Спосіб переробки металовміщуючої сировини

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, в частности, к области переработки цинксодержащего вторичного сырья. Твердые цинксодержащие отходы, образуемые в процессе горячего цинкования (изгарь цинка), содержат 60 - 70% цинка, находящегося в виде смеси металлического цинка, оксида, хлорида и карбоната цинка. Отходы также содержит примеси железа, свинца и других элементов. Известен способ переработки металлсодержащего сырья (Гинзбург С.Ш., Алинин А.И. Лакокрасочные материалы и их применение. - 1964. - №5. - С.66 - 69) путем его предварительного прокаливания при 800 - 850°C с последующим окислительным обжигом порошкообразной либо брикетированной шихты цинксодержащих отходов с углеродом при 1100°C. Недостатком способа является загрязненность конечного продукта - оксида цинка примесями свинца (~2,84% и др угими нерастворимыми в соляной кислоте примесями. Известен способ переработки металлсодержащего сырья, включающий выщелачивание его раствором сильной кислоты, экстракцию цинка органическим экстрагентом (например трибутилфосфатом) и реэкстракцию металла щавелевой кислотой (Навтанович М.Л., Черняк А.С. Органические растворители в процессах переработки руд. - М.: Недра, 1969. С.117). Однако, этот способ также не обеспечивает достаточно высокую степень экстракции металла при переработке цинксодержащего сырья и получаемый оксалат цинка сильно загрязнен примесями и други х элементов. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является способ переработки металлсодержащего сырья (А.с. СССР №576345, кл. C22B3/00, опубл. Бюл. № 38, 15.10.77), включающий выщелачивание его сильной кислотой, экстракцию органическим растворителем и ре-экстракцию металла щавелевой кислотой, в котором с целью повышения чистоты и степени извлечения цинка при переработке цинксодержащего сырья, выщелачивание и экстракцию ведут при температуре кипения и концентрации 2 - 3М, а реэкстракцию осуществляют насыщенным раствором щавелевой кислоты. Недостатками прототипа являются: - сложность и длительность способа (~9 - 10 часов), связанная с многократной корректировкой кислотности, многократной и длительной экстракцией цинка трибутилфосфатом; - использование дефицитных и дорогостоящих органических реагентов для проведения экстракции и реэкстракции цинка (трибутилфосфа т и щавелевая кислота). Задачей изобретения является усовершенствование способа переработки металлсодержащего сырья путем выщелачивания цинксодержащего сырья серной кислотой с отделением нерастворимого осадка и последующей нейтрализацией избыточной кислотности раствором углеаммонийних солей в присутствии окислителя - гипохлорита натрия, отделением выпавшего осадка гидроксида железа от раствора и экстракцией цинка из последнего в форме основного карбоната цинка растворами углеаммонийных солей, упрощающая способ, сокращающая его продолжительность и исключающая использование дорогостоящих и дефицитных реагентов органического происхождения. Поставленная задача решается тем, что в известном способе переработки металлсодержащего сырья, включающем выщелачивание цинксодержащего сырья сильной кислотой с последующей экстракцией цинка, согласно изобретению, выщелачивание проводят 40 - 80% - ным раствором серной кислоты в течение 1 - 2 часов с отделением нерастворимого осадка и последующей нейтрализацией маточного раствора в присутствии окислителя - гипохлорита натрия раствором углеаммонийных солей при 20 70°C до pH = 2,5 - 3,5, выпавший осадок гидроксида железа отделяют от раствора, а цинк экстрагируют из последнего растворами углеаммонийных солей при 20 - 100°C в течение 20 - 45 минут. В качестве раствора углеаммонийных солей используют: - растворы рециркуляции непрореагировавших и в производстве карбамида с полным жидкостным рециклом состава, мас.%: - жидкие углеаммиакаты с pH 7,0 - 8,5 состава, мас.%: - водные растворы карбамида, содержащие 20 - 80мас.