§ 4. Производство кадмия из медно-кадмиевого кека
Основным источником получения кадмия на цинковых заводах является медно-кадмиевый кек. В связи с внедрением комплексной очистки растворов сульфата цинка от примесей цинковой пылью состав медно-кадмиевого кека изменился, и он стал, по существу, коллективным продуктом. В нем наряду с цинком и кадмием присутствуют медь, железо, кобальт, никель, мышьяк, сурьма, таллий, индий, германий, кремнезем и другие компоненты. Соответственно усложнилась и технология извлечения кадмия из этого продукта.
Поэтому на отечественных цинковых заводах в соответствии с характером перерабатываемого сырья применяют различные технологические схемы и производственные операции для получения металлического кадмия. Среди них можно выделить две принципиально различные технологии: получение кадмия электролитическим способом (рис. 94) и методом цементации (рис. 95). Вместе с тем общими производственными операциями. Для обеих технологий являются выщелачивание медно- кадмиевых кеков, подготовка растворов для осаждения кадмия, плавка и рафинирование кадмия.
Рис. 94. Принципиальная схема получения кадмия путем осаждения губки и электролиза раствора
Рис. 95. Принципиальная схема получения кадмия методом цементации
Выщелачивание медно-кадмиевого кека
Основная цель этой операции заключается в переводе цинка и кадмия в раствор и отделении от этих металлов меди для облегчения последующей переработки кадмиевых растворов. Растворителем обычно служит отработанный цинковый электролит с кислотностью 130-170 г/л. При необходимости электролит подкрепляют крепкой серной кислотой. Медно-кадмиевый кек транспортируется в виде пульпы. Выщелачивание его производят в чанах с механическим или пневматическим перемешиванием периодического или непрерывного действия.
В первую очередь из медно-кадмиевого кека растворяется цинк, затем кадмий по реакциям
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + Н2; (105)
Cd + H2SO4 = CdSO4 + H2. (106)
Присутствие в пульпе окислителей ускоряет растворение цинка и кадмия. Наличие в растворе ионов меди также способствует растворению цинка и кадмия, так как медь вступает во взаимодействие с металлическими цинком и кадмием по реакциям
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Сu; (107)
Cd + CuSO4 = CdSO4 + Сu, (108)
сама при этом переходит в осадок. Поэтому ионы меди используются при растворении кадмия и цинка в качестве ускорителя. Для этого, с одной стороны, в раствор добавляют пульпу или раствор, содержащий ионы меди, с другой, в процессе выщелачивания принимают меры для перевода цементной меди в ионное состояние.
В связи с тем, что ионы меди вытесняются из раствора цементными цинком и кадмием, увеличение концентрации ее в растворе становится заметным только к концу операции выщелачивания, когда основная масса цинка и кадмия уже перешла в раствор. Переходу меди в ионное состояние способствует окисление ее воздухом и марганцевой рудой или шламом, как это видно из следующих реакций:
Сu + H2SO4 + 0,5О2 = CuSO4 + Н2О; (109)
MnO2+2FeSO4+2H2SO4 = Fe2(SO4)3+MnSO4+2H2O; (110)
Fe2(SO4)3 + Сu = CuSO4 + 2FeSO4. (111)
Поэтому на всех заводах растворение медно-кадмиевого кека ведут с применением указанных окислителей. Выщелачивание проводят в течение 8-20 ч при подогреве пульпы острым паром до температуры 8090° С и продувке ее сжатым воздухом, если операцию осуществляют в чанах с механическим перемешиванием.
При выщелачивании в раствор наряду с цинком, кадмием и медью переходят кобальт, никель, сурьма, таллий и другие примеси. После того как ионы меди выполнят свою роль ускорителя при растворении цинка и кадмия из медно-кадмиевого кека, их необходимо высадить из раствора. Для этого перед концом выщелачивания пульпу доводят до кондиции путем подачи в чан небольших порций медно-кадмиевого кека из расчета получения рН = 4÷5 и снижения содержания меди до 0,5-1,2 г/л. Небольшое количество меди в растворе нужно оставлять для обеспечения полноты растворения цинка и кадмия и последующей очистки растворов от кобальта. После выщелачивания пульпу направляют в сгуститель. При необходимости в сгуститель подают раствор полиакриламида. Верхний слив сгустителя поступает на дальнейшую переработку, а нижняя сгущенная пульпа, представляющая собой медный остаток, направляется на довыщелачивание цинка и кадмия с целью последующего использования остатка в качестве медьсодержащего продукта.
В результате выщелачивания получают богатый кадмиевый раствор (верхний слив сгустителя) и медный кек. Состав кадмиевого раствора, г/л: 8-12 Cd; 130-140 Zn; 0,5-1,2 Сu; рН = 4÷5; твердое 1-3. Состав медного кека, %: 35-45 Сu; 6-10 Zn; 0,4-1,0 Cd.