Очистка цинка на Челябинском цинковом заводе

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………………………….. 3

1. Металлургия цинка………………………..........................................................4

1.1. Выщелачивание цинкового огарка………………………………………….4

1.2. Технологические схемы выщелачивания цинкового огарка………….......5

1.3. Оборудование для выщелачивания  цинкового концентрата и очистки  растворов от примесей  ………………………………........................................10

2. Основные характеристики  производства на ОАО «Челябинский цинковый завод»……………………………………………………………………………12

Список использованных источников…………………………………………...13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

     Цинк – третий по популярности среди промышленных цветных металлов. Больше него востребованы только медь и алюминий. Цинк весьма «дружен» с черной металлургией, поскольку цинкование – один из популярнейших индустриальных методов защиты стали от коррозии.

Цинк применяется для нужд электротехнической промышленности (цинковые аноды), для нужд полиграфической и автомобильной отраслей промышленности, для отливаемых под давлением особо ответственных деталей, авиа- и автоприборов, для получения цинкового порошка, используемого в аккумуляторной промышленности, для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов [5].

Добыча цинка ведется  в 50 странах. В России цинк извлекается  из медноколчеданных месторождений  Урала, а также из полиметаллических  месторождений в горах Южной  Сибири и Приморья. Крупные запасы цинка сосредоточены в Рудном Алтае (Восточный Казахстан), на долю которого приходится более 50% добычи цинка  в странах СНГ. Цинк добывают также  в Азербайджане, Узбекистане (месторождение  Алмалык) и Таджикистане [4].

Крупнейшими производителями  цинка являются: Китай, Канада, Австралия. Эти же страны – основные экспортеры цинка. Крупнейшие импортеры цинка  – США, Тайвань, Германия [1].

Крупнейшими потребителями  цинка являются (млн. т в год): Китай (1,3–1,4); США (1,1–1,3); Япония (0,7–0,8); Германия (0,4); Великобритания (0,3); Франция (0,2–0,24); Бельгия, Канада, Италия, Австралия, Индия - по 0,1–0,17 [1].

 

1. Металлургия цинка

 

Цинк (лат. Zincum), Zn, химический элемент II гр. периодической системы. Природный цинк состоит из 5 стабильных нуклидов. Содержание цинка в земной коре 7-10-3 % по массе, в воде морей и океанов 0,01 мг/л. Известно более 70 минералов цинк, из них важнейшие: сфалерит (цинковая обманка) - кубическая модификация ZnS, его светлая разновидность - клейофан, черная - марматит; вюрцит (вюртцит) - гексагон. модификация ZnS; смитсонит ZnCO₃; каламин Zn₄(OH)₂Si₂O₇ хH₂O; цинкит ZnO; виллемит Zn₂SiO₄; франклинит ZnFe₂O₄. Минералы цинк обычно ассоциируются с минералами Рb и Сu в полиметаллических рудах. Постоянные спутники цинк в рудах - рассеянные элементы - Cd, In, а также Ge, Ga, Tl [1].

 

1.1. Выщелачивание цинкового огарка

Целью процесса выщелачивания  цинкового огарка является максимальное извлечение в раствор цинка и  некоторых сопутствующих ему  ценных компонентов при минимальном  загрязнении раствора примесями, вредными для последующих операций отделения  твердого от жидкого и электроосаждания цинка.

Выщелачивание цинкового  огарка ведут разбавленным раствором  серной кислоты (120–140 г/л Н₂SO₄) при температуре 65–70 °С. На практике процесс осуществляют отработанным электролитом, получаемым в процессе электролиза раствора сульфата цинка.

Раствор сернокислого цинка, направляемый в цех электролиза, должен быть очищен от примесей. Необходимость  удаления примесей из раствора диктуется  требованиями процесса электролитического выделения цинка.

Качество сульфатного  раствора существенно влияет на расход электроэнергии при электролизе, на качество катодного цинка, на выход  цинка по току и в целом на технико-экономические  показатели работы цеха электролиза.

Для выделения примесей из раствора сульфата цинка используют различные методы: гидролитический, цементационный, химический, электролитический.

Гидролитическая очистка  применяется для выделения из раствора железа, мышьяка, сурьмы, алюминия, германия, индия и частично меди.

Цементационный метод  используется для глубокой очистки  раствора от меди, кадмия, кобальта, никеля, при этом попутно удаляются талий, индий, сурьма.

