Способ очистки цинковых растворов от железа ( @ )

 

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, а именно к способам очистки растворов. Цель изобретения - уменьшение потерь цинка с железистыми осадками и повышение качества железистых осадков. Способ включает осаждение железа (III) при рН 1,0-2,4 в присутствии гематита и нейтрализацию выделяющейся гидролизной кислоты, проводимые раздельно и многостадийно. При этом на каждой стадии нейтрализации рН раствора повышают на 0,05 - 0,58. 6 Табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (192 (122 (22 4 С 22 В 19/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4231418/31-02 (22) 16.04.87 (46) 15.10.89, Бюл. N - 38 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (72) А.К. Пинаев и Ф.П. Головко (53) 669.536 23(088.8) (56) Теслицкая M.Â., Константинова Т.Б. Новое в переработке основных промпродуктов цинкэлектролитного производства за рубежом, К.: ЦНИИТЭИ

Цветмет, 1974, с. 62.

Патент Норвегии ¹ 126679, кл. С 01 С 9/06, С 22 В 19/26, 1973.

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, а именно к способам очистки растворов.

Целью изобретения является повышение качества железистых осадков, уменьшение потерь цинка с осадками.

На чертеже представлена установка для реализации предложенного способа.

Установка включает реактор 1 для осаждения железа (III) и реактор 2 для нейтрализации растворов. Реакто ры 1 и 2 оборудованы мешалкой 3 и нагревательным устройством 4. Шланг 5 предназначен для перелива раствора из реактора 1 в реактор 2. По шлангу

6 с помощью насоса 7 перекачивают раствор из реактора 2 в реактор 1.

Шланги 5 и 6 оборудованы тканевыми фильтрами 8. Краном 9 регулируют скорость перекачивания раствора из реактора 2 в реактор 1.

2 (54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ЦИНКОВЬК PABTB0- I

Р0В ОТ ЖЕЛЕЗА (III) (57) Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, а именно к способам очистки растворов.

Цель изобретения — уменьшение потерь цинка с железистыми осадками и повышение качества железистых осадков.

Способ включает осаждение железа (III) при рН 1,0-2,4 в присутствии гематита .и нейтрализацию выделяющейся гидролизной кислоты, проводимые раздельно и многостадийно. При этом на каждой стадии нейтрализации рН раствора повышают на 0,05-0,58 ° 1 ил., б табл.!

Изобретение иллюстрируется следующими при ерами.

Пример 1. В реактор 1 объемом 0,8 дм, предназначенный для осаждения железа (III), загрузилн

0,5 дм цинкового раствора (26 г/дм

Fe и 65 г/дм Zn) и 25 г гематита о (Fe Oэ,) . После нагревания до 80 С и интенсивного перемешивания в течение 15 мин величина рН исходного раствора составила 1,01. Раствор после осаждения Fe (III) перелили по шлангу 5 в нижний реактор объемом

0,3 цм для нейтрализации гидролизной кислоты„ Нагрев растворов ос цествлялся электроплитками 4 с автоматическим регулированием температуры. Перемешивание растворов в реакторах проводилось с помощью лопастной мешалки 3 при скорости вращения п = 250 об/мин.

Загрузка нейтрализатора в нижний ре1514814 актор осуществлялась небольшими порциями (для поддержания необходимого рН раствора.). Нейтрализованный раствор из нижнего реактора перекачивался насосом 7 в верхний реактор для доосаждения железа (III), Скорость перекачивания .раствора составляла

20-25 см /мин. Регулирование скорости перекачивания раствора выполнялось 10 краном.

Общие показатели циклической очистки цинкового раствора ат железа (III) приведены в табл. 1 (нейтрализатор

СаО) .

Из табл. 1 видно„ что бчистка раствора от железа (III) протекает полностью за 4 ч. Остаточн. е содержание железа (III) составляет 0,15 г/дм „

Температура процесса поддерживалась 20 на уровне 77-78 С. Осадок железа (вместе с затравкой1 после промывки водой и сушки весил 54,7 г. Содержание цинка в осадке составило 0,182„ а железа — 68,37, сульфатной серы не обнаружено.

Железистый осадок после очистки раствора быстро оседает (отстаивается) на дне реактора 1. Практически за 20-30 мин железистый осадок полностью оседает на дне в виде плотного мелкокристаллического порошка.

Пример 2. На вышеописанной установке подвергали очистке от Fe (III) раствор, содержащий 16,7 г/л

Fe и 50 г/л Zn. Количество затравки

Fe<О> составило 30 г. В качестве нейтрализатора использовали цинковый огарок состава, 7: Еп 59,8; Си 0,7., Pb 1,3; Fe 9,5; S 1.„8; SiO< 1.,6;

СаО 1, 1; прочие 26, 2 (с кислородом) .

