Влияние перемешивания на скорость выщелачивания

В тех случаях, когда скорость выщелачивания зави­сит от диффузионных факторов, она зависит от скорости движения жидкости относительно твердого тела. При выщелачивании с перемешиванием относительное движе­ние будет тем больше, чем больше разность плотностей жидкости и твердого тела. Если бы их плотности были равны, то частички увлекались бы жидкостью полностью и, несмотря на движение всей жидкости, диффузия про­ходила бы так, как будто жидкость неподвижна относи­тельно твердей частички.

Кроме разности плотностей, на относительное движе­ние раствора влияет скорость перемешивания. При малых скоростях движения увеличение скорости перемешивания приводит к увеличению обтекания жидкостью твердых частиц и скорость выщелачивания возрастает.

Однако при достижении некоторой скорости переме­шивания частица твердого тела начинает увлекаться жидкостью, т. е. взаимное перемещение твердой частицы и жидкости с повышением скорости перемешивания уменьшается. Наконец, при очень интенсивном перемеши­вании частицы твердого тела, находящиеся в определен­ном объеме жидкости, переносятся с жидкостью как одно целое, т. е. вновь наступает диффузия в слое как бы не­подвижной жидкости.

Рассмотрим поведение компонентов обожженного цин­кового концентрата при выщелачивании. Цинк в обожженном концентрате находится в соединениях: ZnSO₄, ZnO, ZnOּFe₂O₃, 2ZnOּSiO₂ и ZnS.

Сульфат цинка растворяется в воде и на его выщелачивание кислоты не расходуется. Высокое содержание суль­фата цинка в обожженном концентрате вызывает повыше­ние концентрации цинка в растворе, что приводит к на­рушению баланса серной кислоты в замкнутом производ­стве.

Окись цинка легко растворяется в серной кислоте по реакции

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

Полнота выщелачивания окиси цинка зависит от содер­жания в растворе достаточного количества серной кисло­ты, свойств окиси цинка, крупности частиц и условий выщелачивания. Чем выше температура обжига концент­рата, тем труднее растворяется полученная окись цинка.

Феррит цинка значительно труднее растворяется в разбавленной серной кислоте, чем окись цинка. По проведенным исследованиям Д.М. Чижикова и И.С. Шатунова видно, что при температуре 40 °С и концент­рации 100 г1л серной кислоты за 4 ч в раствор переходит менее 4% Zn.

Согласно исследованиям А.Н. Вольского и Е.М. Сер­гиевской, скорость процесса растворения окиси цинка в растворе серной кислоты при концентрации выше 0,36 моль/л контролируется скоростью диффузии, при малых концентрациях серной кислоты от 0 до 0,36 моль/л процесс контролируется скоростью самой химической реакции. Установлено, что скорость растворения окиси цинка сильно падает при повышении содержания серно­кислого цинка в растворе.

Кинетика растворения окиси цинка из феррита цинка в тех же условиях контролируется скоростью собственно химической реакции на поверхности раздела фаз.

Для перевода в раствор цинка из ферритных соединений необходима высокая концентрация серной кислоты, рав­ная 200—300 г/л, и высокая температура 80—90 °С.

При этом в раствор одновременно с цинком переходит и содер­жащееся в феррите цинка трехвалентное железо.

Ф.М. Лоскутов с сотрудниками предложил для раз­ложения феррита цинка обожженный концентрат перед выщелачиванием подвер­гать восстановительному обжигу в кипящем слое в атмосфере, содержащей 7,7% Со, 17,95% СО₂ и 74,35% N₂. При обжиге с температурой 800°С ра­створимость цинка при по­следующем выщелачивании обожженного концен­трата увеличивается

Ортосиликат цинка 2ZnОּSiO₂, присутствующий в обожженном концентрате, легко растворяется в серной кислоте. Исследованиями Ф.М. Лсскутова и Р.Я. По­дольской показано, что окись цинка, связанная в ортосиликат цинка, растворяется так же, как свободная окись цинка.

