Способ окисления ионов железа в сульфатных цинковых растворах

 

Изобретение относится к области гидрометаллургического производства цинка и может быть использовано при гидролитической очистке сульфатных цинковых растворов от железа и других примесей. Изобретение позволяет повысить скорости окисления железа в нейтральных и кислых сульфатных цинковых растворах. Для этого используют в качестве окислителя газообразный кислород и вводят добавку в раствор нитрит ионов при массовом соотношении ионов железа (+2) и нитрит ионов в исходном растворе, равном (10-50):1, при температуре 50-70°С. 1 табл.

Изобретение относится к области гидрометаллургического производства цинка и может быть использовано при гидролитической очистке сульфатных цинковых растворов от железа и других примесей.

Известен способ окисления ионов железа в сульфатных цинковых растворах, включающий проведение процесса при рН раствора в пределах от 4,5 до 5,8 при температурах раствора более 40°С в присутствии нейтрализующего реагента ZnO либо СаО с использованием в качестве окислителя газообразного кислорода, входящего в состав воздуха процесса (патент ПНР, кл. С 22 В 19/22, №94887, заявл. 9.08.74, №173401, опубл.31.12.77, РЖ. Металлургия, 1979, 7Г400П).

Недостатками указанного способа являются низкие скорости окисления железа при его высоких концентрациях в цинксодержащих растворах (10 г/л и более) и проведение процесса только практически в нейтральных средах (рН 4,5-5,8), что не позволяет проводить осаждение окисленного трехвалентного железа в хорошо фильтруемые ярозитные осадки (рН осаждения ярозита 1-2).

Известны способы окисления ионов железа в сульфатных цинковых растворах, включающие проведение процесса в нейтральных и кислых средах с использованием в качестве окислителя марганцевой руды, кислорода воздуха, меди, анодного марганцевого шлама, перманганата калия (см. А.П.Снурников, Гидрометаллургия цинка, М., Металлургия, 1981 г., с.186).

Недостатками указанных способов является в одних случаях низкие скорости процесса, требующие большого объема используемого оборудования (в случае использования газообразного кислорода), а в других случаях (при использовании марганцевой руды и т.п.) значительно возрастает содержание марганца в растворах, отрицательно влияющего на показатели электролиза цинка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ окисления ионов железа в сульфатных цинковых растворах, включающий проведение процесса окисления железа (+2) в нейтральных и кислых средах с использованием в качестве окислителя газообразного кислорода (Основы металлургии, т.2, М., Металлургия, 1962, с.344-350).

Техническим результатом данного изобретения является повышение скорости окисления железа и получение при этом хорошо фильтруемых ярозитных осадков. Указанный результат достигается тем, что в способе окисления ионов железа в сульфатных цинковых растворах, включающем проведение процесса окисления железа (+2) в нейтральных и кислых средах с использованием в качестве окислителя газообразного кислорода, окисление ионов железа проводят при добавке в раствор нитрит иона при массовом соотношении ионов железа (+2) и нитрит ионов, равном (10-50):1, в области температур 50-70°С.

Способ осуществляется следующим образом.

Исходный сульфатный цинковый раствор состава, г/л: цинк 5-150, железо (+2) 1,5-50, медь 0,1-3, кислотность 0-250 г/л нагревают в реакционной емкости до температур 50-70°С (не выше 70°С). Окислитель - газообразный кислород (воздух, воздух, обогащенный техническим кислородом, технический кислород) подают с помощью диспергирующего импеллера. Добавка нитрита натрия (или других металлов, например, калия) вводится в виде водного раствора с концентрацией 100-200 г/л в течение первых 10 минут в количестве из расчета в исходном сульфатном цинковом растворе массового соотношения ионов железа (+2) и нитрит ионов, равном (10-50):1. Процесс полного окисления железа протекает в течение 1 часа. При необходимости до начала процесса окисления или после в раствор может быть введено нейтрализующее (окись цинка, кальцинированная сода или едкая щелочь, известь). После проведения операции окисления из раствора выводят железо (+3) путем получения ярозитных или гетитных осадков по известной технологии.

Предложенный способ испытан в лабораторных условиях.

Испытания показали, что проведение процесса окисления ионов железа (+2) в нейтральных и кислых сульфатных цинковых растворах с использованием в качестве окислителя газообразный кислород при введении в раствор добавок нитрит иона при массовом соотношении ионов железа (+2) и нитрит ионов, равном (10-50):1, в области температур 50-70°С позволяет заметно повысить скорость окисления железа независимо от его исходного содержания и кислотности среды. Пределы изменения массового соотношения железа (+2) в растворе к введенной каталитической добавке нитрит иона связаны с полнотой окисления железа и содержанием цинка в растворах. Так, при содержаниях цинка в сульфатном растворе до 20-30 г/л соотношение (железа (+2): нитрит ион) составляет 50:1. При содержаниях цинка 130-150 г/л соотношение (железа (+2): нитрит ион) составляет 10:1. При температурах выше 70°С растворимость кислорода настолько понижается, что дальнейшее повышение температуры не дает эффекта повышения скорости процесса и полноты окисления. При температурах ниже 50°С при высоких концентрациях железа и серной кислоты начинается кристаллизация солей.

Проверку способа осуществляли следующим образом.

Сульфатный цинковый раствор состава, г/л: цинк 75, железо (+2) 22,5, медь 2,3, кислотность 24,3 нагревали в реакционной емкости объемом в 1 л до 60°С. С помощью диспергирующего импеллера подавали воздух, обогащенный техническим кислородом. Нитрит ионы вводили в виде водного раствора нитрита натрия с концентрацией 150 г/л. Выходящие из реакционной емкости газообразные пары полностью или частично засасывались импеллером снова в сульфатный цинковый раствор. В аналогичных условиях был проверен известный способ.

В таблице приведены сравнительные данные проверки известного и предлагаемого способа окисления ионов железа в сульфатных цинковых растворах.

Как видно из полученных данных, при использовании предлагаемого способа окисления ионов железа в сульфатах цинковых растворах, скорость окисления железа значительно выше, практически на 2 порядка, чем при использовании известного способа.

Формула изобретения

Способ окисления ионов железа в сульфатных цинковых растворах, включающий окисление ионов железа (+2) в нейтральных и кислых средах с использованием в качестве окислителя газообразного кислорода, отличающийся тем, что окисление ионов железа в сульфатном цинковом растворе проводят при добавке в раствор нитрит-ионов при массовом соотношении ионов железа (+2) и нитрит ионов, равном (10-50):1, в области температур 50-70°С.