Тема дипломной работы: Проектирование отделения выщелачивания цинкового огарка на базе УК МК ТОО «Казцинк»

_{Сегодня Казахстан является одной из крупных
стран мира в области металлургии тяжелых цветных металлов. По производству
меди, цинка и свинца страна входит в первую десятку стран планеты. Так, по
данным 2019 года объемы экспорта и валютных отчислений составили: меди – 392,5
тыс. т (575,8 млн. долл. США), цинка – 262,2 тыс. т (156,1 млн. долл. США),
свинца – 135,8 тыс. т (54,9 млн. долл. США). Поэтому повышение технологического
уровня и освоение новых инновационных процессов в этой важнейшей отрасли
цветной металлургии имеет стратегическое значение для нашей республики.
Цветная
металлургия является ведущей отраслью промышленности суверенного Казахстана и
от ее состояния зависит развитие всей экономики республики.
Экономика
цветной металлургии стран СНГ и Казахстана работает в режиме рыночных
отношений. Сложившиеся до перехода к рыночным отношениям хозяйственные связи
полностью распались, что привело к спаду производства ввиду нехватки сырья,
материалов и оборудования, к затруднению в сбыте готовой продукции. Повышение
цен на энергоносители привело к росту издержек производства и цен на цветные
металлы.
Истощение
богатых и легкодоступных месторождений вынуждает переходить к разработке
месторождений с менее конциционными рудами, расположенными в отдаленных
труднодоступных районах, расширению объемов использования лома и отходов
производства.
Все
эти недостатки сказались на замедлении темпов внедрения новой техники и
технологии, развитии научных исследований.
Рост издержек производства
на предприятиях цветной металлургии стран дальнего зарубежья компенсируется
переходом от ресурсоемкого типа воспроизводства к ресурсоэкономному, что
обеспечивается внедрением эффективных энерго-, материало-, капитало-,
трудосберегающих малоотходных и безотходных технологий, автоматизации
производственных процессов на основе средств электронно-вычислительной и
микропроцессорной технике, повышением извлечения ценных компонентов,
комплексности использования сырья и качества продукции.}

2.2.8 Схемы и способы выщелачивания

Все применяемые в мировой практике гидрометаллургии цинка технологические схемы для выщелачивания обожженного концентрата и возгонов различаются тремя основными особенностями: способом выщелачивания (непрерывный или периодический), количеством стадий (одно-, двух- и трехстадийные схемы) и кислотным режимом (концентрацией серной кислоты в растворе).
При непрерывном процессе выщелачивания огарок (или возгоны) и кислый раствор поступают на выщелачивание непрерывно в заданном массовом или объемном соотношении. При этом пульпа проходит серию последовательно установленных чанов с пневматическим или механическим перемешиванием. Регулирование режима выщелачивания осуществляют путем изменения соотношения исходных материалов. Непрерывный способ применяют на Усть-Каменогорском, Челябинском, Риддерском заводах и на заводе «Электроцинк».
Непрерывный способ выщелачивания позволяет с высокой эффективностью использовать гидрометаллургическое оборудование, так как при этом исключаются про¬стои на заполнение и опорожнение аппаратуры, можно осуществить полную автоматизацию управления техно¬логическим режимом, максимально сохранить тепло экзотермических реакций для последующих производственных операций. Однако этим способом можно успешно перерабатывать только высокосортное сырье стабильно¬го состава. Переработка сырья низкого качества и пере¬менного состава приводит зачастую к серьезным расстройствам технологического процесса. Непрерывный процесс выщелачивания требует также большого объема циркулирующих растворов для транспортирования огарка.
Периодический процесс характеризуется, прежде всего, прерывистым проведением операции выщелачивания и порционной дозировкой цинксодержащего материала и серной кислоты. В качестве оборудования для периодического процесса обычно используют чаны с механическим и реже с пневматическим перемешиванием. Каждая операция выщелачивания состоит из загрузки в чан очередной порции серной кислоты (отработанного электролита), оборотных растворов, обожженного концентрата перемешивания их в течение определенного времени и выгрузки готовой пульпы в аппараты для отстаивания или фильтрации.
