Бокарева Е.А.

Восточно-Казахстанский Государственный Технический

Университет им.Д.Серикбаева

ЭКСТРАКЦИЯ ЦИНКА ИЗ СЛАБОКИСЛЫХ СУЛЬФАТНЫХ РАСТВОРОВ

В настоящее время широкое применение в металлургической промышленности стран дальнего зарубежья нашли экстракционные методы извлечения меди, урана и редких элементов. Экстракционные методы выделения цинка промышленного применения не нашли, хотя в последнее время интерес к ним возрастает и исследования в этом направлении проводятся в Японии, Болгарии, Румынии.

Для экстракционного извлечения цинка из растворов гидрометаллургических производств, в том числе разбавленных водных растворов (растворы выщелачивания, рудничные и сточные воды) предложены изокарбоновые кислоты, оксиоксимы, ди-2-этилгексилфосфорная кислота (Д2ЭГФК) и ее смеси с трибутилфосфатом (ТБФ), а также другие соединения. Поскольку в кислых сульфатных растворах цинк находится в форме двухвалентного катиона, то для его извлечения в органическую фазу пригодны реагенты, экстрагирующие металлы по катионообменному механизму.

Затраты энергии при переходе катиона в органическую фазу компенсируются переходом иона того же знака из органической в водную фазу.

Наиболее перспективным реагентом для извлечения цинка в настоящее время из разбавленных сернокислых растворов, является Д2ЭГФК:

Выбор Д2ЭГФК в качестве экстрагента обусловлен не только его селективностью по цинку, но и малой растворимостью в воде (около 0,03 г/л при рН=7), несомненно, сокращающей его потери.

Процесс экстракции Д2ЭГФК зависит от рН водного раствора, а интенсивность экстрагирования различных металлов убывает в следующей последовательности: Fe³⁺, Zn, Cu, Co, Ni, Mn²⁺, Mg, Ca. Значение рН исходного раствора должно быть таково, чтобы коэффициент распределения был не менее 1, и не выше того, при котором осаждаются гидроксиды или основные соли цинка. В зависимости от концентрации цинка и сопутствующих примесей экстракция цинка может удовлетворительно протекать в интервале рН=1,5-4,0.

Для исследований применялись 20 и 25% (объём.) растворы Д2ЭГФК (х.ч., японского производства) в авиационном керосине. Исследования проводились на растворах кучного выщелачивания свинцово-цинковой руды месторождений Восточного Казахстана, с содержанием цинка 2-2,2 г/л, железа 0,5-0,8 г/л (на 70-90% трёхвалентного). рН среды регулировали добавлением к продуктовым растворам гашёной извести с фильтрацией полученного осадка. Добавка извести преследовала цель не только изменение рН, но и осаждение основной примеси Fe³⁺, в виде нерастворимого гидроксида. Эксперименты проводились методом последовательной экстракции путём четырёхкратной обработки водной фазы свежими порциями экстрагента. Контактирование водной и органической фаз осуществляли в делительных воронках, в течение одной минуты.

Результаты экспериментов по изучению зависимости экстракции цинка от рН среды и концентрации реагента приведены на рисунке 1.

Ёмкость насыщения экстрагента определяли методом многоступенчатого контактирования органической фазы с раствором выщелачивания. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Результаты экспериментов показали, что полное насыщение органической фазы цинком сопровождается значительным увеличением её вязкости и ухудшением условий отделения от водного раствора, исключающим 100% использование экстрагента. Стабилизация процесса насыщения органической фазы цинком наблюдается после четвёртого цикла, а железом после седьмого.

Рисунок 1- Зависимость степени экстракции цинка от рН

Таблица 1 - Результаты экспериментов по определению ёмкости

насыщения экстрагента

Число последовательных ступеней контакта органической фазы с раствором выщелачивания (рН = 4,0)	20% Д2ЭГФК раствор в керосине		Наблюдения
	Содержание в органической фазе, г/л
	цинка	железа
1 2	4,84 8,66	0,17 0,23	Без изменений
3 4 5	10,4 11,7 11,8	0,32 0,44 0,50	Органический слой вязкий
6 7 8	11,8 11,8 12,0	0,64 0,72 0,72	Органический слой густой, киселеобразный

На основании проведённых исследований приняли, что экстракцию растворов выщелачивания с содержанием цинка 2 г/л целесообразно проводить при рН=3,5-4,0, при отношении О : В=1 : 4 и числе стадий не менее четырёх. Для исследования процесса реэкстракции был наработан органический раствор с содержанием цинка 8,2 г/л. Эксперименты по определению оптимальной концентрации серной кислоты и цинка на стадии реэкстракции вели при отношении О:В=1:1 и времени контактирования 1 минута. Определение эффективности реэкстракции в зависимости от содержания цинка в
реэкстрагенте выполняли при концентрации серной кислоты – 150 г/л. Результаты исследований приведены на рисунке 2.

Эксперименты по противоточной экстракции растворов выщелачивания, содержащих 2,18 г/л цинка, проводили с использованием 20% (объём.) раствора Д2ЭГФК, при отношении О:В=1:4. Контактирование водной и органической фаз осуществляли методом противотока в четыре стадии. При этом время контактирования составляло 1,5 минуты, рН исходного раствора -3,65, а число оборотов восемь.

В ходе экспериментов, при степени экстракции цинка 92,7%,были получены рафинаты со средним значением рН=1,5. Следует отметить, что стабилизация показателей экстракции наблюдается уже после третьего-четвёртого цикла. Выполненные исследования показали возможность экстракционного извлечения цинка из растворов кучного выщелачивания свинцово-цинковой руды.