Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор литературы по экспериментальным исследованиям и промышленному извлечению ионов тяжёлых металлов методами гидролитического осаждения с последующим обезвоживанием осадка 9
1.1. Сырьевые источники получения оксида цинка 9
1.2. Способы получения оксида цинка 10
1.3. Факторы, влияющие на влагосодержание кека фильтрования 12
1.4. Методы обработки суспензии при обезвоживании 14
1.5. Основные методы извлечения цветных металлов из слабоконцентрированных растворов их солей 17
1.6. Выводы 24
1.7. Задачи исследования 25
Глава 2. Разработка рационального способа обезвоживания осадка, полученного гидролитическим осаждением цинка из слабоконцентрированных растворов, с автоклавной подготовкой суспензии к фильтрованию 26
2.1 Состояние проблемы 26
2.2 Методика эксперимента и экспериментальная установка 34
2.3. Условия выделения гидроксида и основной соли цинка 38
2.4. Характеристика осадка гидроксида цинка 39
2.4.1. Строение осадка 39
2.4.2. Скорость образования золя 43
2.4.3. Поверхностный заряд осадка гидроксида цинка 44
2.5 Закономерности изменения влажности кека фильтрования при автоклавной подготовке суспензии— 45
2.6. Выводы 54
Глава 3. Физико-химическое обоснование разработанного способа обезвоживания осадка 55
3.1 Рентгенофазовый анализ осадков 55
3.2. Термодинамический анализ процесса нагрева осадка в автоклаве 59
3.3. Микроскопический анализ осадка 66
3.4. Фракционный анализ 68
3.5. Дифференциально-термический анализ осадка (ДТА) 68
3.5.1. Экспериментальная установка (ДТА) 68
3.5.2. Термография осадка. 71
3.6. Выводы 77
Глава 4. Практическое применение разработанного способа 80
4.1. Использование способа в технологии производства оксида цинка и цинковых белил 80
4.2. Перспективы применения разработанного способа обезвоживания в производстве цветных металлов 83
4.3. Экологические аспекты использования разработанной технологии 87
4.3.1. Характеристика сточных вод, содержащих ионы цинка 87
4.3.2. Подбор реагентов для извлечения цинка из сточных вод 91
4.3.3. Определение условий извлечения цинка из сточных вод 93
4.3.4. Подбор реагентов для гидролитического извлечения железа из сточных вод. 94
4.3.5. Определение условий очистки раствора 95
4.3.6. Технологическая схема комплексной переработки сточных вод— 98
4.4. Сравнение технологических схем по энергозатратам 101
4.5. Выводы 105
Заключение 107
Список литературы 109
Приложения 117
- Основные методы извлечения цветных металлов из слабоконцентрированных растворов их солей
- Методика эксперимента и экспериментальная установка
- Термодинамический анализ процесса нагрева осадка в автоклаве
- Перспективы применения разработанного способа обезвоживания в производстве цветных металлов
Введение к работе
В настоящее время остро стоит проблема рационального использования сырья в различных отраслях промышленности и экологической чистоты применяемых технологий. Повышаются требования к чистоте получаемых металлов и их соединений. Выработка богатых месторождений заставляет вовлекать в промышленное производство все более бедные природные материалы, которые по своему содержанию имеют тенденцию к сближению с техногенными образованиями. Комплексное использование техногенных отходов в цветной металлургии — шлаков, пылей, кеков и т.п. — способствует сохранению природных источников сырья, отвечает требованиям экологической безопасности и технико-экономической эффективности. Становится актуальным извлечение металлов из сбросовых вод горнометаллургического комплекса, где их концентрация после обработки должна соответствовать нормам ПДК. Необходимость очистки этих вод определяется проблемой охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов и обеспечения замкнутого водооборота. Кроме того, очистка сточных вод промышленного производства, помимо решения экологических задач, позволяет повысить экономическую целесообразность всего металлургического производства за счет дополнительного извлечения многих цветных металлов.