Общее количество раг твора (в верхнем и нижнем реакторах) 0,8 дм . Начальное значение рН раствора после нагревания до 85 С и перемешивания с затравкой равнялось 1,,11. Загрузка огарка в нижний реактор проводилась небольшими порциями через 2-5 мин„

Огарок взаимодействует с раствором медленнее и более длительное вреS0 мя, чем, например, аО, поэтому можно загружать огарок через большие промежутки времени. Часть окиси цинка огарка не успевает прореагировать в процессе очистки раствора (трудно55 растворимые формы соединений цинка при рН 1,5-2 остаются в огарке).

По этой причине расход огарка. на нейтрализацию гидролиэной кислоты превышал теоретический в два раза и составил 80 г. Остатки огарка от нейтрализации кислоты могут быть использованы в основном цикле выщелачивания цинкового производства.

Основные показатели очистки цинкового раствора от железа (III) цинковым огарком приведены в табл. 2 (общее количество раствора 0,8 дм ).

Из табл. 2 видно, что температура процесса очистки раствора от железа (III) находилась в пределах 86-87 С.

Значение рН в верхнем осаждающем реакторе не превышало 1,45, а в нижнем - 1,85. Нейтрализованный раствор иэ нижнего реактора был прозрачным и хорошо фильтровался, Железистый осадок после отделения от раствора промывали в воде (от соли Fe<(SO ) и после cyrusи при 100 С анализировали на цинк, железо и медь.

Вес осадка составил 53 г, Состав железистого осадка, 7.; Zn 0,27; Fe

66,20, "Си 0,003, сульфатной серы не обнаружено.

Остаток нейтрализатора (цинкового огарка из нижнего реактора) после промывки и воздушной сушки также был направлен на анализ. Содержание основных металлов в остатке составило, 7.: Fe 21,19; Zn 42, 43; Си 0,31;

РЪ 3,3. Вес остатка 52,1 r.

B очищенном растворе остаточное содержание железа (III) равно 0,3 г/л.

Пример 3. На вышеописанной установке выполняли очистку раствора от железа (III), содержащего 45 г/л

Zn и 12,5 г/л Fe,„ Äëÿ нейтрализации гидролизной кислоты использовали также цинковый огарок (60 г). В данном опыте процесс очистки раствора от железа проводился при более низкой температуре. В качестве затравки применялся (как и в примерах 1 и 2) тонкодисперсный порошок гвматита Ге О (20 г) марки ЧДА„

Показатели очистки цинкового раствора от железа (III) цинковым огарком приведены в табл„3 (общее количество раствора О, 8 дм ) .

Данные табл. 3 показывают, что циклическая очистка раствора от железа (III) при 75-77ОС идет достаточно эффективно. За 4,5 ч содержание железа снижается с 12,5 до 0,1 г/л. Максимальная разность между величинами рН в верхнем и нижнем реакторах—

0,58, минимальная — О, 17.

5 15

Выход железистого осадка составил

37 г, Состав железистого осадка, Ж:

Zn 0,18; Fe 65,2; Си 0,001; сульфатной серы не обнаружено ° Остаток ней-; трализатора (цинкового) огаркасодержит 177 Fe и 46,8X Zn.

II р и м е р 4. Раствор (800 мл), содержащий 16,3 г/л Fe (111) и

55 г/л Zn, загрузили в два реактора по 400 мл. В осаждающий реактор была загружена также затравка Fe<0 в количестве 30 r. Начальное значение рН раствора составляло 1,2. Нейтрализацию гидролизной кислоты осуществляли в нижнем реакторе цинковым огарком, содержащим, 7.: п 57,2; Fe .8,6;

Си 0,67; S 1,2; Cd 0,21; SiOg 1,95, На осаждение железа израсходовано

87 г огарка. Вес остатка огарка по-сле осаждения железа составил 54 r.

Железистого осадка в верхнем реакторе получено 49 г.

Показатели осаждения железа и порядок проведения приведен в табл.4 (обьем раствора 0,8 дм, затравки

30 r).

Из данных табл. 4. видно, что разность значений рН растворов верхнего и нижнего реакторов находится в пре делах 0,05-0,21. Среднее значение разности рН эа 7 ч равно 0 11.

Остаток огарка содержал 13,9X Fe, 43,27. 2п.

Исходное количество железа в огарке равно:

87 0086 = 7,48 г.

В остатке огарка содержится железа

54 0,1392 = 7,52 г.

Железо раствора перешло в осадок в верхнем реакторе: (16,3 0,8 — 0,25 — 0,04) 100

16,3 0,8 — 0,25 где О, 25 — остаточное количество железа в растворе (0,31 0,8 = 0,25)

0,04 — прирост количества железа в нижнем реакторе (7,52-7,48 = 0,04), Таким образом, данный пример показывает, что при небольшой разности значений рН растворов (0,05-0,21) достигается весьма полное осаждение железа в верхнем реакторе. Обогащение же остатка огарка по железу в нижнем реакторе происходит -,îëüêî за

14814 счет растворения оксида цинка огарка при нейтрализации.

