СПОСОБ ГИДРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ ПЫЛЕЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
METHOD FOR HYDROMETALLURGICAL REPROCESSING OF ZINC-CONTAINING DUST FROM METALLURGICAL PRODUCTION

Изобретение относится к переработке отходов, содержащих цветные металлы (цинк и кадмий), агломерационного, доменного, прокатного, сталеплавильного производств и может быть использовано в черной и цветной металлургии.
Известен способ переработки цинксодержащих полупродуктов, так называемое вельцевание (В.Я. Зайцев, Е.В. Маргулис. Металлургия свинца и цинка. М.: Металлургия, 1985). Сущность процесса состоит в том, что цинксодержащий дисперсный материал смешивают с коксиком и при максимальной температуре, исключающей плавление материала, перемешивают шихту для равномерной газификации коксика и отгонки цинка по всей массе шихты. В условиях углетермического восстановления цинк переходит в металлическое состояние, в котором его летучесть гораздо выше летучести других сопутствующих ему компонентов в тех же условиях. Следовательно, при этом происходит избирательная дистилляция цинка, который отгоняется в виде пара. Парогазовую фазу выводят из зоны дистилляции и конденсируют цинк.
Однако данный способ имеет следующие недостатки: необходимость развитых схем обезвреживания и утилизации пылегазовых потоков, использование дефицитного кокса, интенсивное настылеобразование, все это приводит к невысокому извлечению цинка.
Известен способ переработки цинксодержащих отходов металлургического производства (патент RU №2269580, опубл. 10.02.2006 г.), включающий смешивание отходов с углеродистым восстановителем, высокотемпературную обработку полученной смеси в обжиговой печи, отгонку цинка и улавливание возгонов с получением оксидов цинка. Полученную смесь гранулируют с получением гранул размером 4-10 мм и влажностью 11-15 мас.%. Высокотемпературную обработку смеси ведут при температуре 910-1100°С в течение 1-2 часов. Улавливание возгонов цинка ведут путем отвода 70-80% от общего объема цинксодержащей пылегазовой смеси из реакционной зоны обжиговой печи, а оставшийся объем пылегазовой смеси отводят из холодного конца обжиговой печи.
Данный способ также основан на углетермическом восстановлении цинка, соответственно имеет следующие недостатки: необходимость развитых схем обезвреживания и утилизации пылегазовых потоков, использование дефицитного кокса, необходимость специальной шихтоподготовки и чувствительность к колебаниям состава сырья.
Известен способ переработки цинксодержащих пылей сталеплавильного производства (патент CN 102776309 (А), опубл. 14.11.2012 г.), включающий смешивание цинксодержащей пыли, угольной пыли и связующего для гранулирования, подачу гранул в трубчатую печь, восстановление оксида железа до губчатого железа и шлака в высокотемпературной восстановительной атмосфере печи, возгон восстановленного цинка из трубчатой печи с отходящими газами, использование отходящих газов для нагрева подаваемого воздуха, улавливание отходящих газов в скруббере, где происходит взаимодействие цинка с распыляемой серной кислотой с получением раствора сульфата цинка.
Недостатками данного способа являются: необходимость развитых схем обезвреживания и утилизации пылегазовых потоков, использование дефицитного кокса, необходимость специальной шихтоподготовки, а также повышенные требования к коррозионной стойкости оборудования.
Известен способ переработки цинксодержащих пылей сталеплавильного производства, так называемый VHR-процесс (Noboru Sakamoto et al. Zinc recovery from zinc-bearing dusts by use of sensible heat of hot metal // ISIJ International Vol.35 (1995) No.11 P.1323-1330), включающий выдержку сухой пыли при температуре 500-900°С в течение 3 мин в вакууме при давлении 133 Па (1 мм рт.ст.) с удалением натрия, калия, свинца и его соединений; восстановление цинка железом и оксидом железа FeO; конденсацию восстановленного цинка в конденсаторе при температуре, превышающей температуру кипения цинка (при том же низком давлении); брикетирование оставшегося после удаления из пыли цинка железистого продукта.
