Какие направления развития Росийской науки Вы считаете наиболее перспективными

Физико-химическое обоснование азотнокислотного извлечения цинка из сульфидного сырья

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

АЗОТНОКИСЛОТНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА

ИЗ СУЛЬФИДНОГО СЫРЬЯ

 

Традиционные технологии извлечения цинка из природного сульфидного сырья основаны на высокотемпературных процессах окислительного обжига, возгонки и плавки. Эти пирометаллургические стадии требуют высоких капитальных затрат на сооружение печей и обеспечивающего их работу оборудования, а также влекут за собой значительный расход тепловой энергии. Они, как правило, сопряжены со значительными безвозвратными потерями теплоты в окружающую среду, а также со значительным уносом твердых частиц Zn, ZnO и сернистого газа в атмосферу, несмотря на применение разного рода фильтров и поглотителей [1]. Существенным недостатком пирометаллургических технологий является невозможность достижения полного извлечения цинка из рудных концентратов – заметная часть его остается либо в шлаке, либо в остатке после прокаливания и попадает в отвалы. В качестве отрицательного фактора следует отметить также сложность организации малотоннажных пирометаллургических производств.

Большинства перечисленных недостатков лишены гидрометаллургические технологии. Они более полно защищены от выбросов в окружающую среду, обычно протекают без нагревания. Их осуществление сопряжено со значительно меньшими трудо-, энерго- и ресурсозатратами, поскольку стоимость гидрометаллургического оборудования (реакторы, фильтр-прессы, вакуумные фильтры, электролизеры, насосы, емкости и пр.), как правило, существенно ниже стоимости пирометаллургического оборудования в расчете на переработку равного количества рудного концентрата [2]. Кроме того, гидрометаллургические процессы легко поддаются тонкой регулировке режима и автоматизации. В связи с этим современное развитие энерго- и ресурсосберегающих технологий в металлургии напрямую связано с прогрессом именно в области разработки и совершенствования гидрометаллургических процессов.

Поиск эффективных гидрометаллургических схем извлечения цинка из сульфидного сырья требует комплексного исследования кинетики и механизма растворения наиболее важного цинксодержащего сульфидного минерала – сфалерита ZnS, а также основного компонента большинства сульфидных руд – персульфида железа (II) FeS2 (пирита). В качестве подходящего окислителя предлагается использовать азотную кислоту HNO3, поскольку она является одним из наиболее распространенных и технологичных гидрометаллургических реагентов.

Для изучения кинетики азотнокислотного растворения сульфидов выбран метод вращающегося диска, который в условиях регулируемой конвекции обеспечивает для реагентов равнодоступность поверхности минерала [3]. Скорость растворения каждого из cульфидов (W, моль/(дм2 · с)) рассчитывали по количеству катионов соответствующего металла, перешедших в раствор за единицу времени с единицы площади поверхности диска. Концентрацию катионов цинка определяли как фотометрически (комплекс с ксиленоловым оранжевым), так и полярографически, а железа – фотометрически (с сульфосалициловой кислотой).

Исследовано влияние на W следующих факторов: молярной концентрации азотной кислоты (С, моль/дм3), температуры (Т, К), частоты вращения диска (ω, с–1) и продолжительности опыта (τ, с).


На рис. 1 представлена зависимость удельной скорости растворения ZnS от концентрации HNO3 при Т = 293 К и ω = 1,6 с–1.

Рис. 1. Зависимость скорости растворения сфалерита в азотной кислоте W от ee концентрации C

 

Из рис. 1 следует, что при С < 6 моль/дм3 скорость растворения сульфида цинка относительно невелика, что объясняется слабым проявлением азотной кислотой окислительных свойств в этом диапазоне концентраций. Наиболее значительный рост W наблюдается в интервале С = 6 ÷ 12 моль/дм3. При С > 12 моль/дм3 скорость растворения ZnS практически не изменяется с увеличением концентрации, что может быть объяснено насыщением рабочей поверхности диска реакционноактивными частицами.

1 2 3 4 5