Пример 5 ° В данном rp epe используется раствор с большим содержанием железа (20 г/дм ). Раствор (800 мл) разделили на две равные части: 400 мл залили в верхний реактор на осаждение, а 400 мл — в нижний реактор на нейтрализацию. В качестве затравки использовали гематит

Fe 0; (50 г). В нижний реактор через . каждые 5 мин загружали цинковый огарок (5?,2Х Zn 8,6Ж Ге). За ? ч

15 загрузили 120 r огарка.

Показатели осаждения Fe (III) иэ цинксодержащих растворов (затравки

50 г) приведены в табл,5.

Из приведенных в табл. 5 данных, 20 видно, чтожелезо (III) осадить за 2 ч не удалось. В нижнем реакторе образовалась густая пульпа, которая очень плохо д.ильтровалась. Разнесть величин-;. pH растворов составила 0,59-0,6?..

25 Очистка растворов при такой разности значений рН оказалась невозможной„

Вес железистого осадка (вместе с затравкой) в верхнем реакторе составил 5" . г. Вес воздушно-сухсго с :òà -3р ка огарка (нейтрализатора) э нижнем реакторе составил 118 г.

Содержание железа в нем равно

15,8i- . Расчет показывает, что количество железа в остатке нейтрализатора возросло на 9 2 Г Таким образом железо (Т11) раствора практически полностью осаждалось в нюкнем реакторе.

Пример 6. Раствор, приз еде н4р ный в примере 2, подвергни o÷èñòêе от железа, поддерживая разность значений в реакторах в пределах О, О .—

О, 03. В качестве затравки испольэовали гематит (30 r) . Нейтрализатором о

45 служил цинковыи oFBpoK> cccTBB KQTo рого приведен в примере 1.

Показатели очистки цинкового раствора от Fe (II ) в присутствии гематита (30 r) привецены в табл. 6. Ней50 трализатор — цинковый огарок.

Огарок загружали в нижний реактор по 0,1 г через 5 мин. За 10 ч было загружено 12 г огарка. При разности рН в прецелах 0,01-0,04 осаждение

55 железа протекает медленно, пропесс затягивается более чем íà 10 ч. Технико-зкономические показатели такого осаждения железа нельзя признать удовлетворительными.

1514814

Таблица 1

Продолжительность процесса очистки от

Fe (III) ч

КоличестСодержание Fe (I1->) в растворе, г / 3

Температура о раствора, С, .в реакторе

Скорость перекачив ания

Загрузка ней-.

Величина рН раствора во затравки Ге О, г трализатора, СаО, г/мин

В нижнем реакторе (2) (0,3 з) В верхнем реакторе (1) (0,8 з) раствора, см /мин

Нижний

Верхний

О

0 5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

26

22,75

19,38

16,20 l3,26

9,50

6,32

8,50

0,15

77

77

77

78

78

77

78

60 20

70 20

70 20

70 20

70 20

78 25

73 25

74 25

Таким образом, из приведенных примеров видно, что наилучшие показатели очистки растворов от железа достигаются при поддержании разности значений рН растворов в пределах

0,05-0,58. При большей разности рН, т.е. вьппе 0,58, железо осаждается только при нейтрализации в нижнем реакторе. Осадки получаются с ниэ- 1О ким содержанием Ре (35-40X) и высоким содержанием Еп (15-20X).

При этом в рекомендуемом интервале значений рН 0,05-0,58 на начальной стадии осаждения железа целесооб- 15 разно поддерживать разность рН на минимальном уровне (0,05-0, 15). а в конце осаждения — 0,15-0,58.

Если разность значений рН поддерживать менее 0,05, то процесс очистки 20 раствора от железа идет медленно и ие завершается даже за 15-20 ч, что приводит к снижению производительности аппаратов.

Предложенный химический способ очистки растворов от железа позволяет получить железистые осадки с более высоким содержанием железа, чем по способу-прототипу (содержание желеэа повышается на 20X) . Осадки содержат значительно меньше цинка (по прототипу 0,75Х, по предложенному—

0,18-0,277), меди и других металлов, не содержат сульфатной серы. Такие осадки могут быть использованы в качестве красящего пигмента в лакокрасочной промышленности (осадки имеют темно-вишневый цвет).

Формула изобретения

Способ очистки цинковых растворов от железа (Ш), включающий осаждение железа в присутствии гематита при рН 1,0-.2,4, нейтрализацию выделяющейся гидролиэной кислоты, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения потерь цинка с железистыми осадками и повьппения их качества, осаждение железа (III) и нейтрализацию гидролизной кислоты проводят раздельно и циклически, при этом при нейтрализации повышают рН раство-ра на 0,05-0,58, после чего направляют раствор на осаждение железа (III) с последующим возвратом его на нейтрализацию.