Периодическое выщелачивание особенно пригодно для переработки низкосортного и сложного по составу сырья, так как оно обеспечивает возможность более жесткого контроля хода процесса и качества готовой пульпы. Периодический процесс позволяет с большой гибкостью регулировать технологический режим выщелачивания, быстро приспосабливая его к меняющемуся характеру сырья. Вместе с тем использование экзотермического тепла реакций и основного оборудования здесь ниже, чем при непрерывном выщелачивании.
Рассматривая непрерывный и периодический способы выщелачивания можно констатировать следующее. Главными преимуществами непрерывного процесса являются:
- большая производительность оборудования (устраняются простои на загрузку и выгрузку);
- возможность полной автоматизации процесса;
- проведение выщелачивания при низкой начальной кислотности раствора.
К недостаткам этого способа следует отнести:
- невозможность переработки загрязненных примесями низкосортных концентратов;
- необходимость высококвалифицированного обслуживания и постоянного характера сырья.
Периодический способ выщелачивания имеет свои серьезные недостатки. При нем допускаются простои оборудования под загрузкой и выгрузкой, выщелачивание ведется при высоконачальной кислотности раствора, труднее поддается автоматизации.
Важными преимуществами этого способа следует считать:
- большая степень растворения огарка в нейтральной ветви и малая нагрузка на кислую ветвь;
- универсальность, возможна переработка любых даже самых низкосортных концентратов с большим содержанием мышьяка, кремнезема и меди;
- жесткий контроль технологического процесса почти исключающего появления брака;
- высокое качество растворов;
- низкая квалификация обслуживающего персонала;
- возможность резкого сокращения расхода марганцевой руды для ок-исления железа.
При одностадийном выщелачивании огарок или возгоны обрабатывают в одну стадию отработанным электролитом с добавкой небольшого количества оборотных промывных вод. Кислотность применяемой смеси растворов мало отличается от концентрации серной кислоты в отработанном электролите. Операция одностадийного выщелачивания может проводиться как в одном, так и в нескольких аппаратах в зависимости от способа растворения огарка или возгонов.
При периодическом одностадийном процессе вначале проводят растворение исходных материалов, при котором кислотность раствора снижается до 2 - 3 г/л (первая ступень). Затем, не прерывая перемешивания, нейтрализуют остаточную кислотность добавкой исходного материала с целью гидролитического осаждения примесей (вторая ступень). При непрерывном одностадийном процессе в головной реактор задают такой избыток огарка, который быстро снижает кислотность пульпы до указанной выше концентрации. В обоих случаях после отделения от твердого остатка — кека — нейтральный раствор направляют на дальнейшую очистку от примесей и на электролиз.
По одностадийной технологической схеме ввиду, вывода примесей в кек без его повторной обработки серной кислотой и почти полного отсутствия циркуляции примесей из-за незначительного их содержания в оборотных промывных водах получают относительно более чистый, чем по другим схемам, нейтральный раствор. Количество технологического оборудования при этом невелико. Схема отличается простотой, универсальностью (особенно при периодическом процессе) и высокой производительностью труда. Однако для ее осуществления нужно иметь хорошо подготовленный, тонко измельченный огарок, так как вторая ступень выщелачивания проводится с его избытком, который почти полностью остается в твердом остатке, снижая тем самым прямое извлечение цинка в раствор.
По этой причине до последнего времени одностадийная схема выщелачивания не имела широкого распростране¬ния. После разработки и освоения ярозит-процесса для гидрометаллургической переработки цинковых кеков этот недостаток схемы стал компенсироваться более вы-соким извлечением цинка из остатка от выщелачивания. Поэтому на зарубежных цинковых заводах одностадий¬ную схему в чистом виде чаще применяют там, где она сочетается с высокотемпературным выщелачиванием цинкового кека.
Двустадийная схема является в настоящее время наиболее распространенной. На первой стадии обычно осуществляют нейтральное выщелачивание, на второй - кислое.
