S

0,55 - х; х = 0,27 кг S;

65,4 кг Zn - 64 кг O₂

0,55 - х; х = 0,54 кг O₂.

0,55 + 0,27 + 0,54 = 1,36 кг ZnSО₄

Результаты расчетов сводим в табл.1.

 

В кеках содержится 35 % влаги или

(27,58:65) ·35 = 14,90 кг.

Масса влажных кеков:

27,58 + 14,90 = 42,48 кг.

 

Таблица 8. Рациональный и химический состав сухих цинковых кеков

Соеди- нение						Элемент, кг
								Al2О3			Итого
Zn	Рb	Сu	Fе	Ss	SS04	SiO2		СаО	O2		%
							кг
ZnS	1,02	-	-	-	0,50	-	-			-	-	1,52	5,51
ZnSO4	0,55	-	-	-	-	0,27	-			-	0,54	1,36	4,92
ZnO	3,62	-	-	-	-	-	-			-	0,88	4,50	16,30
РbSО4	-	2,00	-	-	-	0,31	-			-	0,62	2,93	10,60
СиО	-	-	1,00	-	-	-	-			-	0,25	1,25	4,53
Fе2О3	-	-	-	8,00	-	-	-			-	3,40	11,40	41,40
SiO2	-	-	-	-	-	-	3,00			-	-	3,00	10,87
Аl2Оз	-	-	-	-	-	-	-		0,6	-	-	0,60	2,18
CaSO4	-	-	-	-	-,	0,24	-			0,42	0,36	1,02	3,69
Иmoгo...	5,19	2,00	1,00	8,00	0,50	0,82	3,00		0.6	0,42	6,05	27,58	100,0
%	18,80	2,26	3,36	29,00	1,81	2,97	10,85	2,17	1,52	21,99	-	100,0