Способ получения цинкового порошка из цинксодержащих отходов

Описание изобретения

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению металлических порошков, и может быть использовано при получении цинкового порошка из цинксодержащих отходов, например пылей электродуговых печей.

Известен способ получения цинкового порошка для очистки растворов цинкового производства от примесей (Со, Ni, Sb, As) с использованием цинкового порошка, получаемого дистилляционным способом, или распылением расплава цинка сжатым воздухом (см.: С.Э. Кляйн, П.А. Козлов, С.С. Набойченко. Извлечение цинка из рудного сырья. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009, 492 с.).

Недостатками указанного способа являются:

- высокая стоимость цинкового порошка, получаемого из металлического цинка;

- низкая активность, обусловленная высокой крупностью порошка, полученного распылением: содержание частиц более 60 мкм - 90% и более.

Наиболее близким по технологической сущности к заявленному, является способ получения цинкового порошка из отходов производства ронгалита, согласно которому раствор после щелочного выщелачивания отходов направляется на электрохимическое осаждение цинкового порошка (А.С. СССР №1468976, приоритет от 21.08.1987 г.).

Процесс ведут при плотности тока 2500-3000 А/м² и температуре 40-60°С, цинковую губку снимают с катода после пропускания не более 120 Ф/м² электричества.

Последующее диспергирование губки с получением порошка ведут за счет перемешивания суспензии при скорости вращения диспергатора 1000-1500 об/мин.

Указанный способ имеет следующий недостаток: цинковый порошок имеет высокую крупность (более 10 мкм) и низкую активность (содержание металлического цинка в порошке составляет 85-90%).

В основу патентуемого способа поставлены следующие цели:

повышение активности цинкового порошка за счет повышения содержания в порошке цинка металлического и снижения его крупности;

снижение расхода порошка при его использовании для цементационной очистки от примесей.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе получения цинкового порошка из цинксодержащих отходов (включающем выщелачивание отхода, электролиз раствора, отделение по осаждению порошка от электролита на стадии электролиза) подают раствор лигносульфоната натрия, являющегося отходом целлюлозно-бумажного производства, в количестве (по сухому лигносульфонату) 900-1500 г на 1 т получаемого в процессе электролиза цинкового порошка. Подача лигносульфоната позволяет:

1) обеспечить образование в процессе электролиза цинкового порошка с частицами древовидной формы и с размером частиц менее 10 мкм;

2) защитить поверхность частиц порошка за счет лигносульфоната от окисления компонентами, входящими в состав раствора, и кислородом воздуха;

3) с полученным цинковым порошком вести цементационную очистку растворов от примесей (Со, Ni, Sb, As) при температуре 40-60°, вместо 80-90° при использовании порошков, полученных по прототипу или распылением.

При этом снижается расход порошка на цементацию и конечное содержание примесей в очищенном растворе.

Пример

Для сравнения существующего и предлагаемого способа использовали цинковый порошок, полученный распылением расплава цинка сжатым воздухом (по известной технологии), электролизом из щелочного раствора по прототипу и по предлагаемому способу.

Цинковый порошок по известной технологии получен посредством распыления расплава с температурой 540-550° сжатым воздухом с давлением 5-6 атм через форсунку, используемую для промышленного производства порошка. Распыленный цинк собирался в пылевой камере и на фильтрах распылительной установки.

Цинковый порошок по прототипу и по предлагаемому способу получен посредством электролиза водного раствора, содержащего 350 г/л NaOH и 43 г/л Zn в электролизной ванне с катодом и анодом из нержавеющей стали. Температура раствора составляла 40-45°С, плотность тока (катодная) - 2500 А/м². Удаление осадка с катода выполняли через 38-40 минут, что соответствует пропусканию через ванну ~60 Ф/м² электричества.

Полученный цинковый осадок подвергали фильтрации от щелочного раствора, отмывке с диспергацией (по прототипу) и сушке под вакуумом.

Образцы сухого порошка, полученного по известной технологии, по прототипу и предлагаемому способу использовались в испытаниях по осаждению примеси кобальта из промышленного раствора сульфата цинка, содержащего:

Zn - 120 г/л, Со - 5,0 мг/л, Ni - 6,5 мг/л, Sb - 0,65 мг/л.

Осаждение проводилось по используемой промышленной технологии, при температуре раствора 60° и 85°С в течение 1 часа. По окончании операции полученный осадок отфильтровывался, в растворе определялась конечная концентрация примесей.

Результаты испытаний по предлагаемому способу и существующему изложены в таблице.

Из приведенных в таблице данных видно, что при отсутствии добавки лигносульфоната имеет место низкий выход цинкового порошка по току, низкое содержание металлического цинка в порошке. Добавка на электролиз лигносульфоната натрия в количестве менее 900 г/т не позволяет получить порошок с содержанием металлического цинка более 95% и обеспечить очистку раствора от кобальта до его остаточного содержания менее 0,4 мг/л (требование к промышленному сульфатному раствору для получения металлического цинка электролизом). Добавка более 1500 г/т снижает выход по току и активность полученного цинкового порошка (степень очистки раствора от кобальта).

Использование порошка, распыленного сжатым воздухом, не позволило получить требуемую степень очистки раствора от кобальта. Результат получен только при нагреве очищаемого раствора с 60 до 85°С.

Максимальный выход цинкового порошка по току (91,5%) и максимальная активность порошка (очистка раствора от кобальта на 94-95%) получены при добавке лигносульфоната 1300 г/т. Использование цинкового порошка, полученного электролизом с оптимальной добавкой лигносульфоната, позволило получить необходимую степень очистки раствора от кобальта и при его расходе, сниженном на 17% (с 3 до 2,5 г/ч очищаемого раствора).

Использование предлагаемого способа позволяет вести процесс электролиза цинка из щелочного раствора с высоким (более 90%) выходом цинка по току, получить продукт с содержанием металлического цинка более 95% и обеспечить с его использованием очистку сульфатных цинковых растворов от кобальта при температурах не выше 60°С.