Способ получения окиси кадмия
METHOD OF SYNTHESIS OF CADMIUM OXIDE

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при получении окиси кадмия из промпродуктов цинкового производства, например из кадмиевой губки.
Известен способ получения окиси кадмия путем окисления металлического кадмия кислородом воздуха при температуре 500-600°С (А.С. №193471 по кл. С01G 11/00 от 18.11.1966, Б.И. №7 от 1967 г.).
Недостатками указанного способа являются:
3
- высокий расход природного газа 160-200 нм/т кадмия для окисления кадмия при температуре 500-600°С;
- использование в качестве сырья товарного металлического кадмия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является технология, позволяющая использовать в качестве сырья промпродукт производства цинка - кадмиевую губку и включающая:
- выщелачивание кадмиевой губки в растворе серной кислоты;
- экстракцию металлического кадмия из раствора путем электролиза;
- окисление кадмия путем нагрева до температуры 500-600°С (И.И. Дзлиев «Металлургия кадмия», Металлургиздат, 1962 г., с. 19, 62).
Недостатки известного способа:
а) высокий расход электроэнергии - 1600 квт-ч/т кадмия, необходимый для экстракции кадмия;
3
б) высокий расход природного газа 160-200 нм/т окиси кадмия.
В основу патентуемого способа поставлена следующая цель: снижение расхода электроэнергии и природного газа.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения окиси кадмия из кадмиевой губки выщелачивание ведут в две стадии: на первой стадии используют гидроксид натрия в количестве 200-300% от содержания цинка в кадмиевой губке, экстракцию ведут раствором гидроксида натрия при рН=11,5-12,0, прокалку осадка выполняют при температуре 300-350°С.
На рис. 1 (см. приложение 1) изображены технологические схемы переработки кадмиевой губки по прототипу и патентуемому способу.
3
3
3
3
Кадмиевая губка содержит 60-70% кадмия и 6-15% цинка. После выщелачивания по прототипу в серной кислоте в раствор переходят кадмий и цинк. Раствор с содержанием 120-160 г/дм кадмия и 40-60 г/дм цинка поступает в отделение электроэкстракции кадмия. Кадмий после осаждения на катодах направляется на прокалку с расплавлением и окислением при температуре 500-650 С.После электроэкстракции в растворе остается 30-40 г/дм кадмия и весь цинк 40-60 г/дм. Поэтому раствор поступает сначала в оборот на доизвлечение кадмия и в дальнейшем на извлечение цинка.
При реализации патентуемого способа получения окиси кадмия в отличие от прототипа кадмий от цинка отделяется на выщелачивании кадмиевой губки путем проведения двух стадий выщелачивания: первой стадии в растворе щелочи-гидроксида натрия при расходе 200-300% от содержания цинка в губке. Цинк в отличие от кадмия является амфотерным металлом и переходит в щелочной раствор по реакции:
2
2
4
ZnO+2NaOH+HO→Na [Zn(OH)]
Реализации первой стадии выщелачивания позволяет исключить необходимость в проведении электролиза (электроэкстракции) раствора кадмия. Электролиз кадмия требует высокого расхода электроэнергии 1600 квт-ч/т кадмия, высоких капитальных и эксплуатационных затрат связанных со строительством специального отделения и его оснащением дорогостоящим оборудованием (электролизные ванны, выпрямители, и т.д.), процесс извлечения кадмия с катодов выполняется вручную. Кадмий после выщелачивания цинка направляется на вторую стадию выщелачивания в серной кислоте, реализация которой создает условия для получения окиси кадмия без проведения экологически опасной операции окисления кадмия при температурах более 500°С. При указанных температурах кадмий возгоняется и может загрязнять производственную атмосферу.
3
Кадмий выщелачивают в растворе серной кислоты с получением раствора, содержащего 50-55 г/дм кадмия. Полученный раствор сульфата кадмия направляется на осаждение гидроксида кадмия раствором щелочи - гидроксидом натрия. Процесс осаждения необходимо вести при рН=11,5-12,0. Полученный гидроксид кадмия прокаливают при температуре 300-350°С.
3
3
Прокалка при температуре 300-350°С экологически безопасна и позволяет снизить расход природного газа с 160-200 нм/т до 30-40 нм/т окиси кадмия.
Интервал гидроксида натрия 200-300% от содержания цинка в губке определятся необходимостью полного удаления цинка из кадмиевой губки. При снижении расхода гидроксида натрия менее 200% снижается извлечение цинка, а при повышении более 300% извлечение цинка не увеличивается, но увеличивается вязкость раствора снижается скорость фильтрации.
Интервал поддержания рН=11,5-12,0 осаждения гидроксида кадмия позволяет полностью осадить кадмий в форму гидроксида. При снижении рН менее 11,5 образуется основная соль кадмия - гидроксосульфат кадмия, из которого при прокалке невозможно получить окись кадмия по ГОСТу (с содержанием окиси кадмия 98,5%). При этом содержание сульфатов превышает 0,01%. Увеличение рН более 12,0 не увеличивает положительного эффекта.
