ИССЛЕДОВАНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ ПРОЦЕССА МЕДНО-КАДМИЕВОЙ ОЧИСТКИ ЦИНКОВЫХ РАСТВОРОВ

В цинковом производстве на данный момент исследование по совершенствованию процесса медно-кадмиевой очистки является актуальным. Полиметаллические руды, содержащие медь, цинк, свинец все больше обедняются, соответственно примеси в шихте больше и содержание примесей в цинковом растворе растет. Очистка такого раствора требует существенный расход реагента и нагрузку на оборудование.

 Объектом для исследования был взят участок медно-кадмиевой очистки цеха выщелачивания цинкового огарка цинкового завода УКМК ТОО «Казцинк».

Для очистки от примесей применяют процесс цементации. Очистка ведется по трех стадийной схеме. В основе процесса цементации примесей лежит электрохимическая реакция:

Zn + Ме²⁺ = Ме + Zn²⁺                                                                       (1)

Для нормального электроосаждения цинка необходима очистка растворов от примесей меди, кадмия, кобальта, никеля, сурьмы, мышьяка, таллия. [1, с.25]

Очистка раствора производится цинковым порошком (пылью) методом цементации по непрерывной 3-х стадийной схеме в агитаторах с механическим перемешиванием.

Состав раствора, входящего на первую стадию медно-кадмиевой очистки:

медь - 800 – 2000 мг/л

железо - не более 40 мг/л

кобальт - 3 – 8 мг/л

сурьма - не более 1,5 мг/л

кадмий - 300 – 800 мг/л

На первой стадии очистки осаждают основную массу меди, оставляя в растворе концентрацию меди, необходимую для последующей комплексной очистки от примесей кобальта, никеля, сурьмы, редких металлов (300 – 500 мг/л). [2,с.133-141]

Первая стадия очистки производится в трех агитаторах, последовательно соединённых между собой желобами. Цинковая пыль подаётся из расчёта содержания меди в цинковом растворе по стехиометрии - соотношение цинка к меди:

на 1 кг меди - 1,03 кг цинковой пыли

1,03 х (Ссu – 0,5), где

С_сu - концентрация меди в ВСНС, кг/м³

0,5 - концентрация меди после первой стадии очистки, кг/м³

Пульпа первой стадии очистки насосами подаётся в сгуститель, где происходит отстаивание и сгущение пульпы.

Пульпу периодически насосом прокачивают из конусной части сгустителя и откачивают в конусную мешалку, откуда она порционно подается на выщелачивание в агитатор.

Раствор после первой стадии медно-кадмиевой очистки содержит:

медь - 0,3 – 0,5 г/л

твёрдое - 0,5 – 1,5 г/л

Остальные примеси остаются на уровне их содержания в верхнем сливе нейтральных сгустителей. Верхний осветленный слив сгустителя поступает на вторую стадию очистки.

Состав раствора, входящего на вторую стадию медно-кадмиевой очистки:

медь - 300 – 500 мг/л

железо - не более 40 мг/л

кобальт - 3 – 8 мг/л

сурьма - не более 1,5 мг/л

кадмий - 300 – 800 мг/л.

Вторая стадия очистки является основной стадией медно-кадмиевой очистки. На этой стадии из раствора полностью осаждается медь, кадмий, кобальт и другие примеси. Очистка осуществляется в 4-х последовательно соединённых агитаторах. Активирующая очистку сурьмосодержащая добавка подаётся в виде раствора соли Шлиппе концентрации 8 – 12 г/л по сурьме. Соль Шлиппе задаётся в соотношении сурьмы к кобальту: 0,8 – 2,0:1. В агитатор, на цементацию подаётся пульпа цинко-кадмиевого кека с 3-й стадии очистки (кек с фильтров «Дифенбах»). [3,с.272]

Пульпа после второй стадии медно-кадмиевой очистки поступает для фильтрации на фильтр-пресса «Ларокс». Кек с фильтр – прессов «Ларокс» направляются на кадмиевую установку для дальнейшей переработки.

