Получение сульфата цинка на основе местных сульфидных руд

Сульфат цинка (гептагидрат сульфата цинка ZnSO₄·7Н₂O, цинковый купорос) применяется в качестве минерального удобрения, как минеральная добавка к кормам, при производстве минеральных красок; как отбеливатель для бумаги; при производстве различных лекарств, в том числе в стоматологии; в металлургии, гальванотехнике; в производстве дрожжей, пива, кожаных изделий, для пропитки дерева [7; 8].

Крупнейшими производителями цинка являются Китай, Канада, Австралия [5]. Эти же страны – основные экспортеры цинка. Крупнейшие импортеры цинка – США, Тайвань, Германия. Крупнейшими потребителями цинка являются (млн т в год): Китай (1,3-1,4), США (1,1-1,3), Япония (0,7-0,8), Германия (0,4), Великобритания (0,3), Франция (0,2-0,24), Бельгия, Канада, Италия, Австралия, Индия – по 0,1-0,17.

Условия проведения экспериментов полностью имитируют производственные условия. Анализ исходной руды, промежуточных и конечных продуктов проводили известными и применяемыми на предприятии методами анализа [1-4; 6].

Сульфид цинка ZnS можно растворить только в концентрированной серной кислоте при нагревании. При этом выделяется токсичный сероводород:

ZnS + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂S.

На кислотную переработку поступают сульфидные цинковые концентраты, содержащие, %: 39,45-40,50 Zn; 1,60-1,65 Fe; 3,01-3,06 Рb; 0,78-0,82 Cu; 13,00-13,50 Si; 0,40-0,42 Cd.

В ходе обжига образуется некоторое количество силикатов (nZnO*mSiO₂), ферритов (xZnO*yFe₂O₃) и алюмината (ZnO*Al₂O₃) цинка, малорастворимых в растворax серной кислоты. Их растворимость возрастает по мере повышения концентрации H₂SO₄ и температуры раствора. Так, для перевода в раствор цинка из ферритных соединений необходима концентрация H₂SO₄ 200-300 г/л и температура 80-90 °С.

Кроме цинка, в концентрате находятся соединения железа, меди, кадмия, свинца, никеля, кобальта, марганца, бария, кальция, алюминия и других металлов. Кадмий близок по свойствам к цинку, его оксид CdO хорошо растворим в сернокислых растворах. Из огарка в раствор переходит 85-90% Cd.

Медь находится в концентрате в виде оксидов (СuО, Сu₂O), ферритов (nCuO*mFe₂O₃), силикатов (xCu₂O X ySi0₂). Наиболее легко растворяется СuО с образованием CuSO₄. Ферриты меди также труднорастворимы, как и ферриты цинка. При выщелачивании огарка в раствор переходит около половины меди, вторая половина остается в кеке.

Кроме того, разработан метод, при применении которого обходятся без стадии обжига, получая сульфат цинка непосредственно из концентрированной сульфидной руды цинка. Для этого используются условия, соответствующие для руд с содержанием цинка в сульфидном состоянии. Разработанный способ позволяет извлекать 99% цинка в руде, используя давление свыше 10 атмосфер и температуру около 420°К. Присутствие железа в рудном концентрате является важным фактором в этом методе, поскольку оно частично отвечает за конверсию сульфида цинка в сульфат цинка.

Сульфат (II) железа окисляется до сульфата (III) железа в горячем кислотном условии.

После этого окисленный сульфид цинка к сульфату цинка и обратно к сульфату (II) железа.

Сульфид цинка реагирует с серной кислотой в данных условиях:

Как показано в уравнении, в процессе также образовывается элементарная сера, и это можно использовать для получения серной кислоты.

Таким образом, проведенные исследования показали, что имеются все возможности для производства сульфата цинка в Республике Узбекистан. Исходя из литературных источников и проведенных экспериментальных работ, можно сделать вывод о возможности получения сульфата цинка в производственных условиях.