Интервал проведения прокалки при температуре 300-350°С позволяет полностью разложить гидроксид кадмия. При снижении температуры прокалки менее 300°С не происходит полного разложения гидроксида кадмия, при увеличении температуры прокалки более 350°С происходит перерасход природного газа.
Пример 1.
Влияние расхода гидроксида натрия.
В раствор гидроксида натрия вводили для выщелачивания кадмиевую губку состава, %: кадмий - 64,5; цинк-9,2; свинец-0,08; железо-0,05. Расход гидроксида натрия к весу цинка, содержащегося в кадмиевой губке, регулировался путем изменения концентрации гидроксида натрия в растворе и составил 180; 200; 240; 280; 300; 320% от веса цинка в губке.
3
Пульпа после щелочного выщелачивания (1 стадия) направлялась на фильтрацию. Фильтрат, содержащий извлеченный цинк (99%) направлялся в цинковое производство, а осадок, содержащий кадмий (99,5%) направлялся на вторую стадию выщелачивания (кислотное) для перевода кадмия в раствор. Процесс выщелачивания вели при температуре 75°С в течение 1 ч. Состав раствора после первой стадии, г/дм: цинк-7,6, кадмия-0,2, после второй стадии цинк- 0,1, кадмия-52,5.
3
Для сравнения проводили опыт по прототипу, без добавки на первой стадии выщелачивания щелочи. Вторая стадия выщелачивания по патентуемому способу соответствует выщелачиванию по прототипу. Полученный раствор содержал, г/дм: цинк-7,8, кадмия-52,5.
Результаты опытов приведены в табл. 1
Как видно из табл. 1 при снижении расхода гидроксида натрия к весу цинка в губке до 180% происходит снижение извлечения цинка в раствор, направляемый в цинковое производство с 98,4 до 95,0%. При увеличении расхода гидроксида натрия к весу цинка в губке более 300% не увеличивается извлечение цинка, но снижается скорость фильтрации вследствие увеличения вязкости раствора.
При проведении опытов по прототипу на первой стадии без добавки в раствор щелочи цинк не извлекается. При проведении кислотного выщелачивания по прототипу получается кадмий цинксодержащий раствор не пригодный для дальнейшей переработке по патентуемому способу, а пригодный для извлечения кадмия только электролизом.
Пример 2.
Влияние рН раствора.
Опыты проводили с раствором, полученным после второй стадии выщелачивания (см. пример 1) при добавке в раствор гидроксида натрия и проведения осаждения гидроксида кадмия при рН 10,0; 11,0; 11,5; 12,0; 12,5.
3
3
По прототипу кадмий экстрагируется из раствора путем электролиза. При этом рН раствора равен 0,2. Происходит получение металлического кадмия. Расход электроэнергии на электролиз составляет 1600 квт-ч/т кадмия. Для сравнения расход электроэнергии на первую стадию выщелачивания, которая также как и электролиз разделяет цинк и кадмий составляет 5квт-ч/т кадмия. Раствор после извлечения кадмия содержит 35 г/дм кадмия и 7,6 г/дм цинка. Раствор с указанным составом направляется в оборот на доизвлечение кадмия. После доизвлечения кадмия раствор направляется в цинковое производство.
Результаты опытов приведены в табл. 2.
Из приведенных в табл. 2 данных видно, что при снижении рН с 11,0 снижается извлечение кадмия с 98,5% до 98,0% из-за образования гидроксосульфатов и увеличивается, соответственно, содержание сульфатов в гидроксиде кадмия с 0,01% до 0,2%. Из полученного в таком режиме гидроксида кадмия при последующей прокалке нельзя получить соответствующую требования ГОСТа окись кадмия.
Из раствора с рН=0,2 не выделяется гидроксид кадмия. Пример 3.
Влияние температуры прокалки.
Полученный после осаждения гидроксид кадмия направляли на прокалку в трубчатую печь.
Прокалку вели при температурах 280; 300; 330; 350; 370°С в течение 1 часа. Снижение температуры прокалки ниже 300°С снижает расход газа, но не позволяет получить окись кадмия соответствующую ГОСТу (прокалка не завершена). Увеличение температуры прокалки не увеличивает положительного эффекта, но увеличивает расход природного газа.
3
Проведение опыта по прототипу требует высокого расхода природного газа (180 м/ч). Результаты опытов приведены в табл. 3.
Таким образом, приведенные примеры показали, что в предлагаемом способе при переработке кадмиевой губки с использованием двухстадийного выщелачивания на первой стадии щелочного выщелачивания расход гидроксида натрия к весу цинка в губке должен составлять 200-300%, экстракцию кадмия - перевод кадмия в осадок (гидроксид кадмия) надо проводить при рН=11,5-12,0, а прокалку осадка проводить при температуре 300-350°С.
Использование предлагаемого способа по сравнению с известным способом получения окиси кадмия позволит:
- снизить расход электроэнергии с 1600 до 5квт-ч/т кадмия;
3
- снизить расход природного газа с 180 до 35 нм/ч * т кадмия;
- исключить дорогостоящий электролиз.