ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 544.42:542.61:546.47
DOI: 10.18503/1995-2732-2024-22-1-29-38
Аннотация
Постановка задачи (актуальность работы). Цинксодержащие промпродукты металлургического производства представляют высокую экологическую опасность, оставаясь потенциальным альтернативным источником цинка и сопутствующих металлов. Цель работы. Изучение кинетических закономерностей выщелачивания цинка из состава CaO·ZnO, образующегося при спекании пыли электродуговых печей с известняком. Используемые методы. Объектом исследования служил спек пыли электродуговых печей с известняком, который выщелачивали едким натром. Анализ исходных материалов выполнен атомно-эмиссионными спектральными методами с индуктивно-связанной плазмой и искровым источником возбуждения спектра, а также рентгенофазовым методом. Новизна. Спек, составляющий 11,9% Zn, 28,5% Ca, 16,6% Fe, 0,38% Mg, 0,14% Pb, ˂0,05% Cl, получали для перевода цинка в легкорастворимую форму CaO·ZnO. Результат. Выщелачивание спека проводили при следующих условиях: исходная концентрация цинка Со = 0,202-0,456 г-ион/дм3; концентрация щелочи 9,2 моль/дм3 NaOH; отношение Ж/Т = 4-9; скорость перемешивания пульпы V = 20 рад·с‒1; температура Т = 333 ‒ 363 К; продолжительность процесса τ = 2,5 ч. Цинк переходил в раствор в виде тетрагидроксоцинката натрия Na2[Zn(OH)4], а кальций оставался в малорастворимом остатке Ca(OH)2, который вступает во взаимодействие с СО2 и образует нерастворимый карбонат кальция CaСO3. Режим выщелачивания спека соответствует кинетическому механизму, когда скорость процесса определяется протеканием химической реакции растворения цинка, с величиной энергии активации Е = 41,57 кДж/моль. Практическая значимость. Полученные сведения позволяют определить пути интенсификации процесса: дополнительное измельчение твердой фазы перед обработкой щелочью; периодическое или непрерывное активирование поверхности частиц дисперсной фазы для снятия пленки побочных продуктов реакции – гидроксидов металлов-примесей и карбоната кальция; повышение температуры пульпы; перевод извлекаемого целевого элемента в форму хорошо растворимого соединения.
Ключевые слова
пыли электродуговых печей, известняк, обжиг, цинк, выщелачивание, едкий натр, кинетика, внешняя диффузия, энергия активации, концентрация, скорость перемешивания, температура
Для цитирования
Кинетический режим выщелачивания цинка щелочью / Якорнов С.А., Мальцев Г.И., Воинков Р.С., Гребнева А.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2024. Т. 22. №1. С. 29-38. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2024-22-1-29-38
1. The selective alkaline leaching of zinc oxide from Electric Arc Furnace dust pre-treated with calcium oxide / Chairaksa-Fujimoto R., Maruyama K., Miki T., Nagasaka T. // Hydrometallurgy. 2016, vol. 159, pp. 120-125. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2015.11.009
2. Hydrometallurgical processing of carbon steel EAF dust / Havlík T., Souza B.V., Bernardes A.M., Schneider I.A.H. // Journal of Hazardous Materials. 2006, vol. 135, iss. 1-3, pp. 311-318. https:// doi.org/10.1016/ j.jhazmat.2005.11.067
3. Pickles C.A. Thermodynamic modelling of the formation of zinc-manganese ferrite spinel in electric arc furnace dust // Journal of Hazardous Materials. 2010, vol. 179, iss. 1-3, pp. 309-317. https://doi.org/10.1016/ j.jhazmat.2010.03.005
4. Martins F.M., Neto J.M.R., Cunha C.J. Mineral phases of weathered and recent electric arc furnace dust // Journal of Hazardous Materials. 2008, vol. 154, iss. 1-3, pp. 417-425. https://doi.org/ 10.1016/j.jhazmat.2007. 10.041
5. Orhan G. Leaching and cementation of heavy metals from electric arc furnace dust in alkaline medium // Hydrometallurgy. 2005, vol. 78, iss. 3-4, pp. 236-245. https://doi.org/10.1016/j.hydromet. 2005.03. 002
6. Long and short-term performance of a stabilized/solidified electric arc furnace dust / Pereira C.F., Galiano Y.L., Rodríguez-Piñero M.A., Parapar J.V. // Journal of Hazardous Materials. 2007, vol. 148, iss. 3, pp. 701-707. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007. 03.034
7. Dutra A.J.B., Paiva P.R.P., Tavares L.M. Alkaline leaching of zinc from electric arc furnace steel dust // Minerals Engineering. 2006, vol. 19, iss. 5, pp. 478-485. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2005.08. 013
8. Hydrometallurgical process for zinc recovery from electric arc furnace dust (EAFD): Part I: Characterization and leaching by diluted sulphuric acid / Oustadakis P., Tsakiridis P.E., Katsiapi A., Agatzini-Leonardou S. // Journal of Hazardous Materials. 2010, vol. 179, iss. 1-3, pp. 1-7. https://doi.org/10.1016/ j.jhazmat.2010.01.059
9. Leclerc N., Meux E., Lecuire J.-M. Hydrometallurgical extraction of zinc from zinc ferrites // Hydrometallurgy. 2003, vol. 70, iss. 1-3, pp. 175-183. https://doi.org/10.1016/S0304-386X(03)00079-3
10. Recycling of an electric arc furnace flue dust to obtain high grade ZnO / Ruiz O., Clemente C., Alonso M., Alguacil F.J. // Journal of Hazardous Materials. 2007, vol. 141, iss. 1, pp. 33-36. https://doi.org/10.1016/ j.jhazmat.2006.06.079
11. Pickles C.A. Thermodynamic analysis of the selective carbothermic reduction of electric arc furnace dust // Journal of Hazardous Materials. 2008, vol. 150, iss. 2, pp. 265-278. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007. 04.097
12. Pickles C.A. Thermodynamic analysis of the selective chlorination of electric arc furnace dust // Journal of Hazardous Materials. 2009, vol. 166, iss. 2-3, pp. 1030-1042. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat. 2008.11.110
13. Gunter М., Vopel K.-H., Janssen W. Untersuchungen zur verwertung von stauben und schlammer aus den abgasreinigungen von hochofen- und blasstahlwerken im drehrohrofen // Stahl und Eisen. 1976, vol. 96, no. 24, pp. 1228-1238.
