Авторы: Гагарина Т.Б., Ксандров Н.В., Ким П.П., Перетрутов А.А.
Источник: Гагарина Т.Б., Ксандров Н.В., Ким П.П., Перетрутов А.А. Подготовка шлаков металлургического производства к переработке // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 4;
Одним из видов техногенных отходов, утилизация которых служит необходимым условием сбережения природных ресурсов, являются шлаки плавки цветных металлов. Их масса имеет порядок 107 т/год. Цинк из шлаков из-за его экономической ценности и для предотвращения разрушения футеровки аппаратуры, используемой на дальнейших этапах утилизации шлаков, следует извлекать на первой стадии переработки [3]. Для этой цели достаточно эффективна обработка шлака совместным раствором аммиака и NH4Cl в воде.
Исследовать влияние на степень извлечения цинка из шлаков медной плавки состава аммиачно-аммонийного раствора, определив условия максимального извлечения цинка.
Высокая эффективность совместных водных растворов аммиака и NH4С1 в воде для селективного выщелачивания цинка и меди из твёрдых материалов установлена ранее [7]. В эксперименте выщелачивание вели в мельнице мокрого помола аммиачно-аммонийным раствором при содержании аммиака в аммиачной воде 5, 10, 15, 20, 25% масс., N№^1 — от 50 до 180 г/л. В отдельных сериях опытов при 298 К изучено влияние концентраций аммиака и NH4С1, отношения Т : Ж, времени выщелачивания на степень извлечения цинка из шлака. Навеску шлака массой 20 г загружали в барабан мельницы с залитой аммиачной водой известной концентрации, объём которой соответствовал планируемому для данного опыта значению Т : Ж; в отдельных опытах в тот же барабан загружали расчётное количество NH4Cl. После выщелачивания в течение намеченного времени опыта расфильтровывали суспензию и в фильтрате определяли концентрацию цинка методом трилонометрии [5]:
С — содержание цинка в фильтрате, г/л;
Т — титр раствора трилона Б, равный 0,00327 г;
а — объём раствора трилона Б, пошедшего
на титрование, мл;
20 — объём пробы, взятой на титрование, мл;
V — объём жидкой
фазы в барабане мельницы, л;
т — масса навески шлака, г;
С — содержание цинка в
шлаке, % масс. по данным заводских анализов.
В серии опытов получены данные, характеризующие скорость извлечения цинка от времени извлечения и концентрации аммиака в растворе (рис. 1). Показанные на рис. 1 кинетические кривые позволяют вычислить путём графического дифференцирования скорость выщелачивания в данный момент времени и среднюю скорость выщелачивания — V за время Δt при приращении концентрации цинка в растворе на величину ΔСZn [1]:
Рисунок 1 — Кинетические кривые
Из рисунка 1 видно, что за первый час выщелачивания происходит основной прирост концентрации цинка в растворе, далее значительный рост СZn в жидкой фазе при концентрации NH3 выше 10%масс. не имеет места. Из таблицы 1, в которой приведены величина порядка реакции и константы скорости образования аммиакатов цинка при его извлечении из шлака, видно практическое постоянство константы скорости извлечения цинка из шлака аммиачной водой в области концентраций аммиака в жидкой фазе 5–10 %.
| Концентрация аммиака, % масс | 5 | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Порядок реакции | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Константа скорости, моль/сек | 0,74 | 0,75 | 0,74 | 0,75 | 0,75 |
Основные результаты эксперимента по определению степени извлечения цинка при различном составе экстрагирующего раствора и значениях Т : Ж представлены на рис. 2–4.
Из графиков рисунка 2 видно, что степени извлечения цинка возрастают с ростом концентрации аммиака в растворе, по крайней мере, для концентраций NH3 5–20 % масс. Максимальное значение степени выщелачивания цинка 25%–ной аммиачной водой за 30 минут составило 63,2%, минимальное значение для 5%–ной аммиачной воды равно 40,8%. Те же величины для раствора, содержащего 20 и 25% масс. аммиака, незначительно отличаются, почти совпадая при времени извлечения более 3 часов. Опытные данные по зависимости степени извлечения цинка от содержания NH3 в экстрагенте показывают, что содержание NH3около 20% близко к оптимуму. Ранее [2] показан заметный рост давления паров NH3над экстрагентом и его потерь при содержании NH3 в воде выше 20% масс.
Рисунок 2 — Зависимость степени выщелачивания цинка от концентрации NH3
Известно, что в присутствии хлорид–иона возрастает растворимость аммиакатов цинка в аммиачной воде [4; 6], что, вероятно, связано с различным значением произведений растворимости соединений [Zn (NН3)4] (ОН)2 и [Zn (NН3)4] С12. Из рисунка 3 видно, что влияние концентрации NН4Сl на достигаемую степень извлечения достаточно велико для практического использования, особенно для времени выщелачивания менее часа и при изменении концентрации NН4С1 с 50 до 150 г/л. Небольшая, порядка 5%, разница в значениях степени извлечения цинка при концентрациях хлорида аммония 180 и 150 г/л доказывает, что применять растворы, содержащие более 150 г/л КН4С1, нецелесообразно.
/h1>
Рисунок 3 — Зависимость степени выщелачивания цинка от времени для 5% NH3
В отдельной серии опытов изучено влияние на степень извлечения цинка величины Т:Ж в интервале 1:10 — 1:25. Результаты эксперимента представлены графиками рисунка 4. Цинк извлекали раствором, содержащим 20% масс. аммиака и 150 г/л хлорида аммония. Как показано выше, указанные концентрации компонентов близки к оптимальным.
Рисунок 4 — Зависимость степени выщелачивания цинка от времени для 25% NH3 + 180г/л Cl–
Из рисунка 4 видно, что в принятом интервале изменения Т : Ж эта величина в общем оказывает относительно небольшое влияние на степень перехода цинка в раствор. Всё же следует отметить, что наибольшая степень извлечения цинка (90%) достигнута в условиях опытов при Т : Ж равном 1 : 20, рекомендуемом и для промышленных условий.