Сульфид цинка практически нерастворим в слабом растворе серной кислоты и почти целиком переходит в твердый остаток от выщелачивания. Некоторая часть цинка растворяется из его сульфида по реакции

ZnS + Fe₂(SO₄)₃ = ZnSO₄ + 2FeSO₄ + S

Соединения кадмия ведут себя подобно соединениям цинка. В результате реакции

CdO + H₂SO₄ = CdSO₄ + H₂O

в раствор переходит 85—90% Сd от содержания его в обожженном концентрате.

Железо в обожженном концентрате присутствует в основном в виде ферритов цинка и меди, в небольшой степени в виде свободных окислов Fe2O3 и Fe3O4 и в очень малом количестве в виде FeO. При выщелачивании концентрата легко взаимодействуют со слабой кислотой только закись железа по реакции:

FeO +H₂SO₄ = FeSO₄ + H₂O

В циклонной пыли обжиговых печей иногда содержится небольшое количество сульфата железа, который также переходит в раствор. Трехвалентные соединения железа плохо растворяются в слабой серной кислоте. Небольшое количество сульфата окиси железа, который переходит в раствор по реакции:

Fe₂O₃ + 3H₂SO₄ = Fe₂(SO₄)₃ + 3H₂O,

восстанавливается различными восстановителями до сульфата закиси железа. К восстановителям относятся: сульфиды металлов, сернистый газ, одновалентные соединения меди. Практически после выщелачивания в растворе содержится до 90% (от общего содержания) железа в виде двухвалентного. При выщелачиании обожженного концентрата в раствор переходит 3-4% Fe от общего его содержания в концентрате, что составляет 1-2 г/л. небольшая концентрация железа в растворе до 1 г/л необходима для дальнейшей гидролитической очистки раствора от мышьяка, сурьмы, германия и других примесей.

Кремнезем содержится во всех цинковых концентратах. В свободном виде он взаимодействует с серной кислотой, но, будучи связан с окислами свинца и цинка в ортосиликаты, легко растворяется. Присутствие ортосиликатов свинца и цинка в обожженном концентрате нежелательно, так как они служат основным источником загрязнения раствора кремнекислотой.

При высоком содержании в исходном концентрате кремнезема не удается избежать образования при обжиге ортосиликатов свинца и цинка; тогда процесс выщелачивания обожженного концентрата ведут при постоянной низкой кислотности электролита (0,05 г/л H2SO4, pH = 3), что достигается медленным введением в пульпу отработанного электролита. Такой прием выщелачивания, называемый “обратным”, осуществляется на цинковом заводе в Монсано (США).

Окисленные соединения мышьяка и сурьмы при выщелачивании обожженного концентрата взаимодействуют с серной кислотой с образованием растворимых соеди­нений:

As₂O₃ + 3H₂SO₄ = As₂(SO₄)₃ + 3H₂O,

Sb₂O₃ + 3H₂SO₄ = Sb₂(SO₄)₃ + 3H₂O.

Пятиокиси мышьяка и сурьмы слабо растворимы.

Никель, кобальт и марганец также переходят в рас­твор при выщелачивании обожженного концентрата. Сви­нец в большей части остается в твердом остатке от выщелачивания в виде РbSO₄, в растворе присутствует 1-3 мг1л свинца. Золото не растворяется в серной кислоте и полностью переходит в твердый остаток.

Серебро содержится в обожженном концентрате в сульфидной и сульфатной форме. Сульфид серебра Аg₂S не растворяется при выщелачивании и остается в кеке. Сульфат серебра Ag₂SO₄ растворяется, но затем ионами хлора, присутствующими в растворе, осаждается в виде малорастворимого соединения АgСl.

Соединения хлора, фтора, натрия, магния легко вы­щелачиваются и накапливаются в оборотных растворах. Соединения кальция и бария — окислы при выщела­чивании обожженного концентрата — превращаются в сульфаты по реакциям:

CaO + H₂SO₄ = CaSO₄ + H₂O,

Sb₂O₃ + 3H₂SO₄ = Sb₂(SO₄)₃ + 3H₂O.

Сульфат кальция в небольших количествах переходит в раствор.

Рассеянные элементы — таллий, галлий, индий, гер­маний— частично переходят в раствор.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: