4 Оборудование процессов выщелачивания цинкового огарка и очистки растворов от примесей
Для осуществления процессов выщелачивания цинкового огарка и очистки растворов от примесей используют стандартное гидрометаллургическое оборудование: агитаторы, пачуки, сгустители для разделения пульп и фильтры различной конструкции.
Для непрерывного выщелачивания обычно применяют агитаторы с пневматическим перемешиванием (пачуки). Пачук (рис. 4.1) – это цилиндрический чан с коническим днищем, изготовленный из дерева, нержавеющей стали или железобетона и футерованный внутри листовым свинцом или кислотостойкой керамикой для защиты от разрушающего действия кислых растворов. Высота чана составляет 6–10 м, диаметр – 3–4 м, рабочий объем чана – 40–100 м3. Дно чана выполнено коническим для предотвращения застоя циркулирующей в нем пульпы.
Рисунок 4.1 Схема пачука:1.корпус из желе;2.зобетона;3.футеровка; 4.загрузочный;5.желоб; 6.крышка; 7.выпускной желоб;8. змеевики; 9. аэролифт; 10. крепление;трубы;11.сопло;12.разгрузочный патрубок
В центре чана установлена вертикальная труба-аэролифт, по которой
снизу подают сжатый воздух (0,2–0,25 МПа). Воздух, смешиваясь с пульпой, образует легкую смесь пузырьков воздуха и пульпы, которая вытесняется снизу более тяжелой пульпой и выбрасывается на поверхность пульпы. С наружной стороны аэролифта более тяжелая, не насыщенная воздухом пульпа опускается вниз и снова поступает в аэролифт.
В результате этого достигается интенсивная циркуляция перемешиваемой пульпы, способствующая протеканию основных процессов выщелачивания: в нейтральном цикле – гидролиза и нейтрализации образующейся при этом кислоты; в кислом цикле – растворения окисленных соединений цинка
и других металлов, присутствующих в огарке, и окисления железа (II) и других окисляющихся соединений.
Для обеспечения необходимой продолжительности выщелачивания устанавливают несколько последовательно соединенных пачуков. Исходную пульпу подают в головной пачук, а из последнего пачука пульпу направляют в сгустители.
При периодическом выщелачивании огарка и очистке раствора методом цементации процесс проводят в агитаторах с механическим перемешиванием. Агитатор или мешалка состоит из цилиндрического корпуса с коническим днищем и перемешивающего устройства. Внутреннюю поверхность корпуса футеруют листовым свинцом или кислотостойким кирпичом на кислотостойком цементе, подслой делают из рубероида или полиизобутилена.
Емкость механического агитатора достигает 150 м3.
Перемешивающее устройство состоит из пропеллерной мешалки, вы-
полненной из кислотоупорной стали, и диффузора. Применение диффузора способствует интенсивному перемешиванию. Внутри диффузора пульпа движется сверху вниз, снаружи поднимается снизу вверх и сливается в диффузор через окна. Для защиты от агрессивного и абразивного воздействия пульпы диффузор и пропеллер мешалки гуммируют кислотостойкой резиной.
Иногда агитаторы оборудуют змеевиками из кислотоупорной стали, по которым подают пар для нагревания пульпы во время выщелачивания. Пульпу, полученную при выщелачивании обожженного цинкового концентрата (нейтральную и кислую) и очистки растворов от примесей, разделяют на твердую и жидкую фазы. Для разделения фаз применяют отстаивание (сгущение) и фильтрацию.
Рисунок 4.2 Схема сгустителя
где, 1 – укрытие сгустителя; 2 – железобетонный чан с футеровкой, гидроизоляцией и кислотоупорной керамикой; 3 – перегребающий механизм;4 – узел выпуска нижнего слива; 5 – сливной желоб для верхнего слива; 6 – приемник исходной пульпы; 7 – привод.
Сгуститель (рис. 4.2) представляет собой чан диаметром 10–18 м и высотой 4–5 м с подвешенным на ферме перегребающим устройством. Чан изготовляют из дерева, железобетона или листовой стали и футеруют кислотоупорным кирпичом по рубероиду или полиизобутилену. Днище сгустителя делают с небольшим уклоном (8–15°), что помогает оседающему твердому материалу передвигаться к центральному разгрузочному отверстию. Этому же способствует перегребающий механизм, состоящий из привода и вертикального вала с прикрепленной к нему крестовиной с гребками. Перегребающий механизм выполняют из кислотостойкой стали либо гуммируют.
Пульпу, содержащую 50–100 г/л твердого, подают в приемник с решеткой для улавливания из пульпы случайных предметов (тряпок, щепок).
