способ очистки раствора сульфата цинка от кальция

Формула изобретения

СПОСОБ ОЧИСТКИ РАСТВОРА СУЛЬФАТА ЦИНКА ОТ КАЛЬЦИЯ, включающий обработку исходного раствора реагентом, корректировку рН до 5,0 - 5,4 введением оксида или карбоната цинка и последующее отделение образующегося осадка, отличающийся тем, что в качестве реагента используют сернистый газ и обработку им раствора ведут до достижения рН 1,05 - 1,10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в гидрометаллургическом способе производства цинка.

Известен способ очистки раствора сульфата цинка от кальция и магния путем осаждения их в виде фторидов при обработке раствора пульпой фторида цинка [1]. Пульпу получают нейтрализацией оксида или карбоната цинка плавиковой кислотой.

Недостатками способа являются использование дорогого и опасного в обращении реагента - плавиковой кислоты, образование труднофильтруемого осадка, введение в раствор ионов фтора, которые отрицательно влияют на процесс электролиза цинксульфатных растворов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ очистки раствора сульфата цинка от кальция и магния осаждением их в виде фторидов путем взаимодействия с бифторидом-фторидом аммония при конечном значении рН 5-5,5, поддерживаемом добавлением оксида или карбоната цинка [2].

Недостатком этого способа является введение в раствор ионов фтора, содержание которого в растворе после очистки от кальция составляет 700-1000 мг/л. Наличие в цинковом растворе ионов фтора с такой концентрацией делает невозможным применение этого способа для очистки растворов, поступающих на электролиз. Данный способ можно использовать только для очистки растворов, направляемых на получение цинкового купороса, причем не высшего сорта.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе очистки растворов сульфата цинка от кальция осаждением последнего в присутствии оксида цинка или его производных, согласно изобретению, осаждение кальция осуществляют путем насыщения раствора сернистым газом до рН 1,05-1,10 с последующей корректировкой рН до 5,0-5,4 оксидом цинка или его производными.

Способ основан на образовании малорастворимого сульфита кальция, его произведение растворимости равно 3,2.10^-7.

Через цинк-сульфатный раствор (нейтральный цинковый электролит или раствор цинкового купороса, их рН 4,8-5,2) пропускают серистый газ до рН 1,05-1,10, затем подачу его прекращают и добавляют оксид цинка или его производные (гидроксид, карбонат) до достижения рН 5,0-5,4, пульпу перемешивают в течение 30-60 мин и осадок отфильтровывают. Оксид цинка или его производные выбраны из-за того, чтобы не вносить в цинксульфатный раствор посторонние ионы.

Значение рН 1,05 при пропускании SO₂ через раствор обусловлено тем, что насыщение цинксульфатных растворов сернистым газом соответствует данному значению рН. При дальнейшем пропускании SO₂ концентрация его в растворе не увеличивается. Уменьшение количества SO₂ (рН выше 1,10) приводит к снижению степени очистки от кальция.

Значение рН в пределах 5,0-5,4 при его корректировке оксидом цинка или его производными обусловлено тем, что при меньшем значении рН извлечение кальция в осадок снижается из-за большей растворимости сульфата кальция, при рН более 5,4 наблюдаются потери цинка с осадком, так как начинается его гидролитическое осаждение.

Реализация предлагаемого способа не приводит к внесению в очищаемый раствор каких-либо посторонних ионов, так как при дальнейшем использовании цинк-сульфатных растворов сульфит-ионы окисляются атмосферным кислородом до сульфат-иона.

П р и м е р 1. Через цинксульфатный нейтральный электролит (120 г/дм Zn, 0,8 г/дм³ Са, рН 4,9) пропускают сернистый газ до достижения рН 1,05, подачу газа прекращают, в раствор добавляют ZnO до рН 5,4 и выдерживают при перемешивании 30 мин. Осадок отфильтровывают. Очищенный раствор содержит 0,27 г/дм³ Са. Степень очистки равна 66,2%.

П р и м е р 2. Процесс ведут как в примере 1. Корректировку рН проводят оксидом цинка до рН 5,0. Очищенный раствор содержит 0,30 г/дм³Са. Степень очистки составляет 62,5%.

П р и м е р 3. Процесс ведут как в примере 1. Корректировку рН проводят ZnO до рН 4,9. Очищенный раствор содержит 0,4 г/дм³ Са. Степень очистки 50% .

П р и м е р 4. Процесс ведут как в примере 1. Корректировку рН проводят до рН 5,5. Наблюдается выделение основного сульфата цинка, приводящее к потере цинка с осадком.

П р и м е р 5. Через цинксульфатный нейтральный электролит пропускают сернистый газ до достижения рН 1,10. Корректировку рН проводят ZnO до рН 5,4. Очищенный раствор содержит 0,29 г/дм³Са. Степень очистки 63,7%.

П р и м е р 6. Через нейтральный электролит пропускают SO₂ до достижения рН 1,15. Корректировку рН проводят оксидом цинка до рН 5,4. Очищенный раствор содержит 0,37 г/дм³ Са. Степень очистки 53,7%.

В настоящее время для получения цинка из руд применяют в основном гидрометаллургический способ. Присутствующий в цинк-содержащих растворах кальций накапливается при обороте электролитов и выделяется на поверхностях трубопроводов и оборудования в виде гипса, что нарушает их нормальное функционирование.

В отличие от известных способов очистки цинксульфатных растворов от кальция предлагаемый способ имеет следующие преимущества:

1. Может применяться как для очистки нейтрального электролита, так и для растворов, служащих для получения цинкового купороса. Известные способы не могут быть использованы для очистки цинковых нейтральных электролитов, так как после очистки с помощью фторидов цинк-сульфатные растворы содержат 700-1000 мг/дм³ F, а на электролиз могут поступать растворы, содержащие не более 50-70 мг/дм³ F. Более высокая концентрация фтора приводит к разрушению алюминиевых катодов и змеевиков, увеличивает сцепление цинкового осадка с алюминиевыми катодами, осложняя операцию сдирки цинка. Известные способы могут применяться лишь для очистки цинк-сульфатного раствора, предназначенного для получения цинкового купороса, причем только первого, а не высшего сорта.

2. Сернистый газ, используемый в предлагаемом изобретении как реагент, получают в качестве попутного продукта на всех цинковых заводах, он поступает на получение серной кислоты. Так что надобность в специальном получении и транспортировке реагента отпадает.

Для очистки растворов с помощью фторидов используются или фторид цинка, который нужно специально получать на цинковом заводе, или бифторид-фторид аммония, который получают на других заводах и который нужно транспортировать. Оба продукта токсичны и требуют соблюдения особых условий труда.

Рекомендуемый для корректировки рН оксид цинка является на цинковых заводах одним из товарных продуктов, выпускается как пигмент для получения цинковых белил.

Таким образом, предлагаемый способ базируется только на внутренних ресурсах цинкового производства и не требует никаких вспомогательных реагентов извне. Способ является фактически безотходным, так как образующийся сульфит кальция является ценным продуктом для целлюлозно-бумажной промышленности, где используется при сульфитной варке целлюлозы. Сульфит кальция находит также применение в качестве дезинфицирующего агента в виноделии и сахарной промышленности.