Спосіб отримання цинкового купоросу і кальцієвої селітри

Корисна модель відноситься до хімічної промисловості, а саме до способів переробки цинковмісних матеріалів, зокрема цинковмісних шламів, що утворюються у виробництві хімічних волокон. Відомий спосіб переробки цинковмісних шламів з метою одержання цинкового купоросу [див. Деклараційний патент на корисну модель „Спосіб комплексної переробки цинковмісного шламу" №5759 від 15.03.2005, кл. С22В19/22, Бюл. №3], за яким цинковмісний шлам розчиняють в азотній кислоті, отриманий розчин освітлюють шляхом відстоювання, доводять до рН=5-6 розчином натрію (калію) гідроксиду, фільтруванням відділяють розчин від осаду, який видаляється, отримана рідина обробляється розчином натрію (калію) гідроксиду до рН=9-10, розбавлена суспензія цинку гідроксиду фільтрується, фільтрат - розчин кальцієвої і натрієвої (калієвої) селітри утилізується, в концентровану суспензію цинку гідроксиду додається промивна вода, дана рідина фільтрується, фільтрат видаляється, очищена концентрована суспензія цинку гідроксиду нейтралізується розчином сульфатної кислоти, розчин цинкового купоросу подається на упарювання і перекристалізацію. Основний недолік даного способу - багатостадійність, великі витрати лугу на стадії осадження гідроксиду цинку, газовиділення і утворення піни на стадії розчинення шламу в кислоті, складність технологічної схеми. Прототипом запропонованого способу є спосіб переробки цинковмісних шламів, що включає розпульповку шламу водою і обробку лужними і кислими розчинами, який полягає в тому, що іони цинку із твердої фази розпульпованого шламу екстрагують розчином лугу при рН³12, отриману тверду масу після промивки водою віджимають і захоронюють, а лужний розчин підкислюють розчином кислоти до рН=9±1, при цьому випадає цинку гідроксид, який направляється для переробки в цільовий продукт [Декларацій патент на корисну модель „Спосіб отримання цинкового купоросу" №5760 від 15.03.2005, кл. С22В19/24, Бюл. №3]. Недоліки: після вилучення цинку залишається велика кількість шламоподібних відходів, що знову захоронюються. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення переробки цинковмісного шламу шляхом організації основного лужного процесу з отриманням цинкового купоросу. Для одержання продукту, що відповідає стандартам проводять перекристалізацію готового продукту. Введено стадію кислотного вилуговування нерозчинних залишків з одержанням розчину кальцієвої селітри, збагаченої мікроелементами. Поставлена мета досягається тим, що тверда маса після лужного вилучення і промивки водою віджимається і направляється на кислотне вилуговування з одержанням кальцієвої селітри, збагаченої мікроелементами, яку використовують як мінеральні добрива. Лужний розчин підкислюється розчином кислоти до рН=9±1, при цьому випадає цинку гідроксид, який направляється для переробки в цинковий купорос. Перекристалізацію цинкового купоросу проводять з додаванням в маточний розчин окиснюючого кислого реагенту. На стадії кислотного вилуго вування застосовується флотатор для очи щення розчину від органічних домішок і видалення їх у вигляді піни та нерозчинного осаду. Флотатор поєднаний з блоком для знешкодження газів, що утворюються в процесі кислотного вилуговування. Внаслідок проведення цього процесу вдається досягти повного вилучення цинку з шламу з мінімальними енергетичними витратами з отриманням кальцієвої селітри збагаченої мікроелементами. Принципову схему процесу вилучення зображено на Фіг.1. Цинковмісний шлам 1 подається до блоку змішування 2 шламу з лугом, куди подається розчин лугу 3, отриманий розчин подається до блоку промивання 4, де відбувається поділ нерозчиненого осаду і освітленої рідини, віджатий осад 5 надходить до блоку вилуговування розчинних домішок 6, що оснащений флотатором 7 і блоком знешкодження відхідних газів 8. До блоку вилуговування розчинних домішок 6 додається нітратна кислота 9. Відділяють нерозчинний осад 10 на захоронения і розчин кальцієвої селітри 11, збагаченої мікроелементами. Рідка фаза із блоку 2 та блоку 4 поєднується у ємності 12, звідки надходить до блоку осадження гідроксиду цинку 13, куди подається сульфатна кислота 14. Одержана суспензія направляється до блоку промивання 15, куди подається промивна вода 16. Осад гідроксиду цинку 17 направляють до блоку нейтралізації 18 сульфатною кислотою 