7. Электролиз

Выделение цинка из очищенного раствора сульфата цинка с получением готового продукта осуществляют методом электролиза. Для осуществления процесса подводят электрический ток к электродам электролизной ванны: катодам (алюминиевым) и анодам (свинцовым). На катоде идет восстановление ионов Zn²⁺ из раствора до металлического состояния: Zn²⁺ + 2е → Zn⁰. На аноде электрическая энергия расходуется на разложение воды с образованием газообразного кислорода:

Н₂О – 2е → 0,5О₂ + 2Н⁺ (6.1)

Заключение

В результате выполнения данной работы мы изучили теоретические основы производства цинка. В итоге, можно сделать следующие выводы:

Металлический цинк впервые был получен из каламина, являющегося по существу карбонатом цинка ZnCO₃, этот металл теперь почти всегда получают из сульфидных руд, содержащих некоторое количество свинца и часто серебро.

Цинковые руды добываются в США, Канаде, Мексике, Австралии, Южной Америке, на юге центральной Африки, в России, Казахстане, Японии и других странах. США и Япония, будучи главными производителями цинковой руды, одновременно являются и ее крупными импортерами. Руды обогащаются либо селективным флотационным, либо мокрым гравитационным методами.

Возможности его применения обширны, и производство растет быстрыми темпами. Главными потребители цинка являются строительная индустрия, машиностроение и химическая промышленность.

Существуют два способа получения цинка: пирометаллургический и гидрометаллургический.

Технология пирометаллургического способа и аппаратурное оформление процесса связаны с особенностями восстановления цинка из оксида.

Достоинствами пирометаллургической схемы получения цинка являются ее малостадийность, сравнительно высокое прямое извлечение цинка в металл (93 %), использование высокопроизводительного оборудования непрерывного действия и возможность перерабатывать низкокачественное сырье с высоким содержанием железа, мышьяка, сурьмы и кремнезема.

Недостатки этой схемы – большой расход кокса (до 25 % от массы агломерата), большой расход электроэнергии при использовании электропечей, малая комплексность использования сырья и получение цинка низших марок, требующего рафинирования.

В настоящее время в мировой практике по пирометаллургическому способу получают не более 15 % цинка. Эта технология обычно применяется для переработки бедных цинковых концентратов с высоким содержанием примесей железа, мышьяка, сурьмы, кремнезема и с невысоким содержанием редких металлов (кадмия, индия, таллия и других), а также при небольшом объёме производства и при потребности в цинке низших марок.

Для получения цинка необходимо пройти несколько стадий таких как:

1. Обжиг цинковых концентратов – сложный гетерогенный процесс, связанный с явлением диффузии, адсорбции, десорбции и рядом различных химических взаимодействий.

2. Выщелачивания цинкового огарка и очистки растворов от примесей.

Задача выщелачивания цинковых концентратов состоит в том, чтобы возможно полнее перевести в раствор цинк и другие ценные компоненты огарка при минимальном загрязнении раствора вредными примесями.

3. Дистилляция цинка включает следующие физико-химические процессы: восстановление оксида цинка до металла; испарение (возгонка) металлического цинка; конденсацию паров металлического цинка.

4. Рафинирование чернового цинка

Применяют разные способы рафинирования цинка: рафинирование ликвацией, дистилляцией, химическое и рафинирование ректификацией.

Ликвационное рафинирование основано на изменении растворимости металлов-примесей в расплавленном цинке при охлаждении расплава с последующим выделением металлов-примесей в отдельную металлическую фазу и разделением фаз по плотности.

Для получения более чистого цинка проводят химическое рафинированиецинка от свинца металлическим натрием. Возможна частичная очистка цинка от меди, железа и свинца путем проведения двухстадийной конденсации.

Для более полного удаления свинца и некоторых других примесей может быть применена повторная дистилляция цинка или так называемая редистилляция.

С целью получения чистого цинка высоких марок применяют последовательно ликвацию и ректификацию.

Ректификация позволяет получить цинк чистотой 99,996 %, а также свинец и кадмий в отдельных продуктах.