1,01 1,01

0,15 0,07 1,12

О 15 1,14 1 23

0,14 1,12 1,25

0,14 1 17 1,25

0,15 1,20 1 33

О, 15 1,36 1,59

0,14 1,68 1,80

О, 14 1,85 2,18

1514814

Таблица

Содержание Fe (тп) растворе, г /дмз

КоличестТемпература раствора,оС

Загрузка цинковоСкорость перекачивания рН

Величина раствора во затравки

Fe О

В верхнем

В нижНижнего раствора, см /мин нем го огар" ка, г/мин реакторе реакторе реактора, (0,3 дмз ) Таблица 3

Величина рН раствора

Содержание

Fe (II I ) в растворе, г /дмз

Продолжительность

Количество эатравки, г

Загруэка цинкового

Температура раствора, С, в реакторе корость ерекаив ания

НижнеВерхнего аствора, eM3 /ми огарка, г/мин процесса очистки раствора от Fe (Ш) ч

В верхнем

В ниж

ro реактора (0,3 3) реактора (0,8 з) нем

75 76

1,03 1,03

77- 76 25 1,05 1,22

75 76 2

1,07 1,29

75 76 25 1,08 1,34

76 ?7 25 1,08 1,34

76 77 25 1,10 1,37

76 77 25 1, 15 1,45

76 77 25 1,20 1,ПЗ

77 25 1,36 1, 65

76 76 25 1,80 2,38

Таблица 4

Продолжительность очисткиз ч

Содержание

Fe (III) в растворе, / 3

Величина рН раствора

Температура раствора, С о

Загруэка огарка, г/мин

В верх- В нижнем нем реакторе реактор

Верхнего Нижнего

0,4 дмз 0,4 дмз

16,3

14,7

11, 6.

9,2

8,0

92

92

87

87

87

0,207

О, 207

0,207

О, 207

0,207

1,2

1.20

1,34

1,46

1,63

1,2

1,25

1 39

1 58

1,71

Продолжительность процесса очистки раствора от Fe (III), ч

О

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

16,70

14, 53

12, 05

9,57

7,25

4,80

2,40

0,34

12,5

11,3

9,5

8,4

7,0

5,5

4,3

2,8

1,4

0,1

30 85

30 87

30 87

30 87

30 86

30 86

30 86

30 .87

84

84

Верхнего реактора, (0,8 дм ) 1911

0,45 1, 12

0,40 1, 14

0,40 1ъ18

0,40 1, 18

0,37 1, 20

0,35 1, 63

0,35 1,85

1 ° 11

1,23

1,26

1,30

1,36

1,45

1 85

2,20.t2

1514814

Продолжение табл 4

Величина рН раствора

Загрузка огарка, г/мин

Температура раствора, С

Нижнего

0,4 дм

Верхнего о,4д

В верх- В нижнем нем ре ак торе ре акторе

96

96

5 3

3,4

0,31

1,82

1,88

2,18

О, 207

0,207

0,2О7

1,69

1,75

1,97

6

Таблица 5 агрузка гарка, /мин

Температура о раствора, С

Величина рН раствора

В верх- В нижнем нем

В верхнем нем реакторе реакторе реактор реакторе

О

0,5

1,5

2,0

18,4

l2 3

7 5

93 88

92 88

91 87

92 87

1,00

1,00

1,.00

1,00

1, 14

1,20

1,37

1,44

1,14

1,79

1,97

2,06

Таблица 6

Температура

О раствора, С

Величина рН раствора

Загрузка огарка, г/мин

В верхнем реакторе

О,4 д

В верхнем реакторе

В нижнем нем реакторе реакторе

О,4 дм

Продолжительность очистки, ч

Продолжительность очистки, Продолжительность очистки, ч

О

2

4

6

9

Содержание

Fe (III) в растворе, г/дм .

Содержание

Fe (III) в растворе, г /д 3

Со держ ан ие

Fe (III) в растворе,,/ „з

19,6

19,2

19,0

18,5

18,0

17,6 t7, 3

16,,8

16,4

16,0

93

93

94

94

94

94

93

93

88

88

88

87

87

87

87

86

87

87

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02

0,02

О,О2

0,02

О. 02

1,14

1,14

1,14

1,14

1, 15

1, 15

1,15

1,15

1,15

1,16

1, 16

1,14

1,16

1, 15

1, 17 I 19

1,16

1, 16

19 17

1,16

, 18

1,19

1514814

Составитель В. Щербилин

Редактор M. Бандура Техред Л.Сердюкова Корректор И. Муска

Заказ 8426 Тираж 576 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКИТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101