Способ удаления хлорида из раствора сульфата цинка

СПОСОБ УДАЛЕНИЯ ХЛОРИДА ИЗ РАСТВОРА СУЛЬФАТА ЦИНКА Изобретение относится к способу удаления хлорида из раствора сульфата цинка в процессе производства цинка. Согласно этому способу хлорид удаляют из раствора с помощью одновалентной меди, которую получают на отдельной стадии образования оксида меди(I), где рН регулируют в диапазоне 4,5-5. Область техники Изобретение относится к способу удаления хлорида из раствора сульфата цинка, осуществляемому в связи с производством цинка. В соответствии с предлагаемым способом хлорид удаляют из раствора с помощью одновалентной меди, которую получают на отдельной стадии образования оксида меди(I), на которой рН регулируют в диапазоне 4,5-5. Уровень техники Получение цинка из раствора сульфата цинка обычно осуществляют электролитическим способом. При электролизе цинка хлорид является довольно вредным веществом, поскольку он вызывает коррозию поверхностей катодов в такой степени, что возникают проблемы при отделении цинковой пластины от катода. На существующем уровне техники известен патент США 4005174, который описывает удаление хлорида из раствора, полученного при выщелачивании шлака, образующегося при электролитическом осаждении цинка в растворах серной кислоты. Количество серной кислоты в растворе регулируют таким образом, чтобы рН раствора всегда был ниже 2,6. Удаление хлорида проводят с использованием оксида меди(I) (Cu2O). В этой публикации представлены три возможности образования оксида меди(I) в растворе сульфата цинка, и все способы удаления представлены посредством одной схемы технологического процесса. Согласно первому альтернативному варианту на стадии удаления хлорида добавляют сульфат меди и цинковый порошок, реагирующие с образованием оксида меди(I), который затем дополнительно реагирует с хлоридом, с получением хлорида меди, осаждающегося из раствора. Согласно второму способу в раствор добавляют сульфат меди и порошок металлической меди и в результате реакции между ними также образуется одновалентная медь. Согласно третьему альтернативному варианту к раствору добавляют оксид меди(I), который реагирует с хлоридом. Все эти альтернативы поддерживают условия,в которых после удаления хлорида в растворе должно оставаться по меньшей мере 0,5 г/л сульфата меди. Хлорид вымывают из осадка хлорида меди раствором гидроксида натрия, образованный раствор хлорида натрия удаляют и полученный оксид меди(I) снова направляют на удаление хлорида. Избыток меди в растворе сульфата цинка, присутствующий после удаления хлорида, удаляют посредством цементирования его на цинковом порошке, а полученную металлическую медь окисляют посредством серной кислоты и воздуха до сульфата меди, который снова направляют на стадию удаления хлорида. На практике было обнаружено, что подача оксида меди(I) непосредственно на стадию удаления хлорида представляет собой самый быстрый путь удаления хлорида из раствора, поскольку при подаче сульфата меди и цинкового порошка в раствор сульфата цинка обычно сначала идет реакция, в которой медь восстанавливается до металлической меди, и только после этого она окисляется до оксида. Образование оксида меди(I) в растворе сульфата цинка в способе по патенту США 4005174 возможно является довольно медленным, поскольку указано, что рН раствора должен быть ниже 2,6, а эта величина является слишком низкой для эффективного образования оксида меди(I). Было также обнаружено, что в дополнение к оксиду меди(I), образующемуся при отмывке хлорида, следующей за удалением хлорида, также образуется металлическая медь, которая продолжает циркулировать в процессе, пока ее не выщелочат и не удалят. На существующем уровне техники известен также способ по Финской патентной публикации FI 117246, которая описывает как удаление хлорида с помощью оксида меди(I), так и удаление меди ионным обменом из концентрированного раствора сульфата цинка. Этот способ особенно пригоден для исходных растворов, имеющих достаточно высокую концентрацию меди для того, чтобы содержащуюся в растворе медь можно было использовать для получения оксида меди(I), применяемого для удаления хлорида из раствора. Использование меди в исходном растворе дополнительно оптимизируют путем рециркуляции. Цель данного изобретения Целью разработанного способа является удаление хлорида из концентрированного раствора сульфата цинка с помощью оксида меди(I), особенно в случае, когда количество меди в растворе сульфата цинка, который подлежит очистке, является таким низким, что его одного недостаточно для удаления хлорида. В способе по данному