С уменьшением концентрации примесей в обрабатываемом растворе их извлечение становится все более затруднительным и дорогостоящим, что связано с изменением механизма процесса удаления примеси при изменении ее содержания в растворе.
Известны различные способы извлечения компонентов из слабоконцентрированных растворов: реагентный, экстракционный, сорбционный, ионообменный, мембранный, магнитной сепарации, электрокоагуляционный и другие. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Извлечение
цветных металлов из бедных многокомпонентных растворов методом гидролитического осаждения сдерживается несовершенством способов селекции и обезвоживания тонкодисперсных суспензий, что приводит к высоким энергозатратам на стадии сушки. В связи с этим являются актуальными исследования, ведущие к повышению селективности извлечения и снижению влагосодержания кека фильтрования с применением автоклава.
Целью работы является разработка способа обезвоживания гидролитически осаждённого цинка из бедных сульфатных растворов в технологии получения оксида цинка с использованием современных физико-химических методов переработки техногенного и природного сырья.
Методика исследований. Применялись современные методы физико-химического анализа: полярографический, колориметрический, объёмный, весовой, спектральный, рентгенофазовый (РФА), дифференциально-термический, фракционный, минералогический, рН-метрический, микроскопический. Термодинамические расчёты использованы для анализа вероятных взаимодействий в исследуемых системах. Обработку экспериментальных данных проводили с применением математической статистики и теории вероятностей.
Обоснованность и достоверность научных исследований, выводов и рекомендаций базируются на использовании теоретических положений физической химии и теории металлургических процессов, а также математической статистики, подтверждаются сходимостью результатов прикладных и теоретических исследований. Все математические модели являются адекватными экспериментальным данным и обладают хорошей прогностической способностью.
Научная новизна. Выполненное исследование вносит вклад в решение актуальной научной задачи о состоянии ионов металлов в слабоконцентрированных растворах и разработке способов их извлечения и концентрирования.
Изучены механизмы образования осадков, кинетические и другие параметры процесса извлечения ионов металлов из слабоконцентрированных растворов в составе труднорастворимых соединений.
Предложен комплексный последовательный подход к решению многофакторных задач интенсификации процессов извлечения металлов из слабоконцентрированных технологических растворов^ и сточных вод, показана эффективность его практического применения. Разработаны экономичные способы обезвоживания гидролитически осаждённого цинка из слабоконцентрированных сульфатных растворов с получением оксида цинка (1 патент, 3 заявки на изобретение по 2 из них - положительные решения).
Предложена методика определения возможности использования разработанного способа обезвоживания гидроксидов цветных металлов в автоклаве: давление диссоциации гидроксидов должно быть больше давления насыщенных водяных паров при заданной температуре.
Показано, что переход от коагуляционного к кристаллизационному механизму образования осадка при его гидротермальной обработке в автоклаве способствует образованию плотного, легко фильтрующегося осадка.
Практическая значимость работы
Разработанные на уровне изобретения способы концентрирования и извлечения ионов цинка из производственных растворов для получения оксида цинка высокой чистоты, очистки сточных вод промышленных предприятий эффективно решают проблемы комплексного использования сырья и создания безотходных экологически чистых технологий переработки природного и техногенного сырья.
Полученные результаты могут быть использованы для переработки технологических растворов, твёрдых отходов, сточных вод промышленных предприятий, шламов гальванического производства, рудничных вод, растворов подземного и кучного выщелачивания.
Предложены технологические схемы извлечения компонентов, которые могут быть осуществлены без сбросов, что весьма существенно не только для реализации ресурсосберегающих технологий, но и для охраны окружающей среды.
Результаты работы используются для подготовки студентов в учебном процессе СКГМИ (ГТУ).
Положения, выносимые на защиту
Оптимальные условия гидролитического осаждения ионов металлов и последующего обезвоживания осадка в процессах глубокого извлечения металлов из слабоконцентрированных растворов, а также условия разложения гидроксидов цветных металлов до оксидов при наличии внешнего давления насыщенных водяных паров: давление диссоциации гидроксидов должно быть больше давления насыщенных водяных паров при заданной температуре, при этом обезвоживание осадка гидроксида его нагреванием в автоклаве без испарения основной массы воды, помимо экономичности, позволяет получать плотные легкофильтрующиеся осадки.
