УДК 669.53.2+622.2/.8

«Зеленое» выщелачивание отвалов производства цинка

Новиков О.Н.

 

РЕФЕРАТ

 

Технология экологически чистой комплексной переработки отходов производства цинка кучным выщелачиванием щелочными и нейтральными средами исключает загрязнения, растворы в оборотном цикле. За счет снижения затрат на химикаты процесс высокорентабельный.

 

Ключевые слова: цинк, цинкат, серебро, выщелачивание, переработка, шлаки, отходы, сульфид, Альфа-М

 

Характеристика исходного сырья

Происхождение отходов: Оловянные шлаки – это отходы от производства оловяно-цинкового комбината. Цинковый феррит или кек (PbZn) и сульфид цинка - это концентраты оловяно-цинкового комбината (неликвиды). Оловяный шлак содержат преимущественно цинк (полупродукт).

В отходах имеется серебро в промышленной концентрации от 6 до 22 г/т. При условии переработки цинка можно извлекать свинец и медь.

Балластные компоненты: железо, кремний, алюминий, сера.

Учитывая наличие в отвалах серы и влияние кислотных дождей в регионе размешения отвалов вероятна диффузия тяжелых металлов в окружающую среду и распространение пятна загрязнения как по почвенному покрову, нак и в водные источники. Обезвреживание отвалов актуально как с экологической, так и экономической точки зрения.

Цинка сулфид, содержат преимущественно цинк, серебро в промышленной

концентрации 50-70 г/т. При условии переработки цинка становится рентабельным извлечение свинца. Балластные компоненты: железо, кремний, сера, кальций можно применять в строительстве. Мы проводили извлечение цинка в щелочном растворе выщелачивания. Свинец же целесообразно извлекать в нейтральном растворе. Время выщелачивания цинка в щелочном растворе 24 часа. Время выщелачивания свинца в щелочном растворе 24 часа. При переработке 350000 тонн и масштабе переработки 20 тонны в час потребуется три лотка по 500 куб.м, в соответствии с производительностью площадь под лоток составит около 1000 кв.м. Под периферийное оборудование потрубуется 200 кв.м, всего 150 кв.м. Стоимость оборудования без строительно-монтажных работ составит 80000 тыс. руб, включая установку Альфа-М полумобильную в мобильном здании контейнерного типа, дополнительные комплекты навесного оборудования для извлечения свинца , меди, кадмия и серебра, насосы, компрессор, установку для водоподготовки и водоочистки. Сама установка Альфа-М с водоочисткой и водоподготовкой весит около 8200 кг, комплекты навесного оборудования -2800 кг, энергозатраты до 20 кВт.

Продукты и полупродукты.

Цинк, распространение в природе. Цинк не является редким металлом, но и не принадлежит к группе самых распространенных элементов. В земной коре он встречается так же, как рубидий, и немногим больше, чем медь. Всего известно 66 цинксодержащих минералов, из которых наиболее промышленно важными являются смитсонит (благородный галмей, каламин) ZnCO3, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, цинкит ZnO и еще ряд минералов. Собственных крупных месторождений цинковые минералы, как правило, не образуют, поэтому в современной промышленности большая часть цинка добывается из комплексных полиметаллических руд, в основном медных или железных.

Физические свойства. Чистый цинк – синевато-белый металл. Его свежая поверхность отсвечивает характерным голубоватым блеском, но во влажном воздухе блеск быстро пропадает вследствие образования пленки, основным компонентом которой является гидроксокарбонат цинка. При комнатной температуре цинк хрупок: если начать сгибать цинковую пластинку, можно услышать треск от трения кристаллитов. При нагревании до 100-150оС цинк становится тягучим настолько, что его можно прокатывать в листы толщиной в сотые доли миллиметра или вытягивать в тончайшую проволоку. Выше 200-250оС цинк теряет свою пластичность и становится даже более хрупким, чем при комнатной температуре: при этих условиях металл легко растирается в порошок. По классификации, принятой в металлургии, цинк относят к тяжелым металлам: его плотность составляет 7,133 г/см3. Он очень легко плавится: температура плавления равна 419оС. Кроме того, цинк – один из немногих металлов, кипящих при температурах ниже 1000оС: температура кипения цинка

906оС.

Щелочные нецианистые (цинкатные) растворы выщелачивания Основной компонент цинкатных растворов выщелачивания является свободная щелочь. Наличие цинкатов в растворе способствует выщелачиванию цинка из шламов, осадков за счет образования гидроокисидных комплексов. Одновременно в раствор наряду с цинком попадает кадмий. При разбавлении раствора выщелачивания соли из раствора выщелачивания выпадает гидрооксид цинка, что резко ограничивает возможность попадания его в окружающую среду. Щелочь при попадании в окружающую среду быстро нейтрализуется углекислым газом воздуха. Время выщелачивания щелочного раствора выщелачивания 24 часа. Для выщалачивания целесообразно использовать лоток. Кроме щелочной основы в состав раствора вводят дополнительные компоненты, без которых выщелачивание не происходит в достаточно полной конверсии для рентабельного производства. Соотношение Т/Ж=1/2. Тестирование щелочного раствора выщелачивания на предоставленном сырье показало, что 24 часа достаточно для выщелачивания цинка, при этом образуется прозрачный неокрашенный раствор. Отсутствие окраски означает, что окрашенные ионы, включая медь не переходят в раствор и остаются в осадке. При электролизе раствора в обычном режиме (без применения специального режима) образуется темная (черная) губка, легко разрушающаяся при перемешивании, с формированием черного осадка, растворяющегося в растворе. Сохранить цинк возможно только при непрерывном подаче электрического потенциала на катод. Экономически рентабельным является исключительно извлечение цинка и серебра с применением специальных режимов и добавок, без которых энергозатраты повышаются и снижается прибыль до нуля.