изобретению стадии процесса расположены таким образом, чтобы достигать самого быстрого возможного удаления хлорида с применением наименьшей возможной рециркуляции меди между различными стадиями процесса. Краткое описание изобретения Существенные признаки данного изобретения очевидны из прилагаемой формулы изобретения. Предлагаемое изобретение относится к способу удаления хлорида из концентрированного раствора сульфата цинка с помощью оксида меди(I), при котором из раствора сульфата цинка отводят поток, который охлаждают и направляют на стадию удаления хлорида. Удаление хлорида осуществляют посредством оксида меди(I) (Cu2O), который получают на отдельной стадии получения оксида меди(I) путем восстановления сульфата меди, содержащегося в растворе сульфата цинка, подаваемом на эту стадию, и дополнительно сульфата меди, подаваемого на эту стадию, до оксида меди(I) посредством цинкового порошка в диапазоне рН 4,5-5. Для способа по данному изобретению является типичным, чтобы раствор, выходящий со стадии удаления хлорида, подвергали отделению твердого вещества от жидкости и чтобы образованный осадок хлорида меди направляли на промывку гидроксидом с целью получения раствора хлорида натрия и осадка, содержащего оксид меди(I) и металлическую медь. Для способа по данному изобретению также является типичным, чтобы осадок, выходящий со стадии промывки гидроксидом, выщелачивали на стадии выщелачивания меди серной кислотой в присутствии содержащего кислород газа и чтобы образованный кислый раствор сульфата меди направляли на стадию удаления хлорида. Согласно одному из воплощений данного изобретения часть сульфата меди, образованного на стадии выщелачивания меди, направляют на стадию образования оксида меди(I). Согласно другому воплощению данного изобретения часть осадка, выходящего с промывки гидроксидом, направляют на стадию образования оксида меди(I). Согласно дополнительному воплощению данного изобретения рН на стадии образования оксида меди(I) регулируют с помощью гидроксида натрия. Перечень чертежей Чертеж представляет собой технологическую схему способа по данному изобретению. Подробное описание изобретения Данное изобретение относится, в частности, к способу удаления хлорида из концентрированного раствора сульфата цинка, в котором концентрация меди в растворе сульфата цинка, подлежащем обработке, является такой низкой, что ее недостаточно для использования с целью удаления хлорида из раствора до уровня достаточно низкого, чтобы он удовлетворял требованиям электролиза. Термин "концентрированный раствор сульфата цинка", или "исходный раствор", который используют в тексте данного описания, означает раствор, в котором количество цинка составляет в диапазоне от 30 до 200 г/л. Согласно данному способу часть загрязненного раствора сульфата цинка отводят в виде потока для удаления хлорида. Раствор, отведенный в виде потока, направляют на стадию 1 охлаждения, где его охлаждают до температуры максимум 45 С. В результате охлаждения из раствора также выкристаллизовывается гипс, и его можно подавать рециклом в необходимую точку процесса или удалить из контура. Охлажденный раствор направляют на стадию 2 удаления хлорида, где в раствор подают осадок оксида меди(I), полученный на отдельной стадии 4 образования оксида меди(I). Этот осадок может также содержать металлическую медь. Удаление хлорида осуществляют в диапазоне рН 1,5-3,9. Хлорид в растворе реагирует с оксидом меди(I), подаваемым в него, и образует хлорид меди CuCl, который выпадает в осадок. Для удаления хлорида меди раствор подвергают отделению 3 жидкости от твердого вещества. Раствор, из которого удален хлорид меди, все еще содержит некоторое количество двухвалентной меди Cu2+, количество которой зависит от уровня, до которого осуществляли очистку от хлорида. Количество меди обычно составляет примерно 800-1200 мг/л. Большую часть этой меди удаляют из раствора перед тем, как ее снова направляют в основной поток раствора сульфата цинка. Удаление двухвалентной меди проводят на той же стадии 4, что и образование всего оксида меди(I), необходимого в данном способе. На этой стадии двухвалентную медь в растворе осаждают с помощью цинкового порошка, так что в этих реакциях получают как металлическую медь, так и оксид меди(I). Общее количество необходимой меди, которая требуется для удаления хлорида в добавление к меди, находящейся в контуре, подают на эту стадию 4 образования оксида меди(I) в виде сульфата меди, то есть в виде двухвалентной меди. Дополнительно на эту стадию направляют количество цинкового порошка, эквивалентное количеству меди,поданной