Химические методы используют для выделения хлора, фтора, иногда кобальта. Марганец, присутствующий в  растворе в виде двухвалентных ионов, удаляют при электролизе раствора сульфата цинка, где он окисляется на аноде и выпадает в анодный  шлам в форме диоксида (MnO₂).

Примеси: калий, натрий, магний не извлекаются применяемыми методами очистки и накапливаются в  растворе. Для поддержания их концентрации на определенном уровне приходится часть  раствора выводить из процесса электролиза  и заменять свежеприготовленным, не содержащим примеси.

 

1.2. Технологические схемы выщелачивания цинкового огарка

В мировой и отечественной  практике применяют в основном два  способа выщелачивания: непрерывное  и периодическое. Каждый из них может осуществляться с  разным числом стадий выщелачивания: от одной до трех.

Способы выщелачивания могут  отличаться приемами подачи огарка в  растворитель (прямое или обратное) и концентрацией кислоты на первой и второй стадиях.

Непрерывный способ выщелачивания  позволяет с высокой эффективностью использовать гидрометаллургическое  оборудование, так как при этом исключаются простои на заполнение и опорожнение аппаратуры, можно  осуществить полную автоматизацию  управления технологическим режимом, максимально сохранить тепло  экзотермических реакций для  последующих производственных операций. Однако этим способом можно успешно  перерабатывать только высокосортное  сырье стабильного состава. Переработка  сырья низкого качества и переменного  состава приводит зачастую к серьезным  нарушениям технологического процесса. Непрерывный процесс выщелачивания  требует также большого объема циркулирующих  растворов для транспортирования  огарка.

При непрерывном процессе выщелачивания огарок и кислый раствор  поступают на выщелачивание непрерывно в заданном массовом или объемном соотношении. При этом пульпа проходит серию последовательно установленных  чанов с пневматическим или механическим перемешиванием.

Периодическое выщелачивание  по сравнению с непрерывным отличается меньшей производительностью на единицу производственной площади, большей стоимостью и сложностью оборудования, требует непрерывного наблюдения за ходом процесса.

Периодический процесс характеризуется  прежде всего прерывистым проведением  операции выщелачивания и порционной дозировкой цинксодержащего материала  и серной кислоты. В качестве оборудования для периодического процесса обычно используют чаны с механическим и  реже с пневматическим перемешиванием. Каждая операция выщелачивания состоит из загрузки в чан очередной порции серной кислоты (отработанного электролита), оборотных растворов, обожженного концентрата, перемешивания их в течение определенного времени и выгрузки готовой пульпы в аппараты для отстаивания или фильтрации.

Выбор той или иной схемы  выщелачивания зависит от качества перерабатываемого сырья. При большом  масштабе производства, устойчивом составе  сырья и высоком его качестве более рационально непрерывное  выщелачивание. Периодическое выщелачивание  как более гибкий процесс целесообразно  использовать при переработке сырья  с повышенным содержанием примесей и особенно пригодно для переработки  низкосортного и сложного по составу  сырья, так как оно обеспечивает возможность более жесткого контроля хода процесса и качества готовой  пульпы.

При одностадийном выщелачивании  огарок обрабатывают в одну стадию отработанным электролитом с добавкой небольшого количества оборотных промывных  вод. Кислотность применяемой смеси  растворов мало отличается от концентрации серной кислоты в отработанном электролите.  Операция одностадийного выщелачивания может проводиться как в одном, так и в нескольких аппаратах в зависимости от способа растворения огарков.

При периодическом одностадийном  процессе (рис. 2) вначале проводят растворение  исходных материалов, при котором  кислотность раствора снижается  до 2–3 г/л (первая ступень). Затем, не прерывая перемешивания, нейтрализуют остаточную кислотность добавкой огарка в пульпу с целью гидролитического осаждения  примесей (вторая ступень). Конечная пульпа имеет рН = 4,8–5,1. Процесс ведут  в течение 2-3 ч при температуре 70 °С. Готовую нейтральную пульпу разделяют последовательно в  сгустителе, на рамных и дисковых фильтрах.

При непрерывном одностадийном  процессе в головной реактор задают такой избыток огарка, который  быстро снижает кислотность пульпы до 2–3 г/л.

В обоих случаях после  отделения от твердого остатка –  кека нейтральный раствор направляют на дальнейшую очистку от примесей и затем на электролиз.

Извлечение цинка в  раствор по одностадийной схеме  составляет 88–90%.

Рисунок 1 - Схема одностадийного периодического выщелачивания

Двухстадийная схема является в настоящее время наиболее распространенной (рис. 2).