Нагревание осадков гидроксидов металлов, полученных из слабоконцентрированных растворов в результате их коагуляции, до температуры их разложения приводит к снижению энергетических затрат на последующую промывку, фильтрацию и сушку за счёт образования кристаллической структуры оксидов.
Математические модели, адекватно описывающие процессы изменения влажности кека и скорости фильтрования обезвоживаемой суспензии гидроксида цинка как функции температуры нагрева в автоклаве, исходной влажности и времени выдерживания при постоянной температуре.
Апробация работы. Положения диссертационной работы доложены автором и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы», МИСиС, Москва, 2009 г. Основные положения работы и результаты исследований
обсуждены на заседаниях кафедры безопасности жизнедеятельности и научно-технических конференциях СКГМИ (ГТУ) (г.Владикавказ) в 1992 -2009 гг.
Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 12 печатных работах, 1 патенте РФ, 3 заявках на изобретение из них 2-е положительным решением.
Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы. Она содержит 124 страницы машинописного текста, 31 рисунок, 17 таблиц, 91 наименование литературы.
Основные методы извлечения цветных металлов из слабоконцентрированных растворов их солей
В современной гидрометаллургии значительные успехи достигнуты в связи с использованием автоклавного выщелачивания, сорбционных и экстракционных технологий извлечения полезных компонентов из растворов и пульп. Преимущества гидрометаллургических схем состоит в высоких технико-экономических показателях и высокой степени селективности при комплексной переработке низкосортного сырья [37]. Одно из важных достоинств — применимость методов гидрометаллургии к извлечению ионов цветных металлов из слабоконцентрированных растворов.
Предприятия-цветной-металлургии и химической технологии" обеспе чивают большой выход сточных вод и высокую степень их загрязненности различными органическими и неорганическими примесями. Необходимость очистки этих вод определяется проблемой охраны окружающей среды, рационального использования природных ресурсов и обеспечения замкну того водооборота.
Помимо решения чисто экологических задач, сточные воды большинства заводов цветной металлургии следует рассматривать как дополнительный источник получения ряда цветных металлов, безвозмездно теряемых в настоящее время. Для восстановления окружающей среды возникает необходимость в применении различных физико-химических и биологических методов очистки. Реагентный метод
Реагентные методы очистки сточных вод основаны на реакциях окисления, восстановления, нейтрализации, коагуляции, осаждения, в результате чего токсичные соединения разрушаются с образованием малотоксичных, которые в большинстве случаев зыводятся из стоков в осадок. Выделяющиеся при этом нерастворимые соединения направляют в специальные отстойники для отделения шлама. Сокращение продолжительности отстаивания обеспечивается введением в сточные воды флокулянта. При этом скорость осаждения увеличивается в несколько раз.
Ликвидация щлама представляет собой серьезную проблему. При высокой влажности и больших объемах его трудно транспортировать и хранить в отвалах. Для обезвоживания осадка, образовавшегося в отстойнике, предусматривают шламовые площадки или установку фильтров. Избыточная влага удаляется фильтрованием и сушкой, требующих значительных энергозатрат.
К преимуществам реагентного метода относятся: обработка воды со сложным составом примесей, малая чувствительность к соединениям орга - — нического характера, маслам, механическим загрязнениям.
Однако метод имеет существенные недостатки: большой расход реагентов, сложности в транспортировании и хранении реагентов, безвозвратные потери как самих реагентов, так и ценных продуктов, содержащихся в стоках, образование большого количества шлама, необходимость в больших производственных площадях, необходимость в значительном количестве обслуживающего персонала, высокая влажность осадка, обусловленная его структурой, высокой дисперсностью слагающих частиц.
