RU2847161C1

RU2847161C1 - Способ получения цинкового купороса

Info

Publication number: RU2847161C1
Application number: RU2024137582A
Authority: RU
Inventors: Павел Александрович Козлов; Павел Александрович Митрофанов; Андрей Олегович Овсянников; Сергей Александрович Якорнов; Дмитрий Анатольевич Ивакин; Дмитрий Валерьевич Стушков; Ирина Сергеевна Вохмякова; Владимир Владимирович Присяжных
Original assignee: Негосударственное частное образовательное учреждение высшего образования "Технический университет УГМК"; Общество С Ограниченной Ответственностью "Цинкум"
Filing date: 2024-12-11
Publication date: 2025-09-29

Abstract

Изобретение относится к области получения неорганических элементов и соединений, в частности получения сульфата цинка. Способ получения цинкового купороса включает водную отмывку с добавкой перед сернокислотным выщелачиванием прокаленного вельц-оксида. В качестве добавки используют технический лигносульфонат в количестве 100-200 г/т прокаленного вельц-оксида. Обеспечивается получение цинкового купороса, соответствующего требованиям ГОСТ 8723-82. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области получения неорганических элементов и соединений, в частности получения сульфата цинка, и может быть использовано для получения цинкового купороса по ГОСТу 8723-82, потребляемого металлургией, химической, текстильной и другими отраслями промышленности.

Известен способ получения цинкового купороса (ZnSO₄*nH₂O) из свинецсодержащих пылей. Цинковый купорос получают путем сернокислотного выщелачивания пылей свинцового производства при рН=4,5 и температуре 85°С и последующего выпаривания раствора.

Недостатком указанного способа является получение смеси цинкового и медного купоросов, не отвечающих требованиям ГОСТ-8723-82 (см. Инновационный патент Республики Казахстан №25669, кл. С22В 7/00, 2012 г. Бюл. №4).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения сульфата цинка из прокаленного в окислительной среде при 800-900°С окисленного цинксодержащего материала (цинксодержащего шлама, отхода производства вискозного искусственного волокна) путем выщелачивания серной кислотой указанного прокаленного цинксодержащего материала.

Указанный способ имеет существенный недостаток: не позволяет получить цинковый купорос, соответствующий требованиям ГОСТ 8723-82 (содержание цинка в 1 сорте 37% и в высшем сорте 39%).

При выпарке раствора сульфата цинка щелочные металлы (натрий и калий) переходят в цинковый купорос и снижают содержание цинка в купоросе, которое составляет менее 37%.

В основу патентуемого способа поставлена цель - получение цинкового купороса, соответствующего требованиям ГОСТ 8723-82.

Поставленная цель достигается, тем, что в известном способе получения сульфата цинка из прокаленного цинксодержащего материала путем выщелачивания в серной кислоте перед выщелачиванием прокаленный вельц-оксид подвергают водной отмывке раствором (рН=8-9), содержащим 100-200 г технического лигносульфоната (ЛСТ) на 1 т прокаленной вельц-окиси (ПВО). Пульпу фильтруют, отфильтрованную ПВО с содержанием, %: цинка - 80-83; натрия - 0,06-0,2; калия - 0,08-0,3, влажность <10 направляют на выщелачивание раствором серной кислоты. Основные примеси (щелочные металлы калий и натрий), которые загрязняют раствор и при выпарке переходят в цинковый купорос, снижая содержания в купоросе цинка ниже требования ГОСТа, переходят в раствор при промывке. Раствор после промывки содержащий, г/дм³: цинк <1*10^-4, калий - 1,2-1,5; натрий - 1,7-1,9 направляют на утилизацию. Пульпу после выщелачивания фильтруют, раствор сульфата цинка направляют на выпарку с получением кристаллического сульфата цинка, содержащего 37-40% цинка и соответствующего требованиям, предъявляемым к цинковому купоросу по ГОСТ 8723-82. Отфильтрованный кек направляют на утилизацию с клинкером от вельцевания пылей сталеплавильного производства.

Способ осуществляется следующим образом.

Прокаленный вельц-оксид состава, %: цинк - 64-67; натрий - 2-4; калий - 2-4 подвергают водной отмывке раствором (рН=8-9), содержащим 100-200 г технического лигносульфоната (ЛСТ) на 1 т прокаленного вельц-оксида (ПВО) в реакторе при температуре 60-90°С и непрерывном перемешивании в течение 1-2 ч. Натрий и калий переходят в раствор. Пульпу фильтруют на фильтр-прессе. Раствор после промывки содержащий, г/дм³: цинк <1*10^-4, калий - 1,2-1,5; натрий - 1,7-1,9 направляют на утилизацию.

Отфильтрованную ПВО с содержанием, %: цинка - 80-83; натрия -0,06-0,2; калия -0,08-0,3; влажность <10 направляют в реактор на выщелачивание раствором серной кислоты с концентрацией 140-160 г/дм³. Цинк, содержащийся в ПВО в форме оксида цинка, реагирует с серной кислотой с образованием сульфата цинка. Раствор сульфата цинка отделяют от нерастворимых остатков (кек, содержащий продукты пылевыноса вельц-печей: железо, кремнезем, оксид кальция) на фильтр-прессе. Отфильтрованный кек направляют на утилизацию с клинкером от вельцевания пылей сталеплавильного производства.

