Способ получения цинкового порошка из цинксодержащих отходов
METHOD OF PRODUCING ZINC POWDER FROM ZINC-CONTAINING WASTES

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлических порошков и может быть использовано при получении цинкового порошка из цинксодержащих отходов, например, пылей электродуговых печей.
Известен способ получения цинкового порошка из отходов производства ронгалита, согласно которому раствор после щелочного выщелачивания отходов направляется на электрохимическое осаждение цинкового порошка (Авторское свидетельство СССР №1468976, приоритет от 21.08.1987 г.).
Использование порошка по указанному способу в цементационной очистке от примесей имеет следующие недостатки:
- высокий расход реагентов: трехокиси сурьмы и медного купороса;
- процесс сопровождается обратным растворением цементируемых примесей (кадмия, кобальта, сурьмы).
Наиболее близким по технологической сущности к заявленному является способ получения цинкового порошка из цинксодержащих отходов - пылей черной металлургии (Патент №2663918 Россия по Кл. С25С 5/02, опубл. 13.08.2018 Бюллетень №23).
3
3
2
2
Процесс выщелачивания цинксодержащих отходов ведут в растворе щелочи с получением раствора, содержащего 43 г/дм Zn и 350 г/дм NaOH. В полученный раствор добавляют лигносульфат натрия в количестве 900-1500 г/т цинкового порошка и раствор направляют на электролиз. Электролиз ведут при плотности тока (катодная) 2500 а/м. Удаление осадка с катода выполняли через 38-40 минут, что соответствует пропусканию через ванну 60 Ф/м электричества. Полученный цинковый осадок подвергали фильтрации от цементного раствора, отмывки с диспергацией и сушки под вакуумом. Сухой порошок использовали в процессе по осаждению примеси кобальта из промышленного раствора сульфата цинка.
Недостатками указанного способа являются:
- высокий расход реагентов при использовании порошка в процессах цементации при очистке цинковых растворов от примесей;
- низкая производительность процесса цементации;
- невысокая степень очистки растворов от кадмия, кобальта и сурьмы. В основу патентуемого способа поставлены следующие цели:
- увеличение производительности процесса цементации;
- снижение расхода цинкового порошка при его использовании для цементационной очистке от примесей;
- снижение содержания примесей в сульфатном цинковом растворе, поступающем на электролиз с получением металлического цинка;
- снижение расхода реагентов на цементационную очистку.
Поставленная цель достигаются тем, что в известном способе получения цинкового порошка из цинксодержащих отходов, включающем выщелачивание отхода (пылей электродуговых печей), электролиз раствора, отделение осажденного порошка от электролита на стадии электролиза. На стадию выщелачивания вводят свинецсодержащие пыли цинкового производства, образующиеся при прокалке вельц-окислов или свинцового производства в количестве, обеспечивающим соотношение цинка к свинцу в растворе 143÷61.
Подача свинецсодержащего продукта позволяет:
1) Обеспечить получение цинкового порошка с частицами пластинчатой формы с равномерным распределением в них свинца и грансоставом с узким диапазоном размера частиц 5-7 мкм.
2) Повысить активность цинкового порошка за счет включения в его состав электролитически осажденного свинца*
(*В щелочных растворах свинец и цинк имеют практически одинаковое перенапряжение водорода соответственно 1,1 В и 1,14 В и поэтому одновременно осаждаются на катоде. В кислых растворах, в которых используется цинк для цементации примесей, перенапряжение свинца для катодного выделения на свинце водорода выше на 0,24 В по сравнению с цинком, что позволяет при цементации цинковым порошком с добавкой свинца исключить обратное растворение цементируемых примесей (Со, Sb, Cd) и повысить глубину очистки растворов, снизить расход цинкового порошка на цементацию. В прототипе избыток цинкового порошка используют для подавления обратного растворения примесей).
3) Исключить обратное растворение примесей (Со, Sb, Cd) при проведении цементационной очистки.
При этом увеличивается производительность процесса цементации, снижается расход цинкового порошка на цементацию.
Пример
Для сравнения существующего и предлагаемого способа использовали цинковый порошок, полученный электролизом из щелочного раствора по прототипу и по предлагаемому способу.
3
3
2
Цинковый порошок по известной технологии получен посредством электролиза водного раствора, содержащего 350 г/дм NaOH и 43 г/дм Zn с добавкой технического лигносульфоната (ЛСТ) в количестве 1300 г/т ЛСТ в электролизной ванне с катодом и анодом из нержавеющей стали. Температура раствора составляла 40-45°С плотность тока (катодная) - 2500 А/м. Удаление осадка выполняли через 38-40 минут. Полученный цинковый порошок подвергался фильтрации от щелочного раствора, отмывки с диспергацией и сушки под вакуумом.
3
3
3
3
Цинковый порошок по предлагаемому способу получен посредством электролиза водного раствора, содержащего 350 г/дм NaOH, 43 г/дм Zn и 0,3-0,7 г/дм Pb. Добавку свинца в раствор осуществляли в виде щелочного раствора, содержащего 51 г/дм Pb, полученного после щелочного выщелачивания свинецсодержащих пылей цинкового производства (вторичные возгоны от прокалки вельц-окиси).
Электролиз вели в режимах аналогичных режиму электролиза по прототипу с последующей фильтрацией, отмывкой с диспергацией и сушкой под вакуумом порошка.
Образцы сухого порошка, полученного по прототипу и предлагаемому способу, использовались в испытаниях по осаждению примесей кобальта, кадмия, сурьмы из промышленного раствора сульфата цинка, содержащего:
3
3
3
3
Zn - 125 г/дм; Со - 4,1 мг/дм; Sb - 0,028 мг/дм; Cd - 8,9 мг/дм.
3
3
3
3
3
3
Осаждение проводилось по используемой промышленной технологии при температуре 60°С в течении 30 минут и 60 минут и расходе соответственно реагентов: медного купороса 125 мг/дм и 187,5 мг/дм; трехокиси сурьмы - 4,2 мг/дм и 5,4 мг/дм и предлагаемой технологии в течении 30 минут при расходе реагентов: медного купороса 125 мг/дм, трехокиси сурьмы - 4,2 мг/дм.
По окончании операции полученный осадок отфильтровывался, в растворе определялась конечная концентрация примесей.
Результаты испытаний по предлагаемому и существующему способам изложены в таблице.
Из приведенных в таблице данных видно, что при отсутствии добавки свинца имеет место низкая производительность процесса очистки растворов, высокий расход реагентов, в том числе цинкового порошка, медного купороса, трехокиси сурьмы на очистку, высокое содержание очищенном растворе.
3
3
3
3
Добавка на электролиз свинца в виде щелочного свинецсодержащего раствора с концентрацией свинца в растворе 0,3 -0,7 г/дм в соотношении Zn : Pb в растворе более 430 не позволяет снизить время на очистку с 60 минут до 30 минут и повысить производительность участка очистки растворов, исключить обратное растворение примесей(кадмия, кобальта, сурьмы) и получить очищенный раствор с содержанием кобальта менее 0,4 мг/дм, кадмия менее 0,3 мг/дм и сурьмы менее 0,2 г/дм (требования к промышленному сульфатному раствору для получения металлического цинка электролизом). Добавка, снижающая соотношение Zn : Pb в растворе менее 61 не увеличивает положительный эффект.
3
3
3
Использование порошка, полученного предлагаемым способом, позволяет снизить расход цинкового порошка на очистку на 16% (с 2,5 до 2,1 г/дм), медного купороса на 33% (с 187,5 до 125,1 мг/дм) и трехокиси сурьмы на 22% (с 5,4 до 4,2 мг/дм).