Обычно осаждение цинка из бедных растворов сточных вод цинковых заводов, цехов гальванического покрытия, рудников ведется в направлении защиты природной гидросети, поскольку получение товарных продуктов из столь бедных растворов сопряжено с большими расходами. Поэтому образующиеся осадки накапливают и складируют, отводя немалые площади под хранилища шламов.
Однако, проведенное на руднике "Мегген" (Германия) [25] сравнение затрат на выплату штрафов за загрязнение водного бассейна, на извлечение и складирование шламов и на получение товарных продуктов из сточных вод позволило сделать вывод об экономической целесообразности получения продуктов из сточных вод, имеющих низкое (200- -1300 мг/дм ) содержание цинка. По результатам работы очистной установки определено, что наибольшие расходы при обработке шлама приходятся на сушку, а именно - 30 %. Это связано с тем, что сушке подвергается кек фильтрования с относительной влажностью 75 %.
Ведутся исследования по разработке способов, позволяющих извлекать металлы из растворов их солей в восстановленном виде. Восстановление свинца водородом проводят в автоклаве непосредственно из соединений PbC03,PbS04,PbS[38].
Методами радиохимии из растворов можно получать порошкообразные тяжелые металлы, в частности свинец [39]. Порошкообразные металлы в восстановленном виде, при прочих равных условиях, дают кек фильтрования с меньшим влагосодержанием.
При селективном выделении металлов из бедных растворов свинец можно осаждать в одной из указанных форм и после разделения фаз осадок направлять на получение металлического свинца, таким образом, полученный осадок будет кристаллический. Извлечение цинка-из раствора в металлическом виде теоретически возможно, но для реализации способа восстановления цинка требуется сильнощелочная среда, при достижении которой происходит гидратообразование, поэтому процесс необходимо вести при давлениях порядка 100 МПа, что на практике вряд ли целесообразно.
Сорбция - это один из наиболее эффективных и перспективных методов очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов, позволяющий вернуть ценные компоненты в технологический процесс [40].
Сорбция является универсальным методом, позволяющим практически полностью извлечь примесь из водной среды. В современной промышлея- -ности сорбционные методы широко используются для улучшения качества сырья и продуктов, глубокой очистки технологических и сточных вод. Сорбционные методы должны занять ведущее место среди способов защиты биосферы от вредных промышленных выбросов и методов извлечения ценных компонентов.
Методика эксперимента и экспериментальная установка
Извлечение товарных продуктов из слабоконцентрированных растворов в результате химической конденсации сопряжено с решением ряда задач: чистота продукта, дисперсность, влажность, экономическая и экологическая целесообразность. Поэтому достижение поставленной цели осуществлялось последовательным решением каждой из задач. Исследования методом физического моделирования на модели той же физической природы, в сочетании с методами математической статистики при планировании эксперимента и обработкой результатов на вычислитель ной машине позволяют получить математические модели, адекватно описывающие протекающие процессы. Эксперименты проводились как с натуральными растворами - стоки завода ОАО «Электроцинк», рудничные воды Архонского рудника, так и синтетическими. Водный раствор цинка готовился растворением химически чистого (хч) сульфата цинка в воде, для подкисления в раствор вводилась серная кислота. В качестве осадителей применяли кальцинированную соду, гидроксид натрия и водный аммиак 25%, а в качестве коагулянта - Fe2(S04)3"7H20.
Все реагенты - марки хч или технического качества. Контроль рН осуществлялся с применением рН - метра марки рН-121. Концентрация металлов в растворе определялась методом полярографии на ртутной капле, в осадке - титрованием по методике [46, 47]. Относительная влажность в кеке фильтрования определялась весовым методом по методике [28]: где: W - относительная влажность кека фильтрования, %; т1,т2 - масса пробы до и после сушки, соответственно. Исследуемая проба суспензии укладывается в стакан и помещается в лабораторный автоклав (рис. 2.3) марки АЛ, рассчитанный на давление 2,5МПа и рабочий объем 2 дм , остальное пространство заполняется фильтратом. В карман термометра заливается глицерин и устанавливается контактный термометр. Скорость набора температуры задается напряжением на нагревателе автоклава. В качестве регулятора напряжения использован автотрансформатор типа АОСН-20-220-75 ЦЧ. Заданная температура поддерживается с отклонением ± 5 С в течение времени регулятором температуры из комплекта ультратермостата UTU-2/77. Инерционность нагревателя преодолевалась путем отключения его до достижения заданной температуры и включения после. Далее температура поддерживается автоматически.
