способ извлечения цинка из техногенных концентратов с высоким содержанием сульфидов

Формула изобретения

Способ извлечения цинка из техногенных концентратов с высоким содержанием сульфидов, включающий выщелачивание концентрата, электролиз полученного раствора и последующую регенерацию электролизного раствора, отличающийся тем, что перед выщелачиванием проводят активационно-окислительную реагентную обработку концентрата путем введения стехиометрического количества персульфата щелочного металла или аммония и воздействия 40%-ной перекисью водорода в количестве 1-3% от массы персульфата, и выщелачивание осуществляют серной кислотой или отработанным электролизным раствором при соотношении твердое: жидкость от 1:3 до 1:10.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической технологии неорганических веществ и материалов.

Известны способы выделения цинка из руд и концентратов, основанные на предварительном окислительном обжиге рудного материала с последующим переводом цинка в раствор посредством реагентного (кислотного, или щелочного) воздействия и выделения цинка на электоролизере [1], или выделения цинка из обогащенных концентратов (концентрация цинка 20 мас.%) посредством восстановительного обжига («Вельц процесс») [2].

Однако их область применения ограничена составами природных руд и они не могут быть применены к техногенным концентратам с высоким содержанием сульфидной фазы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ извлечения цинка, основанный на выщелачивании цинкового минерала раствором, содержащим галогенидное соединение из двух или более разных галогенидов, электролиза полученного раствора для получения металлического цинка и регенерирования галогенидного соединения и возвращения электролизованного раствора, содержащего галогенидное соединение, на стадию выщелачивания [3].

Однако область применения его ограничена лишь для цинковых руд и способ не может быть применен к цинковым концентратам техногенного происхождения, содержащим значительное количество сульфидной фазы.

Новая техническая задача - создание способа извлечения цинка из техногенных концентратов с высоким содержанием сульфидной фазы и повышение универсальности и простоты осуществления.

Для решения поставленной задачи в способе извлечения цинка из техногенных концентратов с высоким содержанием сульфидов, включающем выщелачивание сырья, электролиз полученного раствора и последующую регенерацию электролизного раствора, дополнительно проводят предварительную активационно-окислительную реагентную обработку, для чего вводят в концентрат стехиометрическое количество персульфата щелочного металла или аммония, после чего проводят активацию 40% перекисью водорода в количестве 1-3% от массы персульфата, и, далее, кислотное извлечение цинка осуществляют выщелачиванием серной кислотой, либо отработанным электролизным раствором при соотношении твердое : жидкость от 1:3 до 1:10.

Способ осуществляют следующим образом.

В рабочую ячейку - аппарат агитаторного типа помещают определенное количество исходного концентрата, содержащего цинк, и стехиометрическое для окисления сульфидной серы количество персульфата щелочного металла R₂S₂O ₈ (где R=Li, Na, K, Rb, Cs) или аммония, воздействуют перикисью водорода H₂O₂ в количестве 1-3 мас.% от массы персульфата для активации процесса окисления сульфидной серы и проводят перемешивание до начала уменьшения возросшей температуры смеси, с последующим добавлением серной кислоты или отработанного электролизного раствора при соотношении твердое: жидкость от 1:3 до 1:10, после чего полученную пульпу подвергают перемешиванию в течение 30 минут и фильтрации с последующим электролизным выделением металлического цинка из отфильтрованного раствора.

Результаты экспериментов, проведенных для отработки технических параметров способа, представлены в таблице 1.

Пример 1.

В рабочую ячейку - аппарат агитаторного типа помещают 231 г исходного концентрата, содержащего цинк (шлам: влажность 35%, содержание цинка 10%) и 17,5 г K ₂S₂O₈ для окисления сульфидной серы, время 15 минут, далее, воздействуют 40% Н ₂О₂ в количестве 5 мл для активации процесса окисления сульфидной серы и проводят перемешивание до начала уменьшения возросшей температуры смеси с последующим добавлением 25 мл 92% серной кислоты, после чего полученную пульпу подвергают перемешиванию в течение 30 минут и фильтрации с последующим электролизным выделением металлического цинка из отфильтрованного раствора. Состав фильтрата: 24,5 г Zn, извлечение составило 95,6% от общего количества.

Пример 2.

В рабочую ячейку - аппарат агитаторного типа помещают 208 г исходного концентрата, содержащего цинк (шлам: влажность 28%, содержание цинка 18,3%) и 17,5 г K ₂S₂O₈ для окисления сульфидной серы, время 20 минут, воздействуют 40% Н ₂О₂ в количестве 10 мл для активации процесса окисления сульфидной серы и проводят перемешивание до начала уменьшения возросшей температуры смеси с последующим добавлением 25 мл 92% серной кислоты, после чего полученную пульпу подвергают перемешиванию в течение 30 минут и фильтрации с последующим электролизным выделением металлического цинка из отфильтрованного раствора. Состав фильтрата: 37,3 г Zn, извлечение составило 92%.