В сгустителе твердые частицы пульпы оседают на дно, собираются перегребающим механизмом к центру аппарата и выгружаются, а жидкая фаза пульпы вытесняется вновь поступающей более тяжелой пульпой вверх и переливается в кольцевой желоб. Для интенсификации процесса отстаивания в пульпу добавляют полиакриламид (ПАА) или другие флокулянты, способст-вующий агрегации мелких частиц в более крупные и тяжелые флокулы. Слив сгустителя, почти не содержащий твердого, направляют на очистку, а сгущенную пульпу с отношением ж:т = 2:3 подвергают фильтрации.
Производительность сгустителя нейтрального цикла составляет 2,5–4,0 м3осветленного раствора на 1 м2 в сутки, кислого цикла 6–7 м3 на 1 м2 в сутки.
В сгущенной пульпе содержится твердого от 20 до 50 %, в нейтральном сливе – 1–2 г/л, в кислом – 30–50 г/л.
Для первой стадии фильтрации сгущенной пульпы применяют рамный
вакуум-фильтр периодического действия. Он состоит из нескольких железобетонных бункеров, покрытых изнутри кислотостойкой футеровкой, и нескольких фильтрующих «корзин». Корзина представляет собой набор фильтрующих элементов – рам (10–20 рам).
Раму составляет деревянный брус, к которому прикреплена медная изогнутая труба диаметром 25 мм. Один торец трубы заглушён, другой соединен с вакуум-насосом. Нижний горизонтальный участок трубы перфорирован. Между трубой и деревянным брусом установлены деревянные рифленые планки. Всю раму обтягивают фильтровальной тканью. Размер рамы 2,5×3 м. При работе вакуум-насоса внутри тканевого мешка создается разрежение, в результате чего жидкость просачивается сквозь ткань, стекает по бороздкам деревянных планок вниз и отводится через отверстия трубы. Твердые частицы пульпы задерживаются тканью и образуют на ней осадок (кек).
Корзину с рамами мостовым краном погружают в бункер с пульпой, перемешиваемой воздухом. Включают вакуум. Жидкая фаза пульпы под действием разрежения проходит внутрь рам и по трубам отводится в вакуум-ресивер, в котором с помощью вакуум-насоса поддерживается постоянное разрежение. Фильтрат скапливается на дне ресивера, откуда перекачивается в чан-сборник.
Когда слой кека на поверхности рам достигнет толщины 30–40 мм, корзину поднимают краном и, не выключая вакуума, чтобы не отпал кек, переносят в промывной бункер. Для удаления цинкового раствора, содержащегося в порах кека, через кек фильтруют воду. После промывки и подсушки кека вакуум отключают, в фильтр вводят сжатый воздух, и кек сбрасывают в бункер с промывной водой. Корзину с рамами возвращают в бункер с пульпой на новой цикл фильтрации. Кек в промывном бункере репульпируют и откачивают на вторую стадию фильтрации. Производительность рамного фильтра по сухому кеку составляет около 0,3 т/сут на 1 м2 фильтрующей поверхности. Влажность кека равна 40 %.
Вторую стадию фильтрации проводят на дисковых вакуум-фильтрах непрерывного действия. Дисковый фильтр состоит из нескольких фильтрующих дисков, вращающихся на центральном валу в металлическом корыте специальной формы. Каждый диск имеет 8–10 отдельных секторов, изготовленных из дерева. На сектора надеты мешки из фильтровальной ткани. В полом валу внутри вдоль стенок отлиты продольные каналы по числу секторов в диске с отверстиями для подсоединения секторов всех дисков. Другой конец каналов соединен с распределительной головкой, к которой подведены трубы вакуумной линии и сжатого воздуха.
Во время работы фильтра часть диска погружена в пульпу. При опускании сектора диска в пульпу автоматически к нему подводится вакуум, и происходит набор кека, пока сектор погружен в пульпу. Когда сектор привращении диска выходит из пульпы, осуществляется сушка кека просасываемым воздухом. Перед очередным погружением сектора в корыто фильтра в него автоматически подается сжатый воздух, который сбрасывает (отдувает) кек. Полнота съема кека с фильтрующей поверхности обеспечивается специальными ножами.
Производительность дискового фильтра по сухому кеку составляет 1–2 т/сут на 1 м2 фильтрующей поверхности. Влажность кека равна 30–35 %. На ряде зарубежных заводов для фильтрации сгущенной пульпы используют барабанные фильтры.