Затем автоклав отключают и охлаждают естественным путем до комнатной температуры. Суспензию извлекают, доводят ее объем фильтратом до 0,5 дм3 и фильтруют на вакуум - установке при разрежении 50 кГТа. При этом регистрируют время фильтрования, объем фильтрата и затем определяется влажность кека. Химический анализ показал, что после сушки осадок на 82 % масс, состоит из оксида цинка. В исследованиях по изучению механизма формирования оксида цинка из гидроксосоединений цинка в гидротермальных условиях установлено, что процесс разложения суспензий Zn(OH)2 протекает в одну стадию при температуре 100-150С. При кратковременной выдержке (5 мин) суспензии в автоклаве при 100С формирования ZnO не наблюдается. Увеличение продолжительности обработки до 30 мин приводит к образованию однофазного ZnO. Термическое разложение Zn(OH)2 в существенной степени зависит от предыстории образования гидроксида цинка. Гидротермальная обработка приводит к формированию порошка, состоящего из крупных анизотропных частиц оксида цинка с узким распределением по размерам, растущих преимущественно вдоль одного направления [15]. На экспериментальной установке изучалось влияние температуры нагрева суспензии в автоклаве на влажность кека и скорость фильтрования осадка. В первых опытах осадок после сгущения нагревался до температуры кипения при атмосферном давлении, затем фильтровался. В процессе нагрева суспензии в автоклаве нарастает давление, которое связано с увеличением давления насыщенных водяных паров с ростом температуры. Давление насыщенных водяных паров однозначно связано с температурой. В опытах по определению условий очистки раствора в задачу входило установить оптимальное количество добавки коагулянта и рН среды, при которых достигается, в первую очередь, наибольшее извлечение и чистота продукта.
Термодинамический анализ процесса нагрева осадка в автоклаве
В автоклаве при заданной температуре существует равновесие которому соответствует давление насыщенного пара Р. На рис. 3.2 дана зависимость изменения энергии Гиббса при стандартных условиях AGT для реакции (2.7), в предположении, что образуется жидкая вода Н2Ож (линия 1) или пар Н2Опар (линия 2). Решением полученных уравнений при AGT = 0 можно определить температуру, при которой при стандартных условиях наступает равновесие тн: для графика 1 - при tpaBH = 42 С, а для графика 2 - при tpaBH = 85 С. Видно, что в интервале 25-107 К реакция (2.7) с образованием Н2Ож термодинамически более вероятна, чем с образованием НгОпар. Когда все участники реакции - конденсированные фазы, как это происходит для реакции (2.7) с образованием Н2Ож, при любом давлении реакция при 25-34 С невозможна (AGT 0), а при 34-107 С термодинамически возможна. В то же время реакция (2.7) с образованием Н2Опар в интервале 25-85 С невозможна (AGT 0), а при Т 85 с становится возможной (AGT 0). При нагревании в автоклаве пульпа находится под давлением насыщенного водяного пара Р, соответствующем данной температуре. Реакция разложения (2.7) термодинамически возможна при внешнем давлении насыщенных водяных паров Р, удовлетворяющем условию: AGT 0, а так как AGT = AGT + RTlnP, то AGT + RTlnP 0, откуда (AGT/RT) + lnP 0; так как AGT/RT = -1пКр, то - 1пКр + 1пР О, где Кр - константа равновесия реакции (2.7), далее 1пКр 1пР,Кр Р. Для реакции (2.7) Кр = Рравн, где Рравн - давление диссоциации гидроксида цинка, откуда Рравн Р.