На нейтральное выщелачивание поступают: часть отработанного электролита, фильтраты кислого выщелачивания вместе с кислым раствором, оборотные растворы, промывные воды и огарок. При нейтральном выщелачивании преследуют цель очистки растворов сульфата цинка от примесей же¬леза, алюминия, мышьяка, сурьмы, кремнекислоты методом гидролиза, что можно провести лишь в нейтральной среде (pН = 5,2 - 5,4). При нейтрализа¬ции растворов выделяется тепло, нагревающее жидкость до 50–600С, кото¬рое способствует переводу коллоидного кремнезема в кристаллическую мо-дификацию, также коагулируются выпадающие из раствора гидрооксиды ме¬таллов. Выщелачивание проводят в пневматических или механических агита¬торах. Нейтральная пульпа после классификатора (отделяются пески) посту¬пает на сгущение. Верхний слив сгустителя направляют на очистку от приме¬сей и электролиз, а нижний слив вместе с песками - на кислое выщелачивание.
Таким образом, в процессе выщелачивания получаются:
а) нейтральные растворы от первого выщелачивания, поступающие на дальнейшую переработку;
б) кислые растворы (слив сгустителей, фильтраты), оборотные и про-мывные воды, поступающие на нейтральное выщелачивание;
в) сгущенный промытый осадок от кислого выщелачивания - кек.
Преимуществом двустадийной схемы является более высокое извлечение в раствор цинка и других ценных компонентов. Однако при этом на стадии нейтрального выщелачивания необходимо глубокая гидролитическая очистка растворов от таких вредных примесей как железо, мышьяк, сурьма, кремнекислота и других, поступающих с растворами кислой ветви выщелачивания. Необходимость в дополнительном технологическом оборудовании, значительная циркуляция твердого с верхним сливом кислых сгустителей снижают преимущество двустадийной схемы. Значительное влияние на технико-экономические показатели двустадийной схемы выщелачивания оказывает качество цинкового сырья – для переработки низкосортного сырья применение этой технологической схемы существенно затруднено.
Способ одностадийного выщелачивания огарка позволяет получить слив сгустителей с меньшей концентрацией гидролизуемых примесей, требует меньшего количества технологического оборудования и дает возможность перерабатывать более низкокачественное сырье. Однако извлечение цинка из сырья при этом способе несколько ниже (примерно 0,3 – 0,5 %) по сравнению с его выщелачиванием в две стадии. Последние годы на некоторых отечественных заводах освоена технология противоточной промывки цинковых кеков в сгустителях. Способ одностадийного выщелачивания огарка противоточной промывкой цинковых кеков в сгустителях аппаратурно и технологически разработан и внедрен на Алмалыкском цинковом заводе.
Способ автоклавного выщелачивания. Несмотря на постоянное совершенствование гидрометаллургических схем по производству цинка, ряд серьезных недостатков заставляют искать новые способы извлечения цинка. Одним из наиболее перспективных процессов переработки сульфидного сырья является процесс, разработанный канадскими фирмами («Шеррит-Гордон» и «Коминко»), основанный на прямом окислительном кислородном выщелачивании сульфида цинка из концентратов различного состава в многокамерных автоклавах с получением раствора сульфата цинка и элементарной серы. Практика подтвердила жизнеспособность и эффективность этой технологии, отвечающей требованиям современного металлургического производства. В отличие от традиционной гидрометаллургической технологии этот способ дает возможность перерабатывать разнообразные сульфидные концентраты, в том числе медно-свинцово-цинковые, повысить прямое извлечение цинка до 96-99 %, ликвидировать передел обжига и переработку кеков выщелачивания, получать элементарную серу вместо сернистых газов, что позволяет избежать загрязнения атмосферы и обязательной организации сернокислотного производства при цинковых заводах.
Существенным достоинством технологии является возможность сочетания ее с традиционной гидрометаллургической схемой, это особенно важно при переработке на одном предприятии концентратов различного состава.