Барабанный фильтр непрерывного действия состоит из вращающегося барабана с перфорированной боковой поверхностью, покрытого снаружи фильтровальной тканью и разделенного на ряд ячеек, резервуара с пульпой, в который барабан погружен частью своей поверхности, системы труб внутри барабана для отвода жидкости из ячеек, источников вакуума и сжатого воздуха, цапф, поддерживающих барабан на опорах с подшипниками, распределительных головок, через которые в ячейки барабана подается сжатый воздух или в них создается разрежение, ножей, срезающих осадок с фильтровальной ткани, электродвигателя, редуктора и зубчатой передачи для вращения барабана и привода для перемешивания пульпы в резервуаре.
Ячейки барабана при движении по окружности присоединяются в определенной последовательности к источникам вакуума или сжатого воздуха.
Под действием вакуума жидкость проходит через фильтровальную ткань и по трубам направляется в сборник. На поверхности ткани образуется осадок из твердых частиц пульпы. Ячейка барабана проходит затем зоны обезвоживания и промывки, присоединенные с помощью распределительной головки к источнику вакуума, а также зоны удаления осадка и регенерации фильтровальной ткани, находящиеся под давлением воздуха. Осадок на ткани разрыхляется и ножом отделяется от нее. Более тонкие слои осадка снимают бесконечными шнурами, расположенными с шагом до 25 мм и огибающими барабан фильтра.
Производительность вакуум-фильтра зависит от многих факторов: величины погружения фильтрующей поверхности в пульповую ванну и частоты ее вращения; свойств пульпы (крупности твердых частиц, вязкости, температуры, содержания твердой и жидкой составляющих пульпы); качества фильтровальной ткани и способа ее очистки; величины вакуума и качества отдувки кека.
Основной аппарат для фильтрации пульп с небольшим содержанием твердого (1–5 г/л) – фильтр-пресс. На нем фильтруют пульпу после очистки раствора от примесей, а также слив нейтральных сгустителей. На металлической станине фильтр-пресса установлены пустотелые рамы и сплошные рифленые плиты (из чугуна или дерева). Между каждой плитой и рамой зажата фильтровальная ткань. Рама с двумя плитами является фильтровальной ячейкой. В раму под давлением 0,2–0,3 МПа нагнетают пульпу. Твердые частицы остаются внутри рамы, а раствор проходит через фильтроткань и стекает порифленой поверхности плиты в желоб.
По мере накопления кека в рамах и забивания ткани тонкими частица-ми осадка скорость фильтрации уменьшается, вплоть до остановки фильтрации. Тогда прекращают подачу раствора, продувают рамы сжатым воздухом, ослабляют зажим, обеспечивающий герметичное прилегание плит к рамам, плиты и рамы разводят и очищают от кека. Фильтроткань промывают или заменяют новой. Сборку, разборку фильтра и снятие осадка производят вручную. Зажим набора рам и плит осуществляют с помощью гидравлического или механического привода. Общая фильтрующая поверхность фильтр-прессов составляет 80–100 м2. Производительность фильтр-пресса при фильтрации пульпы медно-кадмиевой очистки равна 5–10 м3/сут на 1 м2 фильтрующей поверхности.
Сгущение и фильтрация пульп цинкового производства вызывают большие трудности, препятствуют увеличению производительности этих цехов и не позволяют осуществить комплексную автоматизацию процессов выщелачивания обожженного материала и очистки растворов.
Автоматизировать работу периодически действующих рамных вакуум-
фильтров и фильтр-прессов невозможно. Поэтому ведутся многочиленные исследования по разработке и освоению новой аппаратуры для отделения жидкого от твердого.
Для фильтрации пульп, полученных при выщелачивании цинкового огарка, были испытаны различные типы центрифуг непрерывного действия: фильтрующие, отстойные. Но все они оказались непригодными для этой цели. Производительность их при фильтрации пульп цинкового производства была низкой, а расход электроэнергии высоким, поэтому они менее экономичны, чем сгустители и рамные вакуумные фильтры. На одном из заводов США установлены фильтры-сгустители. Конструкция этого аппарата позволяет одновременно проводить в нем процессы сгущения и фильтрации.
Испытания этого аппарата на отечественном заводе показали, что при фильтрации нейтральной пульпы от выщелачивания обожженного концентрата производительность фильтров-сгустителей намного больше, чем сгустителей. К недостаткам аппарата относятся высокий расход фильтроткани и большие затраты труда на обслуживание, что определило его малую эффективность. Видимо, по этой причине фильтр-сгуститель не получил распространения ни у нас, ни за рубежом.
Для улучшения показателей сгущения используют поверхностно-активные вещества – флокулянты, способствующие агрегации мелких частиц в более крупные флоккулы. В настоящее время на большинстве заводов используется полиакриламид (ПАА), но ведутся исследования других, более эффективных флокулянтов (санфлок, флокатон).