Согласно закону Рауля (вторая формулировка) "растворитель раствор/ растворитель = 1А2, ГДЄ Ррастворитель - давление насыщенного водяного пара над чистым растворителем при данной температуре, Рраствор - давление насыщенного водяного пара над раствором при той же температуре, Х2 - мольная доля растворённых веществ, і - изотонический коэффициент, причём і = 1 для неэлектролитов и і 1 для электролитов. Таким образом, если давление диссоциации гидроксида цинка РраВн по реакции (2.7) больше давления насыщенных водяных паров в автоклаве над пульпой Рраствор и, тем более, если Рравн больше давления насыщенных водяных паров над чистым растворителем Р, то разложение гидроксида цинка по реакции (2.7) термодинамически возможно [63]. На рис. 3.3 дана зависимость от температуры давления насыщенного пара воды Р (кривая 1) и давления диссоциации гидроксида цинка по реакции (2.7) Рравн (кривая 2). Видно, что условие Рравн Р выполняется. Если пульпу загружали в автоклав при Р = 1 атм, Т = 298 К, то коли чество воздуха может быть вычислено по уравнению Клапейрона - Менде леева PV = nRT (3.2) Аналогично, по уравнению (3.2) можно определить количество насыщенного пара, используя справочные данные [64] о зависимости давления насыщенного водяного пара от температуры.
При загрузке пульпы гидроксида в автоклав в газовой фазе содержится воздух и водяной пар. Количество воздуха при нагревании автоклава не изменяется, а количество насыщенного пара возрастает. На рис. 3.4 дана зависимость мольных долей воздуха и насыщенного водяного пара от температуры. Общее давление Робщ в автоклаве равно сумме давлений воздуха Рв и насыщенного водяного пара Р: На рис. 3.5 дана зависимость от температуры давлений воздуха, насыщенного водяного пара, общего давления и давления диссоциации гидроксида цинка при нагреве в автоклаве. Из данных рис. 3.4-3.5 следует, что по мере увеличения температуры в парогазовой смеси мольная доля насыщенного пара будет расти, а воздуха уменьшаться. Из рис. 3.5 видно, что в таком же отношении находятся парциальные давления насыщенных водяных паров и воздуха. Известно, что конденсированная фаза «кипит», когда равновесное давление её пара равно внешнему давлению, таким образом гидроксид цинка «закипит», когда Рравн Робщ.
Из данных рис. 3.5 следует, что это условие выполняется и гидроксид цинка «закипает» при температуре, которая определяется на пересечении графиков зависимости от температуры давления диссоциации гидроксида Рравн (кривая 4) и общего давления паровоздушной смеси (кривая 3) в автоклаве над пульпой. На рис. 3.6 - 3.8 для реакций (2.7 - 2.9) даны зависимости от температуры изменений энергии Гиббса при стандартных условиях AGT (рис. 3.6), константы равновесия lgKp (рис. 3.7) и изменений энтальпий при стандартных условиях АНт (рис. 3.8), где кривая 2 - зависимости для насыщенного пара растворителя, кривая 3 - зависимости для реакции (2.7), кривая 4 - зависимости для реакции (2.8), кривая 5 - зависимости для реакции (2.9).