% В процессе сернокислотного растворения металлсодержащего сырья происходит переход в раствор ионов из хлорида, карбоната, оксида и металлического цинка. Этот процесс относится к гетерогенным процессам в системе жидкость твердое, скорость которого определяется состоянием поверхности контакта фаз. Учитывая то, что цинксодержащие отходы содержат примеси железа, а серная кислота, используемая для растворения - примеси железа и алюминия, процесс растворения проводят при 2 - 4% - ном избытке свободной серной кислоты. В отсутствие свободной кислотности при pH >2 в растворе образуются коллоидные системы из гидроксидов железа и алюминия блокирующие поверхность контакта фаз и препятствующие растворению металлсодержащего сырья. После завершения растворения отделяют нерастворимые примеси фильтрованием (преимущественно а маточный раствор обрабатывают окислителем свежеприготовленным раствором гипохлорита натрия и раствором углеаммонийных солей до pH = 2,5 - 3,5. В эти х условия х происходит осаждение примесей железа в виде труднорастворимого гидроксида, осадок которого сгущают в присутствии добавок полиакриламида и отделяют от маточного раствора. Содержание железа в маточнике не должно превышать 0,001%. Полученный маточный раствор сернокислого цинка после корректировки состава либо упаривают и используют в качестве товарного продукта, либо перерабатывают в оксид цинка. В заявляемом способе процесс переработки растворов сульфата цинка основан на экстракции цинка в виде основного карбоната. В качестве экстрагента используют: растворы рециркуляции непрореагировавших и в производстве карбамида с полным жидкостным рециклом; - жидкие углеаммиакаты; - водные растворы карбамида. Растворы рециркуляции непрореагировавших и являются полупродуктами в производстве карбамида с полным жидкостным рециклом. В агрегатах по производству карбамида с двухступенчатой дистилляцией плава растворы рециркуляции образуются при конденсации газообразных продуктов дистилляции и водяного пара при температуре 40°C. В стриппинг-процессе растворы рециркуляции образуются в конденсаторе высокого давления из газообразных продуктов разложения карбамата аммония и водяного пара при температуре не более 75°C и давлении 0,35МПа. Образование растворов рециркуляции, содержащих углеаммонийные соли, происходит по реакциям Растворы содержат, мас.%: Жидкие углеаммиакаты - водные солевые системы, содержащие карбонаты аммония и избыточный аммиак. Жидкие углеаммиакаты выпускают в опытно-промышлеьном масштабе для приготовления цинкацетаттных катализаторов и обогащения руд специального назначения. Жидкие углеаммиакаты имеют pH 7,0 - 8,5 и содержат, мас.%: Использование в качестве экстрагента водных растворов карбамида обусловлено его слабоосновными свойствами и гидролитическим расщеплением протекающим при температуре 80 - 100°C с достаточной скоростью по суммарной реакции Растворы циркуляции непрореагировавших и жидкие углеаммиакаты и водные растворы каобамида (при 80 - 100°C) содержат ионы и При этом в формировании первичного осадка основного карбоната цинка участвуют преимущественно и ионы и описывается уравнением: Основной карбонат суммарный процесс цинка осаждается в виде компактного осадка, легко отделяемого от маточного раствора при минимальной адсорбции и соосаждении примесей из последнего. После сушки при температуре 110°C его перерабатывают в оксид цинка одним из известных способов. Например, окислительным обжигом при температуре 700 - 750°C. Пример 1 (прототип). 50г цинксодержащего сырья, состоящего из дальневосточного, уральского и иранского концентрата, изгари, смеси цинкопадов и шламов заводов искусственного волокна, подвергают обжигу при 800°C в муфельной печи в течение двух часов. Полученный продукт помещают в колбу объемом 1,5л, оборудованную обратным холодильником. В колбу добавляют 350мл 5М раствора и 500мл трибутилфосфа та (в дальнейшем - ТБФ), доводят реакционную массу до кипения и кипятят в течение 15 минут. Затем содержимое колбы многократно обрабатывают соляной кислотой (для корректировки кислотности до 2М по и кипятят после каждой обработки в течение 30 минут. Органическую фазу отделяют от водной, добавляют к пульпе 100мл ТБФ и кипятят в течение часа. Затем вновь разделяют органическую и водную фазы, обрабатывают пульпу ТБФ-ом и кипятят в течение часа. Отделив органическую фазу от водной, объединяют ее с ранее выделенной органической фазой. Содержание цинка в водном растворе после экстракции 0,01г/л. После промывки органической фазы 100мл 5М проводят реэкстрацию цинка 300мл