Способ получения оксида цинка
METHOD OF PRODUCING ZINC OXIDE

Изобретение относится к области гидрометаллургии и может быть использовано для получения оксида цинка из цинксодержащих оксидных материалов.
Известен способ получения оксида цинка из производственных отходов, в частности цинковых элюатов шахтных вод, путем предварительной очистки их от железа и меди, обработки полученного раствора щелочным агентом (аммиаком, щелочью или содой) при рН 5-9 с последующим упариванием раствора до плотности 1,2-1,35 и кристаллизацией осадка в течение 24-48 ч, который прокаливают и сушат до получения конечного продукта (патент РФ №2075442, МПК С01G 9/03, опубл. 20.03.1997).
Недостатками способа являются невысокий выход готового продукта (50-70%) и низкое качество получаемого оксида цинка.
3
3
Известен способ получения оксида цинка из цинксодержащих продуктов, включающий растворение цинксодержащего сырья в водном растворе серной кислоты с концентрацией 200 г/дм, выделение цинксодержащего осадка (сульфат цинка) из полученного раствора гидроксидом аммония, обработку полученного осадка карбонатом аммония или бикарбонатом аммония с концентрацией карбонат-иона 25-62 г/дм с последующей его сушкой и прокалкой. Полученный продукт содержит 99,5% оксида цинка (патент РФ №2019511, МПК С01G 9/02, опубл. 15.09.1994).
Недостатками способа являются высокий расход серной кислоты, отсутствие селективности извлечения цинка при применении в качестве растворителя серной кислоты, а двукратная обработка осадка цинка усложняет технологический процесс.
Известен способ получения оксида цинка из слабоконцентрированных растворов, включающий осаждение цинксодержащего осадка гидроксидом аммония, его прокалку при температуре 125-150°С, обработку цинксодержащего осадка карбонатом или бикарбонатом аммония, который впоследствии вновь сушат и прокаливают при 300-750°С (патент РФ №2389810, МПК С22В 19/34, опубл. 20.05.2010).
Недостатками способа являются применение двукратной обработки аммиачными солями: сначала раствора, затем и цинксодержащего осадка для его перечистки, применение промежуточных операций сушки (прокалки), что усложняет технологический процесс получения оксида цинка.
3
2
Известен способ извлечения цинка из доменных шламов, принятый за прототип, включающий выщелачивание цинксодержащего оксидного материала аммиачно-карбонатным раствором (Ж:Т=5:1) в течение 30-60 минут, при температуре 35-45°С, концентрации аммиака 75-125 г/л и отношении NH:СО = 2:1, выделение осадка в виде основного карбоната цинка из раствора дистилляцией аммиака при температуре 95-100°С до конечной концентрации аммиака в растворе 0,1 г/л, возвращение аммиака на приготовление аммиачно-карбонатного раствора и направление осадка на прокаливание с получением технического оксида цинка (патент РФ №2055921, МПК C22В 7/00, 19/00, опубл. 10.03.1996).
Недостатками способа являются получение оксида цинка технического качества, применение подогрева раствора при проведении выщелачивания и использование в процессе дорогого аммиаксодержащего выщелачивающего реагента - карбоната аммония.
3
m
n
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение оксида цинка повышенной чистоты путем селективного аммиачного выщелачивания его из цинксодержащих оксидных материалов с образованием прочных комплексов Zn(NH)⋅(OH) и последующим выделением гидратов цинка дистилляцией аммиака при нагревании цинксодержащего раствора.
Указанный результат достигается тем, что в способе получения оксида цинка, включающем выщелачивание цинксодержащего оксидного материала аммиачным раствором, осаждение цинка из раствора дистилляцией аммиака с возвращением аммиака на приготовление аммиачного раствора, отделение цинксодержащего осадка и его сушку, согласно изобретению выщелачивание цинксодержащего оксидного материала ведут 8-10%-ным водным раствором аммиака при температуре 17-25°С, Т:Ж = 1:9 - 1:10, дистилляцию аммиака осуществляют из цинксодержащего раствора до получения рН=8-9 с выпадением в осадок гидроксида цинка, а раствор, оставшийся после отделения осадка, направляют на приготовление аммиачного раствора. При этом выщелачивание цинксодержащего оксидного материала ведут в течение 20-60 минут, а в качестве цинксодержащего оксидного материала используют осадок, полученный нейтрализацией растворов шахтного водоотлива медно-цинковых рудников известковым молоком, или цинксодержащие пыли медеплавильного производства.