Перспективы применения разработанного способа обезвоживания в производстве цветных металлов
В качестве нейтрализаторов, помимо водного аммиака, можно использовать и другие щелочные реагенты, как например, NaOH, Ыа2СОз, Са(ОН)2 и т.п. Эксперименты по обработке ряда гидроксидов в автоклаве подтверждают сделанные выводы. Обычно осаждение цинка из бедных растворов - сточных вод цинковых заводов, цехов гальванического покрытия, рудничных вод, ведется в направлении защиты природной гидросети, поскольку получение товарных продуктов из столь бедных, пс содержанию металлов растворов сопряжено с большими расходами. Поэтому образующиеся осадки чаще всего накапливают и складируют, в расчете на будущее использование, отводя немалые площади земной поверхности под хранилища шламов. Однако, извлечение металлов из бедных растворов может быть рациональным, на что указывает опыт рудника «Мегген» [25]. Эффективность извлечения существенно зависит от содержания полезного компонента в продукте и расходов энергии на сушку. В качестве исходного раствора при испытаниях разработанного способа извлечения цинка из слабоконцентрированных растворов использовали сточные воды промышленного предприятия ОАО «Электроцинк» и Архонского рудника ССЦК (РСО-Алания). Близки по характеристикам к рассматриваемым сточным и рудничным водам растворы кучного и подземного выщелачивания. Проведен статистический анализ осветлённой водной фазы рудничной воды ССЦК. Установлено, что содержание ряда металлов находится в пределах, мг/дм3: Са 300, Mg 250, Zn 500, Fe 20, Си 20, Pb 10, рН = 5,5-7,5. Особенностью рудничных вод являются: - наличие больших объёмов стока, подверженного сезонным изменениям по величине, - различие качественного и количественного состава, - наличие трудноосаждающихся мелкодисперсных взвесей.
Динамика выноса цинка рудничными водами по годам и места отбора проб приведены в приложении рис 5 и рис.6. Исследования свидетельствуют, что с увеличением дебита сточных вод вынос металла не уменьшается. Следовательно, с большим притоком охватываются новые участки, которые раньше не выщелачивались, но подвергались окислению кислородом воздуха с образованием сульфатов, хорошо растворимых в воде [25]. На поверхность ежегодно с водой доставляется от 98 до 205 т цинка. Динамика выноса металла позволяет сделать вывод, что при одном и том же количестве обрабатываемой воды, в зависимости от сезона года, будем иметь различное количество продукта. Проведенные гидрометаллометрические съемки в пределах рудных полей, эксплуатируемых Садонским СЦК (табл.4.3), позволили выделить наиболее перспективные места для размещения установки по извлечению цинка из рудничных вод [76], так был выбран сток штольни 22 Архонского рудника. Количество металла, выносимого по штольне 22 Архонского рудника на дневную поверхность, может быть подсчитано для условий проведенных исследований по данным гидрометаллометрических съемок 37,7т, которые следует откорректировать на период строительства установки. Неочищенные воды сбрасываются в природную гидросеть [77].
За загрязнение водного бассейна комбинат выплачивает 308537,5 рублей за 1 т цинка в пределах временно согласованных лимитов, т.е. по 11,6 млн рублей ежегодно по ценам 2004 года [78]. Извлечение металла из рудничных вод с получением продукта в виде концентрата для производства цинка либо в виде оксида цинка, позволит существенно снизить платежи за загрязнение окружающей среды и получать дополнительную прибыль за реализованный продукт. По соображениям более высокой цены предпочтение следует отдать варианту производства оксида цинка[79, 80]. Из многих известных способов выделения цветных металлов, таких как кристаллизация, цементация, сорбция, экстракция наиболее приемлем для бедных растворов способ химической кристаллизации, при котором пересыщение создается за счет химической реакции растворенных соединений с реагентами, вводимыми в раствор, при этом образуются труднорастворимые соединения. Селективное выделение осадков из комплексных растворов осуществляют фракционной нейтрализацией. Контроль технологического процесса ведется по водородному показателю (рН). В качестве реагентов - осадителей используют гидроксиды кальция, натрия, водный аммиак, водорастворимые карбонаты, серусодержащие соединения. Выбор тех или иных реагентов зависит от ряда факторов [81]: - количественного и качественного состава исходного раствора; - требований, предъявляемых к качеству осадков; -требований, предъявляемых к растворам после извлечения из них металлов. Основными составляющими исследованных сточных вод являются ионы цинка и железа, поэтому ниже рассмотрены реагенты и условия извлечения этих ионов из растворов их солей. Гидроксид цинка образуется в виде белого объёмного осадка, если растворы солей цинка обработать щелочами. В главе 2 показаны возможности гидролитического осаждения ионов цинка водным аммиаком.
Похожие диссертации на Обезвоживание осадка гидроксида цинка при получении оксида цинка из бедных сульфатных растворов