Пример 3

В рабочую ячейку - аппарат агитаторного типа помещают 208 г исходного концентрата, содержащего цинк (шлам: влажность 28%, содержание цинка 18,3) и 17,5 г K₂ S₂O₈ для окисления сульфидной серы, время 15 минут воздействуют 40% Н ₂О₂ в количестве 5 мл для активации процесса окисления сульфидной серы и проводят перемешивание до начала уменьшения возросшей температуры смеси с последующим добавлением 25 мл 92% серной кислоты, после чего полученную пульпу подвергают перемешиванию в течение 30 минут и фильтрации с последующим электролизным выделением металлического цинка из отфильтрованного раствора. Состав фильтрата: 38,1 г Zn, извлечение составило 94%.

Пример 4

В рабочую ячейку - аппарат агитаторного типа помещают 208 г исходного концентрата, содержащего цинк (шлам: влажность 28%, содержание цинка 18,3%) и 17,5 г K₂ S₂O₈ для окисления сульфидной серы, время 20 минут, воздействуют 40% Н ₂О₂ в количестве 10 мл для активации процесса окисления сульфидной серы и проводят перемешивание до начала уменьшения возросшей температуры смеси с последующим добавлением 25 мл 92% серной кислоты, после чего полученную пульпу подвергают перемешиванию в течение 30 минут и фильтрации с последующим электролизным выделением металлического цинка из отфильтрованного раствора. Состав фильтрата: 37,8 г Zn, извлечение составило 93,3%.

Пример 5

В рабочую ячейку - аппарат агитаторного типа помещают 208 г исходного концентрата, содержащего цинк (шлам: влажность 28%, содержание цинка 18,3%) и 17,5 г K₂ S₂O₈ для окисления сульфидной серы, время 20 минут, воздействуют 40% Н ₂O₂ в количестве 10 мл для активации процесса окисления сульфидной серы и проводят перемешивание до начала уменьшения возросшей температуры смеси с последующим добавлением 300 мл электролизного раствора с концентрацией серной кислоты 150 г/л, после чего полученную пульпу подвергают перемешиванию в течение 30 минут и фильтрации с последующим электролизным выделением металлического цинка из отфильтрованного раствора. Состав фильтрата: 35,39 г Zn, извлечение составило 93%.

Предлагаемый способ основан на следующем. Процесс извлечения цинка из шлама осуществляют следующим образом: исходный шлам подвергается активационно-окислительной реагентной обработке, кислотному извлечению цинка в раствор, фильтрации и последующему извлечению металлического цинка в процессе электролиза.

При этом на стадии активационно-окислительной обработки температура обрабатываемой смеси повышается до 60-90°С за счет теплоты реакции окисления сульфидной серы, что позволяет эффективно избавиться от присутствия в смеси сульфид -ионов и перевести цинк в растворимое - несульфидное состояние. Дальнейшая обработка смеси производится серной кислотой или элетролизованным раствором без перегрузки смеси в другой аппарат, при этом количество выделяемого сероводорода не превышает уровня допустимой ПДК. Обработка кислотой продолжается в течение 30-40 минут независимо от объема смеси для наиболее полного перевода цинка в раствор, после чего полученная смесь подвергается фильтрации. Твердый остаток промывается небольшими порциями электролизного раствора и водой для доизвлечения цинка, после чего отправляется на нейтрализацию и захоронение, а осветленный раствор на стадию электролизного извлечения цинка.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает извлечение цинка из техногенных концентратов с высоким содержанием сульфидов.

Источники информации

1. А.С.Медведев. Выщелачивание и способы его интенсификации. - М.: Металлургия, 2005, 240 с.

2. В.Я.Зайцев, Е.В.Маргулис. Металлургия свинца и цинка. - М., Металлургия, 1985, 263 с.

3. Д.Мойз, Ф.Хоуллис. Способ извлечения цинка. Патент РФ №2298585 от 12.09.2002 г.

Таблица 1
№	Шлам, состав, масса				Реагенты, время реакции										Фильтрат				Извлечение
	Влажность W	Zn	Масса шлама	Кол-во Zn	K2S2O 8 Сухой		Н 2O2 40%		Н2SO4 p 92%		Н2О		Электролит после электролиза		Объем	Состав			Zn%
															V	H2SO 4		Zn
	%	%	г	г	г	мин	мл	мин	мл	мин	мл	мин	Vмл	Zn, г/л	мл	г/дм3	г/дм3	г
3	35	10	231	23,1	17,5	15	5	5	25	30	100	5	100	25,3	300	20,8	51,5	24,5	95,6
4	28	18,3	208	38,06	17,5	20	10	5	25	30	100	5	100	24,5	310	20,8	51,5	37,3	92
5	28	18,3	208	38,06	17,5	15	5	5	25	30	100	5	100	24,5	300	51,5	66,2	38,1	94
6	28	18,3	208	38,06	17,5	20	10	5	25	30	100	5	100	24,5	305	53,9	49,9	37,8	93,3
7	28	18,3	208	38,6	17,5	20	10	5	Эл.р-р300	30	100	5	100	24,5	305	52,4	51,4	35,39	93