на эту стадию, чтобы сцементировать и осадить медь. Также на эту стадию подают гидроксид натрия или иное основание, чтобы регулировать рН в диапазоне 4,4-5,2, в котором реакции протекают более быстро. На стадии осаждения помимо прочих происходят следующие реакции: Твердое вещество, полученное на стадии 4 образования оксида меди(I), отделяют от раствора на стадии 5 отделения жидкости от твердого вещества и направляют на стадию 2 удаления хлорида. После удаления хлорида и удаления меди раствор сульфата цинка снова направляют в основной поток. Осадок хлорида меди, полученный на стадии 2 удаления хлорида, направляют на стадию 6 промывки гидроксидом, где гидроксид предпочтительно представляет собой гидроксид натрия. Промывку осуществляют предпочтительно в диапазоне рН 8-10 и образованный раствор хлорида натрия после стадии 7 отделения жидкости от твердого вещества направляют на водоочистку. Осадок, образованный при промывке, содержит главным образом оксид меди(I) и некоторое количество металлической меди, полученной на стадии 4 образования оксида меди(I). Предпочтительно окислять этот осадок на стадии 8 выщелачивания меди до сульфата меди посредством серной кислоты и кислородсодержащего газа, и предпочтительно подавать рециклом полученный кислый раствор сульфата меди на стадию 2 удаления хлорида,которая всегда должна включать также определенное количество двухвалентной меди, описанной выше. Подаваемый рециклом раствор сульфата меди также дает возможность регулировать значение рН на стадии удаления хлорида до значения, подходящего для осаждения хлорида. Выщелачивание осадка хлори-2 019732 да меди происходит в диапазоне рН 0-2. Вторая альтернатива заключается в том, что выщелачивают не весь осадок, выходящий со стадии промывки гидроксидом, и его, по меньшей мере, частично направляют на стадию 4 образования оксида меди(I) так, чтобы можно было оптимизировать количество цинкового порошка, применяемого для образования оксида меди(I). Подобным образом, часть образованного сульфата меди также можно направить на стадию 4 получения оксида меди(I) так, чтобы он реагировал с металлической медью с образованием оксида меди(I), в то же время оптимизируя количество применяемого цинкового порошка. Пример. Считают, что концентрация хлорида при получении цинка электролизом составляет максимум 250 мг/л. Если раствор сульфата цинка, выходящий со стадии выщелачивания, не содержит достаточного количества меди в виде растворенного сульфата меди, его следует добавить. Далее следует расчет баланса, описывающего стадию удаления хлорида Для того чтобы общие внутренние равновесия по меди в системе осаждения хлорида оставались на постоянных уровнях в течение всего времени проведения процесса, следует добавить в процесс сульфат меди CuSO4 (100%) в соответствии со следующим расчетом: ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ удаления хлорида из концентрированного раствора сульфата цинка с помощью оксида меди(I), где из раствора сульфата цинка отводят поток, который охлаждают (1) и направляют на стадию(2) удаления хлорида, отличающийся тем, что удаление (2) хлорида осуществляют с помощью оксида меди(I) Cu2O, который получают на отдельной стадии (4) формирования оксида меди(I) путем восстановления сульфата меди, содержащегося в растворе сульфата цинка, подаваемом на эту стадию, и сульфата меди, дополнительно направляемого на эту стадию, до оксида меди(I) с помощью цинкового порошка в диапазоне рН 4,5-5. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор, выходящий со стадии (2) удаления хлорида, подвергают отделению (3) жидкости от твердого вещества и образованный осадок хлорида меди направляют на промывку (6) гидроксидом для получения раствора хлорида натрия и осадка, содержащего оксид меди(I) и металлическую медь. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что осадок, выходящий с промывки (6) гидроксидом,выщелачивают на стадии (8) выщелачивания меди с помощью серной кислоты и кислородсодержащего газа и полученный кислый раствор сульфата меди направляют, полностью или частично, на стадию (2) удаления хлорида. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что часть раствора сульфата меди, полученного на стадии (8) выщелачивания меди, направляют на стадию (4) образования оксида меди(I). 5. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что часть осадка, выходящего с промывки (6) гидроксидом, направляют на стадию (4) образования оксида меди(I). 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что рН на стадии (4) образования оксида меди(I) регулируют с помощью гидроксида натрия.