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.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|