насыщенного раствора щавелевой кислоты. Выделенный оксалат цинка промывают водой и перерабатывают в оксид цинка одним из известных способов (например, прокаливанием при температуре 800°C в течение 2 - х часов). Степень извлечения цинка 98,5 - 99,0%. В полученном оксиде цинка химанализом не обнаружены примеси Содержание цинка в продукте - 78,8%. Пример 2. В стеклянную колбу объемом 0,5л загружают 50г изгари цинка, содержащей 5г 7,5г 12,5г и 10,5г В качестве примесей образец содержал 1,5г и 1,5г Содержимое колбы при перемешивании обрабатывают при температуре50°C 50% - ным водным раствором серной кислоты (избыток свободной серной кислоты - 4%). Время обработки 1 час. После охлаждения до комнатной температуры нерастворенный остаток отфильтровывают от маточного раствора, промывают водой и высушивают при температуре 80°C. Масса осадка составила 1,5г. Маточный раствор, содержащий 55,1г и 1,8г при температуре 50°C обрабатывают 50мл раствора, содержащего 1г гипохлорита натрия, и раствором жидких углеаммиакатов, до pH = 3,5. Время обработки 30мин. Осадок гидроксида железа сгущают введением полиакриламида и отделяют от маточного раствора фильтрованием, Масса осадка гидроксида железа после сушки - 1,2г. Содержание железа в маточном растворе 0,001%. Маточный раствор при температуре 70°C обрабатывают в течение 20мин 400мл 10% - ного раствора углеаммиакатов. Осадок основного карбоната цинка отфильтровывают, промывают несколько раз водой путем распульповки. После сушки при температуре 100°C осадок прокаливают в муфельной печи при температуре 750°C в течение 1 часа. Масса оксида цинка - 27,4г. Степень извлечения цинка 98,5%. В полученном оксиде отсутствуют примеси железа, свинца и алюминия. Пример 3. Условия проведения эксперимента, растворения изгари в растворе серной кислоты, отделения нерастворимых примесей, окисления до и отделения осадка гидроксида железа аналогичны примеру 1. Маточный раствор при температуре 50°C обрабатывают в течение 45мин 350мл раствора рециркуляции непрореагировавших и в производстве карбамида с полным жидкостным рециклом, содержащем, мас.%: Осадок основного карбоната цинка отделяют от маточного раствора и отмывают от примесей, высушивают и прокаливают в муфельной печи как описано в примере 1. Масса оксида цинка - 27,6г. Степень извлечения цинка 99%. В образце оксида цинка химанализом не зарегистрированы примеси железа и свинца. Пример 4. Условия проведения эксперимента, растворения изгари в растворе серной кислоты, отделения нерастворимых примесей, окисления до и отделения осадка гидроксида железа аналогичны примеру 1. Маточный раствор при температуре 90°C обрабатывают в течение 30мин 250мл 10% - ного раствора карбамида. Осадок основного карбоната цинка отделяют от маточного раствора и отмывают от примесей, высушивают и прокаливают в муфельной печи как описано в примере 1. Масса оксида цинка - 27,6г. Степень извлечения цинка 99%. В образце оксида цинка химанализом не зарегистрированы примеси железа и свинца. Реализация заявляемого способа позволяет: упростить способ переработки металлсодержащего сырья и уменьшить его продолжительность в 1,5 - 2 раза в сравнении с прототипом; - отказаться от использования дефицитных и дорогостоящих органических реагентов для проведения экстракции и реэкстракции цинка с заменой их доступными растворами углеаммонийных солей. В сравнении с базовым вариантом переработки металлсодержащего сырья путем металлургического передела (нагрев материала до 650°C и извлечение расплава металлического цинка), заявляемый способ позволяет осуществить не только комплексную переработку вторичных цинксодержащих отходов с выделением оксида свинца, гидроксида железа и получения на основе вторичного цинка растворов сульфата цинка либо оксида цинка по качеству соответствующи х требованиям ГОСТов, но и способствует о хране окружающей природной среды и предотвращения ее загрязнения твердыми промышленными отходами. Технология переработки металлургического сырья по заявленному способу о пробирована в лабораторных и опытных условиях и в 1996г. будет внедрена на ПО "Приднепровский химический завод" г.Днепродзержинск на базе крупнотоннажных отходов горячего цинкования предприятий Украины (изгари цинка и гарта цинка).