Нейтральный хлоридный раствор выщелачивания

Нейтральный раствор выщелачивая предназначен для доочистки шламов и осадков после щелочного выщелачивания водным раствором хлорида натрия в присутствии окислителей и активирующих добавок. В раствор переходят дополнительно такие металлы, как серебро, медь, свинец. Время выщелачивания нейтрального раствора 24 часа. Для выщалачивания целесообразно использовать лоток. Соотношение Т/Ж=1/4.

Из растворов выщелачивания ценные металлы извлекают селективной сорбцией на сорбентах, избирательно адсорбирующих отдельные компоненты. Хлориды имеются в окружающей среде и не обладают токсичностью при разбавлении. Для утилизации хлоридного нейтрального раствора после окончания работ по выщелачиванию мы используем пруд-испаритель, оснащенный навесным оборудованием. Кристаллический хлорид натрия после выпаривания и кристаллизации подлежит применению как техническая каменная соль.

Комбинацией двух различных растворов выщелачивания обеспечивается экологическая безопасность, исключение эмиссии токсичных металлов, (цинк, свинец и медь) в окружающую среду. После двустадийного выщалачивания шлам обезвреживается до IV класса опасности или безопасного и может быть использован после составления технических условий (с применением специальных добавок) и получения сертификата для отсыпки дорог, выравнивания поверхности площадок или как наполнитель для бетонных изделий.

Итак процесс извлечения цинка осуществляется по многоступенчатой технологии: растворение - накопление - фильтрация - электроокисление - адсорбция - электролиз.

Технологическая нитка состоит из следующих аппаратов:

Адсорбера

Электролизера первой ступени

Ионообменной колонны

Электролизеров второй ступени

Накопительных емкостей

Модулей для приготовления реагентов

Печи для плавки цинка

Вспомогательного оборудования

Лотка или бурта

Водоподготовки

Пруда исарителя с навесным оборудованием

Раствор выщелачивания (нейтральный и щелочной) находится в рециклинге, используется многократно, по окончании проекта утилизируется в соответствии с регламентом.

Щелочное выщелачивание

В лоток подается щелочной раствор выщелачивания орошением. Дренажные воды, обогащенные цинком откачиваются насосом. После выщелачивания раствором, обогащенная цинком жидкость насосом из лотка подается в адсорбер (предназначенный для очистки раствора от примесей), а затем в электролизер, где цинк оседает на катоде, формируя пластину (по содержанию примесей катодный цинк близок к чушковому металлу). Степень восстановления цинка 66-72%, пластину по окончании электролиза переплавляют, получая стандартный слиток цинка. Раствор применяют многократно. Расход электроэнергии до 3300 кВт*ч/т катодного цинка. Чушковый металл получается переплавкой катодного цинка. Жидкий цинк разливают в изложницы. При переплавке добавляют хлористый аммоний, который растворяет пленку окиси цинка на металлических корольках, способствуя тем самым уменьшению дроссообразования и увеличению выхода чушкового цинка.

Хлоридное выщелачивание

В качестве реагентов хлорного выщелачивания используются малоопасные вещества:

Хлорид натрия (5 класс опасности),

Извлекатель (5 класс опасности),

Поглотитель (4 класс опасности).

Степень восстановления серебра при электролизе составляет 98 - 99,3 %, удельный расход электроэнергии от 40 до 76 кВт*ч на 1 кг восстановленного серебра. Свинец, медь извлекаются одновременно с серебром. Отделяются при плавке. Все промывные растворы как щелочного, так и хлоридного типа очищают от тяжелых металлов на сорбентах. После сорбции сорбент регенерируют. Раствор применяют многократно.

Промывка адсорбера

Загрязненный сорбент адсорбера отмывается раствором регенерирующим раствором, который подается химическим насосом с подачей снизу-вверх в рекомендуемом производителем сорбента режиме. После промывки раствор с осадком самотеком сливается на бурт. Осадок на бурте уплотняется за счет фильтрации через породу.

Утилизация хлора

Образуемый в результате электролиза в электрореакторе хлор подается в трубопровод перед электролизером. Тем самым исключается попадание хлора в воздух рабочей зоны и в окружающую среду.

Ожидаемый экономический эффект:

Годовая добыча серебра из отходов 350000 т при концентрации 10 г/т составляет 3500 кг, что составляет 350 млн. рублей. Что явно более, чем достаточно для окупаемости проекта. Если рассматривать только извлечение цинка, то его добыча составит не менее 35000 т, чтов пересчете на текущую цену составляет 80 млн. долларов, превышая стоимость серебра. Технология комплексной переработки отходов производства цинка обеспечивает исключение обрадования хвостов, высокорентабельное экологически чистое производство.

 

Литературные источники

Гидрометаллургия цинка : Учеб. пособие для технических училищ / А.П. Снурников. - М. : Металлургия, 1981. - 384 с. : ил. - Библиогр.: с. 381-382./.-Предм. указ.:с. 382-384.

 

Ключевые слова: цинк, цинкат, серебро, выщелачивание, переработка, шлаки, отходы, сульфид цинка