Недостатками данного способа являются необходимость специальной шихтоподготовки, громоздкость технологических операций и сложность в аппаратурном исполнении.
Наиболее близким к предлагаемому является способ гидрометаллургической переработки исходного материала (патент US 3959437 А, опубл. 25.05.1976 г.), содержащего оксиды и ферриты, по крайней мере, одного из цветных металлов: цинка, меди и кадмия, включающий выщелачивание указанного сырья раствором возвратной серной кислоты с растворением оксидов цветных металлов, отделение твердого остатка, содержащего ферриты цветных металлов, обработку дополнительной серной кислотой указанного твердого остатка в присутствии ионов натрия, калия или аммония при атмосферном давлении и при температуре от 80 до 105°C, при этом цветные металлы переходят в раствор в виде сульфатов с одновременным осаждением железа в виде ярозита, отделение железосодержащего осадка, возвращение раствора, содержащего цветные металлы, на стадию нейтрального выщелачивания.
Недостатком данного способа является необходимость переработки ферритов цветных металлов на дополнительной стадии выщелачивания с использованием дорогостоящих (соли калия, натрия) и взрывопожароопасных, токсичных реагентов (соли аммония). Также разделение процесса выщелачивания на две стадии ведет к усложнению технологических и аппаратурных схем, получению большого количества разбавленных растворов, что обуславливает снижение извлечения цинка и кадмия.
Техническим результатом предлагаемого способа защиты является повышение эффективности переработки цинксодержащих отходов путем снижения энергоемкости, увеличения извлечения цинка и кадмия, упрощение технологической и аппаратурной схем, снижение вредного воздействия на окружающую среду за счет отсутствия пирометаллургических операций.
Технический результат достигается тем, выщелачивание ведут в автоклавных условиях, при температуре от 140 до 200°C, с концентрацией серной кислоты от 220 до 250 г/л и временем выдержки 2 часа, обеспечивая извлечение в раствор цинка и кадмия до 95-98%.
Суть предлагаемого способа гидрометаллургической переработки цинкосодержащих пылей заключается в том, что при автоклавном выщелачивании исходного сырья в сернокислом растворе происходит разложение основного соединения цинка (феррита цинка) по следующей реакции:
2
3
2
4
4
2
4
3
2
ZnO·FeO+4HSO→ZnSO+Fe(SO)+4HO
Данная реакция практически не протекает при атмосферном выщелачивании, что и вызывает необходимость в организации отдельной стадии переработки ферритосодержащего сырья пиро- или гидрометаллургическими способами.
В то же время происходит гидролиз сульфата железа (III) по реакциям:
2
4
3
2
2
3
2
2
4
Fe(SO)+(3+х)HO→FeO·xHO+3HSO
2
4
3
2
4
2
2
4
Fe(SO)+(2+2x)HO→FeOHSO·xHO+HSO
При этом переход железа в раствор равен 15-25%.
Изложенное подтверждается следующими примерами.
2
Эксперименты по реализации предлагаемого способа проводили на пробе цинк-железосодержащей пыли, содержащей, %: 38 Fe; 24 Zn; 11 CaO; 5,4 SiO; 2,4 Pb; 0,4 Cd; 1,2 S. Пробу материала массой 160 г загружали в 1 литровый автоклав с механическим перемешиванием, распульповывали раствором (Ж/Т=3), содержащим 250 г/л серной кислоты. Опыты по автоклавному выщелачиванию проводили при температуре 180°С, время выдержки 2 часа. При этом достигнуто извлечение Zn и Cd в раствор соответственно 97,64 и 96,59%.
Конечные твердые продукты анализировали на содержание основных компонентов. По результатам анализа продуктов рассчитывали показатели извлечения в раствор и кек железа, цинка и кадмия. В таблице 1 представлены условия проведения остальных опытов и показатели процесса, достигнутые в ходе их проведения.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить переработку цинксодержащих отходов в одном аппарате за один технологический процесс, получая при этом раствор, который может быть переработан по известным технологиям с получением товарной цинксодержащей продукции, и сократить безвозвратные потери ценных компонентов.
Способ гидрометаллургической переработки цинксодержащих пылей металлургического производства