Очищенный от щелочных металлов раствор сульфата цинка направляют на выпарку и кристаллизацию, которую проводят в печи кипящего слоя (КС) с получением полуводного цинкового купороса (ZnSO₄*0,5H₂O) или барабанный кристаллизатор с получением семиводного цинкового купороса (ZnSO₄*7H₂O).

Добавка технического лигносульфоната - отхода целлюлозно-бумажного производства, позволяет гидрофобизировать поверхность ПВО и при фильтрации снизить остаточную влажность ПВО, повысить степень отмывки от щелочных металлов до 90-95%, стабилизировать рН=8-9. При указанном рН цинк полностью остается в ПВО.

Пример. Для сравнения предлагаемого и существующего способов в промышленных условиях проводили получение цинкового купороса из прокаленного вельц-оксида состава, %: цинк - 65,4; натрий - 3,6; калий - 2,1. В реактор объемом 70 м³ подавали промышленную воду и раствор технического лигносульфоната в количестве, обеспечивающем добавку 100-200 г/т ПВО.

Лигносульфонат порошкообразный, соответствующий техническим условиям ТУ 13-0281036-15-90, или жидкий, соответствующий техническим условиям ТУ 13-0281036-029-94, разбавляли водой до соотношения Ж:Т=4:1. Раствор нагревали до температуры 60-65°С. Приготовленный раствор с определенной скоростью направляли в реактор.

Продолжительность отмывки 2 ч, температура раствора 60-65°С поддерживалась за счет подачи в реактор пара, рН=8-9. По окончании отмывки пульпа из реактора насосом подавалась на фильтрацию на фильтр-прессе (S=60 м²). Отфильтрованный кек, отмытый от щелочных металлов ПВО, с влажностью 8-9% шнеком подавался в реактор, заполненный раствором серной кислоты (С=150 г/дм³). Выщелачивание цинка проводили в течение 2 ч по достижении рН=4,9-5,1. После выщелачивания пульпа направлялась на фильтрацию на фильтр прессе (S=60 м²). Отфильтрованный раствор сульфата откачивался на выпарку, проводимую в печи КС (S=2,5 м²) при Т=220-260°С в слое. Производительность печи КС составляла 50-60 м³/сут раствора сульфата цинка. Печь обогревалась природным газом. Полученный после выпарки полуводный цинковый купорос (ZnSO₄*0,5H₂O) выгружался и затаривался в биг-бэги. Кек после выщелачивания ПВО (выход продукта от исходной ПВО 18,6%) с содержанием, %: железо - 3,6; кремнезем - 0,32; оксид кальция - 0,69; цинк - 42 направлялся на утилизацию в вельц-печь. Сточные воды после отмывки щелочных металлов содержали, г/дм³: цинк 1*10^-4, натрий - 1,8; калий - 1,4 и сбрасывались в хвостохранилище.

Для сравнения по прототипу проводили без предварительной отмывки от щелочных металлов выщелачивание ПВО с получением сульфата цинка.

Результаты в сравнении с известным способом получения цинкового купороса представлены в таблице 1.

Из приведенных в таблице 1 данных видно:

а) при снижении расхода технического лигносульфоната (ЛСТ) с 100 до 80 г/т прокаленного вельц-оксида (ПВО):

- полученный цинковый купорос не соответствует ГОСТу, содержание цинка снижается с 37,5 до 35,9%;

- увеличивается содержание цинка в сточных водах с 1*10^-4 до 5*10^-3 (превышает ПДК для водоемов);

б) при увеличении расхода более 200 г/т ПВО получается цинковый купорос по ГОСТу, но положительный эффект не увеличивается;

в) снижение рН с 8 до 7:

- не позволяет получить цинковый купорос по ГОСТу, содержание цинка в купоросе снижается с 37,1 до 36,8%;

- увеличивается содержание цинка в сточных водах с 1*10^-4 до 3*10^-3 (превышает ПДК для водоемов);

г) увеличение рН с 9 до 10:

- не позволяет получить цинковый купорос по ГОСТу, содержание цинка в купоросе снижается с 38,6 до 36,1%;

- увеличивается содержание цинка в сточных водах с 1*10^-4 до 2*10^-2 (превышает ПДК для водоемов);

д) выщелачивание прокаленного вельц-оксида без отмывки по прототипу приводит к снижению содержания цинка в купоросе с 37,5-38,6 до 35,2% и не позволяет достигнуть поставленную цель - получить цинковый купорос, соответствующий ГОСТу 8723- 82.

Таким образом, использование предлагаемого способа получения цинкового купороса по сравнению с известным позволяет удалить из прокаленного вельц-оксида щелочные металлы (натрий, калий), повысить содержание цинка в цинковом купоросе и обеспечить получение цинкового купороса, соответствующего требованиям ГОСТа 8723-82.

Claims

1. Способ получения цинкового купороса, включающий водную отмывку с добавкой перед сернокислотным выщелачиванием прокаленного вельц-оксида, отличающийся тем, что в качестве добавки используют технический лигносульфонат, являющийся отходом целлюлозно-бумажного производства, в количестве 100-200 г/т прокаленного вельц-оксида.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отмывку ведут раствором при рН=8-9.