19, далі до блоку перекристалізації сульфату цинку 20. Одержаний продукт надходить до блоку сушки 20. Приклад конкретного виконання. Роботу те хнологічної схеми можна розглянути за Фіг.2. Наприклад: цинковмісний шлам (вміст цинку 6% мас., кальцію 22% мас.) з площадки зберігання транспортером у кількості 10т/год подається в реактор змішування 22, куди за допомогою насосу 23 подається 40% розчин лугу в кількості 1,1т/год, отриманий розчин подається на гвинтовий прес 24, де відбувається розподіл нерозчиненого осаду 9т/год і освітленої рідини 2,1т/год, осад надходить в реактор змішування 25, освітлена рідина в буферну ємність 26. В реактор змішування 25 подається з допомогою насосу 27 в кількості 2т/год промивна вода, отримана суміш подається на гвинтовий прес 28, віджатий осад в кількості 9т/год направляється до реактора 29, куди за допомогою насосу 30 подається кислота в кількості 10,8т/год. Отримана суспензія направляється до флотатора 31, де відбувається розділення нерозчинного осаду 4т/год, кальцієвої селітри 8,19т/год. Віджата рідина з гвинтового пресу 28 в кількості 3т/год надходить в буферну ємність 26, де відбувається її змішування з освітленою рідиною, загальний потік освітленої рідини в кількості 5,1т/год з допомогою насосу 32 надходить в реактор змішування 33, куди подається з допомогою насосу 34 розчин кислоти (рН доводиться до значення 9-10), отримана розбавлена суспензія цинку гідроксиду в кількості 6,2т/год надходить на пісчаний фільтр з рухомим шаром 35, де проходить розділення осаду - суспензії цинку гідроксиду і освітленого розчину, освітлений розчин в кількості 5,9т/год самопливом надходить у буферну ємність 36, куди подається з допомогою насосу 37 в кількості 0,2т/год до укріплюючий 40%-ний розчин лугу (рН доводиться до значення 12), отриманий розчин лугу подається з допомогою насосу 38 в цикл на реактор змішування 22, суспензія цинку гідроксиду в кількості 1,1т/год надходить у буферну ємність 39, куди з допомогою насосу 40 надходить промивна вода в кількості 5т/год, даний розчин з допомогою насосу 41 в кількості 6,1т/год подається на пісчаний фільтр з рухомим шаром 42, де потік розділяється на дві частини: перший потік - промивна вода в кількості 5,9т/год самопливом скидається в каналізацію і другий потік в кількості 0,3т/год - очи щена суспензія цинку гідроксиду надходить в буферну ємність 43, звідки з допомогою насосу 44 подається в реактор змішування 45, куди подається з допомогою насосу 46 розчин 10% сульфатної кислоти в кількості 7,3т/год, отриманий розчин подається на упарювання, після фільтрування і перекристалізації отримується товарний цинковий купорос ZnSO4.7H2O в кількості 2,1т/год, що складає 80% від теоретичного виходу, який дорівнює 2,64т/год. Таблиця 1 Матеріальні затрати на отримання 2,1т цинкового купоросу при переробці 10т цинковмісного шламу Витрачено Отримано Вартість, грн. Вартість, грн. Реагент К-сть Продукт К-сть Питома Загальна Питома Загальна Шлам 10т Цинковий купорос 2,1т 2500 5250 Сода каустична (40%) 1,125т 360 405 Кальцієва селітра 8,19т 800 6552 Сульфатна кислота (98%) 1,330т 210 279,3 Нітратна кислота 10,8 500 5400 Вода 20т 0,5 10 Електроенергія 850кВт-час 0,2 170 Персонал 5чол. 20 100 Накладні витрати 50% 3182,15 Всього 9546,45 Всього 11802 Дані таблиці 1 свідчать про ефективність запропонованого способу: 80% цинку переходить у цинковий купорос, 20% цинку переходять у процесі кислотного вилуговування у розчин кальцієвої селітри. Одержаний позитивний результат дає можливість переробляти цинковмісні відходи виробництва віскозного волокна з отриманням цінної сировини цинкового купоросу та розчину кальцієвої селітри, збагаченої мікроелементами. Як бачимо з результатів, досягнутий те хнічний результат дозволяє одержувати чистий прибуток при переробці 10т шламу 2255,5грн. Запаси шламу, що містить цинк на підприємствах середньої потужності складають величину 1000000т, що дозволить переробляти дану кількість шламу з продуктивністю 10т/год на протязі 10-15 років, загальний прибуток буде складати величину 2255,5.100000=225550000грн, беручи до уваги суму капітальних затрат, яка дорівнює 5000000грн та непередбачуваних витрат 10000000грн, загальний чистий прибуток складе величину 210550000грн. 210550000 При переробці шламу на протязі 10 років орієнтовний прибуток за 1 рік складе: = 3,342 млн евро. 10 × 6,3