Состав медно-кадмиевого кека):

медь - 6 – 12 %

кадмий - 3 – 5 %

цинк - 35 – 50 %

Состав медно – кадмиевого кека (с фильтр-прессов «Larox»):

медь - 6 – 12 %

кадмий - 3 – 5 %

цинк - 35 – 50 %

Состав фильтрата cфильтр-прессов «Larox»:

меди - не более 0,3 мг/л

кадмия - не более 150 мг/л

кобальта - не более 2,5 мг/л

сурьмы - не более 1,0 мг/л

Фильтрат с температурой раствора 50-60⁰С поступает на 3-ю стадию медно-кадмиевой очистки.

Третья стадия очистки является контрольной стадией очистки, на которой осаждается кадмий, появившийся в растворе в результате обратного растворения на фильтр – прессах «Larox», а также происходит глубокая очистка от других примесей, в результате которой получают кондиционный цинковый электролит. [4,с.36-39]

Третья стадия очистки проводится в пяти последовательно соединённых агитаторах. Расход цинковой пыли составляет 2 – 3,5 кратное количество к стехиометрическому количеству, необходимому для очистки от меди и кадмия раствора после первой стадии очистки.

Растворы после третьей стадии очистки фильтруются на фильтрах «Дифенбах».

Состав фильтрата:

цинк - не менее 130 г/л

медь - не более 0,20 мг/л

кадмий - не более 2,0 мг/л

кобальт - не более 1,5 мг/л

железо - не более 40 мг/л

сурьма - не более 0,08 мг/л

В нейтральном электролите присутствуют также примеси других металлов (Cl, Ni, F, Ge, Ca, Mg, Na, K, Mn, SO₄). [5,с.79]

Периодически производится водная промывка фильтров «Дифенбах».

Очищенный раствор поступает на электролиз. Цинко-кадмиевый кек с фильтров «Дифенбах» возвращается в виде пульпы на вторую стадию очистки.

Кек при влажности 35 % имеет состав:

медь - 0,5 %

кадмий - 0,5 – 1,5 %

цинк общий - 40 – 60 %

На участке медно-кадмиевой очистки применяются агитаторы с механическим перемешиванием соединенные между собой проточными желобами. Агитатор представляет собой цилиндрический металлический корпус, футерованный изнутри кислотоупорным кирпичом, имеет лопастную мешалку с приводом. Объём агитатора составляет 80 м³. Для дозирования реагента используется шнековый дозатор.

В ходе исследования выявлены следующие проблемы: существенный расход цинковой пыли, не доочистка примесей, оборудование часто выводится на плановые предупредительно ремонтные работы по чистке от настыли.

На рисункке-1 видно как избыток цинковой пыли влияет на оборудование.

Рисунок 1. Конструкция агитатора. 1-настыль, 2-корпус, 3-мешалка, 4-переточный желоб

Исследование по совершенствованию процесса показали, что от центробежной силы потока раствора избыток цинковой пыли зарастает у стенки агитатора и на дне, тем самым уменьшая его полезный объём. Так же реагент не успевает вступить в реакцию и провести очистку от примесей становится сложным. В следующем графике видны отклонения от технологического регламента по выпуску цинкового электролита.

Рисунок 2.Среднее отклонения от технологического регламента

Решение данной проблемы, создать дополнительно турбулентные потоки около стенки агитатора, реконструировать агитатор, построить так называемые отбойники (перегородки), которые будут способствовать более интенсивному перемешиванию (рисунок-2).

Рисунок 2. Вид после реконструкции агитатора

После реконструкции ожидается: с экономить цинковой пыли около 0,5% в год; снизить расходы на эксплуатацию оборудования, снизить затраты на человеко-часы по чистке оборудования, минимизировать травматизм на производственном участке. На данный момент проект взят в работу, реализация проекта ожидается в 2017 году. Срок окупаемости 1,3 года.

Список литературы:

1. Кершанская Л.И., Зеленина Т.Д., Кершанский И.И. // Цветная металлургия (Бюл. ин-та «Цветмет информация»). - 1969.- № 1.- с. 25.
2. Клушиц Д.П., Бессер А.Д., Бимбасов К.М.,    Савина Е.В // Научн. тр./Гиредмет. – М.: Металлургия. - 1974.- № 37.- с. 133-141.
3. Снурников А.П. Комплексное использование сырья в цветной металлургии // М.: Металлургия, 1977. - 272 с.: ил.
4. Снурников А. П. // Цветные металлы. - 1958.- № 2.- с. 36-39.
5. Хан О.А., Фульмак И.И. // Новое в электроосаждении цинка. - М.: Металлургия, 1979. - 79с.: ил.