На первой стадии обычно осуществляют нейтральное выщелачивание, на второй – кислое. В стадии нейтрального выщелачивания огарок перемешивают с оборотными растворами второй кислой стадии и заканчивают нейтрализацией пульпы до определенного значения рН=5,2–5,4.

Конечная цель нейтрального выщелачивания – получить цинксодержащий раствор, очищенный от гидролизующихся  примесей.

Как правило, в нейтральной  стадии выщелачивании из огарка в  раствор переводится не более 30–40 % Zn. Остальной цинк выщелачивается в кислой стадии.

После отделения основной части раствора от твердого остатка  к сгущенной нейтральной пульпе, содержащей избыток окиси цинка, добавляют отработанный электролит и проводят вторую (кислую) стадию.

Рисунок 2 - Схема двухстадийного непрерывного противоточного выщелачивания

На кислой стадии часть  примесей, осажденных при нейтрализации  пульпы на первой стадии, вновь переходит  в раствор и с течением времени  накапливается в процессе.

 Равновесие устанавливается  после того, как количество выводимых  из процесса с влажным цинковым  кеком примесей на второй стадии  станет равным количеству примесей, поступающих в процесс из огарка  и других материалов.

 Вследствие циркуляции  примесей при двухстадийной схеме  на стадии нейтрального выщелачивания  получают растворы с большим  содержанием примесей, чем при  одностадийной схеме. Вместе с  тем эта схема обеспечивает  более высокое извлечение в  раствор цинка (90–92 %) и других  ценных компонентов.

 

• 1.3. Оборудование для выщелачивания цинкового концентрата и очистки растворов от примесей

 

Для осуществления процессов  выщелачивания цинкового огарка и очистки растворов от примесей используют стандартное гидрометаллургическое  оборудование: агитаторы, пачуки, сгустители для разделения пульп и фильтры  различной конструкции.

Для непрерывного выщелачивания  обычно применяют агитаторы с  пневматическим перемешиванием (пачуки). Пачук – это цилиндрический чан с коническим днищем, изготовленный из дерева, нержавеющей стали или железобетона и футерованный внутри листовым свинцом или кислотостойкой керамикой для защиты от разрушающего действия кислых растворов. Высота чана составляет 6–10 м, диаметр – 3–4 м, рабочий объем чана – 40–100 м3. Дно чана выполнено коническим для предотвращения застоя циркулирующей в нем пульпы.

 В результате этого  достигается интенсивная циркуляция  перемешиваемой пульпы, способствующая  протеканию основных процессов  выщелачивания: в нейтральном цикле – гидролиза и нейтрализации образующейся при этом кислоты; в кислом цикле – растворения окисленных соединений цинка и других металлов, присутствующих в огарке, и окисления железа (II) и других окисляющихся соединений.

При периодическом выщелачивании  огарка и очистке раствора методом  цементации процесс проводят в агитаторах с механическим перемешиванием.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОИЗВОДСТВА НА ОАО «ЧЕЛЯБИНСКИЙ ЦИНКОВЫЙ ЗАВОД»

 

ОАО «Челябинский цинковый завод» является частью цинковой промышленности России и мира.

Челябинский цинковый завод – ведущий  российский поставщик высококачественного  цинка и сплавов на его основе, лидер отечественной цинковой отрасли, располагающий самыми современными мировыми технологиями производства цинка. Это вертикально-интегрированная  компания, в которой представлен  полный технологический цикл производства металлического цинка: от добычи и обогащения руды до выпуска готовой продукции  в виде рафинированного цинка  и сплавов на его основе.

Челябинский цинковый завод введен в эксплуатацию в 1935г.

Форма собственности – открытое акционерное общество.

Сырьевая база – завод перерабатывает цинковые концентраты с содержанием  цинка 48-51% российских горно-обогатительных комбинатов: Учалинского; Сибайского; Гайского; Салаирского; Кировградского, а также импортное сырье стран  ближнего и дальнего зарубежья.

В настоящее время завод выпускает  следующую товарную продукцию:

1. Цинк, ГОСТ 3640-94, марки SHG, ЦОА, ЦО, Ц1;

2. Сплавы на его основе ТУ-647 РК-00200928-96-2000;

3. Кадмий, ГОСТ 1467-93, марки КдОА, КдО;

4. Индий, ГОСТ 10297-94, марки ИН-000, ИН-00;

5. Серная кислота техническая,  ГОСТ 2184-77, улучшенная 1 и 2 сорта.