3
Проведение выщелачивания цинксодержащего оксидного материала 8-10%-ным водным раствором аммиака при температуре 17-25°С, Т:Ж = 1:9 - 1:10 способствует селективному выщелачиванию цинка без активизации других металлов, содержащихся в выщелачиваемом сырье, обеспечивая повышенную чистоту конечного цинксодержащего осадка. Проведение выщелачивания при концентрациях аммиака менее 8% снижает извлечение цинка в раствор, а увеличение концентрации аммиака более 10% не приводит к дальнейшему повышению извлечения цинка в раствор и увеличивает расход аммиака (фиг. 1). Максимальное извлечение цинка в раствор до 90% достигнуто при 9-10%-ной исходной концентрации NH, Т:Ж = 1:9 - 1:10 в течение 20-60 минут.
Осуществление дистилляции аммиака из цинксодержащего раствора до получения рН=8-9 обеспечивает полное выделение цинка из раствора в виде осадка гидроксида цинка повышенной чистоты и отгонку аммиака, который возвращают на приготовление аммиачного раствора для выщелачивания.
На фиг. 2 представлена зависимость температуры раствора (1), содержания в нем цинка (2), аммиака (3) и pH (4) от продолжительности нагревания цинксодержащего раствора, полученного при выщелачивании.
3
3
3
2
При осуществлении дистилляции содержание аммиака при нагревании раствора понижалось с 34 до 0,7 г/дм (фиг. 2 (3). Водородный показатель (pH) вначале линейно уменьшается с 11,28 до 9,4, а в последний период сократился до 8,5 (фиг. 2 (4). Содержание цинка в растворе вначале повышалось за счет испарения аммиака и частично воды. Затем при рН=10,5 началось выпадение гидрата цинка, что привело к постепенному снижению количества цинка в растворе. И, наконец, при достижении рН=8,5 содержание цинка в растворе уменьшилось от 0,55 до 0,05 г/дм (фиг. 2 (2). При повышении температуры от 20 до 90-91°С (фиг. 2 (1) в течение первых 40 минут происходит постепенное снижение концентрации аммиака с 34 до 0,7 г/дм (фиг. 2 (3) и рН раствора с 11,28 до 11,0 (фиг. 2 (4). Дальнейшее поддержание температуры раствора в области 90-91°С (фиг. 2 (1) приводит к снижению концентрации аммиака и рН до 8,5 и выпадению осадка Zn(OH) (фиг. 2 (2).
Объединение аммиачного раствора, полученного улавливанием паров аммиака в барботере, с раствором, оставшимся после отделения осадка гидроксида цинка фильтрацией, и направление объединенного раствора на выщелачивание новых порций цинксодержащего оксидного материала позволяет возвратить выщелачивающий реагент в начало технологической схемы, что улучшает экологические и экономические показатели процесса получения оксида цинка повышенной чистоты.
На фигуре 3 приведена технологическая схема получения чистого оксида цинка из цинксодержащих оксидных материалов, предусматривающая замкнутый оборот растворов и возможность использования железосодержащего осадка в черной металлургии.
Заявленный способ прошел испытания в лабораторных условиях на цинксодержащем оксидном многокомпонентном осадке, полученном при нейтрализации известковым молоком растворов шахтного водоотлива медно-цинковых рудников.
Пример.
2
3
2
-3
-3
Цинксодержащий оксидный осадок, содержащий, мас.%: 20-30 Fe; 1-5 Al; 1.5-2 Ca+Mg; 0.1-0.5 SiO; 1-5 Zn, при перемешивании в течение 20-60 минут обрабатывали в 10%-ном растворе аммиака, при Т:Ж=9 и температуре 20°С. После фильтрации пульпы аммиачный раствор содержал от 2.3 до 6 г⋅дм цинка. Дистилляцию аммиака осуществляли при нагревании до температуры 85-95°С и получении рН 8-9, пары аммиака улавливали в барботере, а выпавший осадок гидроксида цинка отфильтровывали и сушили. Раствор, оставшийся после отделения осадка гидроксида цинка фильтрацией, объединяли с аммиачным раствором, полученным улавливанием паров аммиака в барботере, и объединенный раствор направляли на выщелачивание новых порций цинксодержащего оксидного материала. Состав объединенного раствора: NH=10.9-11.5%; Zn=0.45-0.50 г⋅дм. Состав полученного цинкового осадка: ZnO=89.3-91.0% (примеси Cu, Fe и др. - не более 0,001%) что соответствует формуле ZnO⋅5HO.