14. Caravaca C., Cobo A., Alguacil F.J. Considerations about the recycling of EAF flue dusts as source for the recovery of valuable metals by hydrometallurgical processes // Resources, Conservation and Recycling. 1994, vol. 10, iss. 1-2, pp. 35-41. https://doi.org/ 10.1016/0921-3449(94)90036-1
15. Cruells M., Roca A., Núnẽz C. Electric arc furnace flue dusts: characterization and leaching with sulphuric acid // Hydrometallurgy. 1992, vol. 31, iss. 3, pp. 213-231. https://doi.org/10.1016/0304-386X(92) 90119-K
16. Langová Š., Leško J., Matýsek D. Selective leaching of zinc from zinc ferrite with hydrochloric acid // Hydrometallurgy. 2009, vol. 95, iss. 3-4, pp. 179-182. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2008.05.040
17. Citric acid as an alternative lixiviant for zinc oxide dissolution / Larba R., Boukerche I., Alane N., Habbache N., Djerad S., Tifouti L. // Hydrometallurgy. 2013, vol. 134-135, рp. 117-123. https://doi.org/10.1016/ j.hydromet.2013.02.002
18. Atmospheric leaching of EAF dust with diluted sulphuric acid / Havlik T., Turzakova M., Stopic S., Friedrich B. // Hydrometallurgy. 2005, vol. 77, iss. 1-2, pp. 41-50. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2004. 10.008
19. Yoshida T. Leaching of zinc oxide in acidic solution // Materials Transactions. 2003, vol. 44, no. 12, pp. 2489-2493. https://doi.org/10.2320/matertrans.44.2489
20. Özverdİ A., Erdem M. Environmental risk assessment and stabilization/solidification of zinc extraction residue: I. Environmental risk assessment // Hydrometallurgy. 2010, vol. 100, iss. 3-4, pp. 103-109. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2009.10.011
21. Cruells M., Roca A., Núnẽz C. Electric arc furnace flue dusts: characterization and leaching with sulphuric acid // Hydrometallurgy. 1992, vol. 31, iss. 3, pp. 213-231. https://doi.org/10.1016/0304-386X (92)90119-K
22. Langová Š., Riplová J., Vallová S. Atmospheric leaching of steel-making wastes and the precipitation of goethite from the ferric sulphate solution // Hydrometallurgy. 2007, vol. 87, no. 3-4, pp. 157-162. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.03.002
23. Hydrometallurgical process for zinc recovery from electric arc furnace dust (EAFD). Part II: downstream processing and zinc recovery by electrowinning // Tsakiridis P.E., Oustadakis P., Katsiapi A., Agatzini-Leonardou S. // Journal of Hazardous Materials. 2010, vol. 179, iss. 1-3, pp. 8-14. https://doi.org/10.1016/ j.jhazmat.2010.04.004
24. Langová Š., Matỳsek D. Zinc recovery from steel-making wastes by acid pressure leaching and hematite precipitation // Hydrometallurgy. 2010, vol. 101, iss. 3-4, pp. 171-173. https://doi.org/10.1016/j.hydromet. 2010.01.003
25. Zinc recovery from purified electric arc furnace dust leach liquors by chemical precipitation / Xanthopoulos P., Agatzini-Leonardou S., Oustadakis P., Tsakiridis P.E. // Journal of Environmental Chemical Engineering. 2017, vol. 5, iss. 4, pp. 3550-3559. https://doi.org/10.1016/j.jece.2017.07.023
26. Кинетика выщелачивания галлия серной кислотой из фосфорсодержащего продукта / Касымова А.С., Абишева З.С., Жумартбаев Э.У., Пономарева Е.И. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1990. №6. С. 72-75.
27. Кинетика выщелачивания цинка из шлака свинцово-медного производства / Чиркст Д.Э., Черемисина О.В., Чистяков А.А., Балян Г.А. // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2006. Т. 49. №10. С. 35-38.
28. Kаковский И.А., Поташников Ю.M. Кинетика процессов растворения. M.: Meталлургия, 1975. 224 с.
29. Kаковский И.А., Набойченко С.С. Термодинамика и кинетика гидрометаллургических процессов. Алма-Ата: Наука, 1986. 272 с.