ООО «УГМК-Холдинг», Екатеринбург, Россия:

С. А. Якорнов, зам. технического директора
А. М. Паньшин, технический директор

Технический университет УГМК, Верхняя Пышма, Россия:
П. А. Козлов, заместитель директора научно-исследовательского и проектного института по науке, эл. почта: p.kozlov@tu-ugmk.com

ПАО «Челябинский цинковый завод», Челябинск, Россия:
Д. А. Ивакин, начальник технологического бюро инженерного центра

Использование щелочной гидрометаллургической технологии при разработке способа переработки пылей электродуговых сталеплавильных печей (ЭДП) позволяет селективно извлекать цинк, оставляя железо в твердом остатке. Для повышения извлечения цинка перед щелочной обработкой пыли ЭДП подвергаются высокотемпературной прокалке совместно с оксидом кальция. При этом цинк переходит в форму свободного оксида и растворимость его в кислотах и щелочах возрастает. Выполнены исследования термодинамических и кинетических параметров процесса взаимодействия оксида цинка в составе прокаленной пыли ЭДП (клинкера) с NaOH в водном растворе с температурой 60–100 ^оС. Показано следующее:
– возможно растворение цинка с образованием гидроксокомплексов вида [Zn(OH)₄]^2– и [ZnO₂]^2– при рН среды выше 14. При этом равновесие реакций сдвигается в сторону образования цинкатов при 10–15-кратном избытке щелочи по отношению к цинку;
– диффузионный режим прохождения реакций, ведущих к растворению цинка. Энергия активации в диапазоне температур 70–95 ^оС составляет 9,6 кДж/моль. К процессу применима модель, описываемая обобщенным уравнением гетерогенного процесса при избытке растворителя.
Результаты исследования показали техническую возможность и эффективность растворения продуктов, содержащих оксид цинка (в том числе пылей ЭДП, прошедших указанную выше пирометаллургическую подготовку), в щелочных растворах с селективным извлечением цинка в раствор. Щелочные цинкатные растворы в дальнейшем подвергают очистке от примесей и используют для извлечения цинка электроэкстракцией с получением цинкового порошка. Отработанный цинкатный электролит используют повторно для следующих циклов растворения цинка.

Авторы благодарят сотрудников ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» (Екатеринбург) С. В. Мамяченкова и О. С. Анисимову за помощь и активное участие в подготовке данной статьи.

1. Паньшин А. М., Леонтьев Л. И., Козлов П. А., Дюбанов В. Г., Затонский А. В., Ивакин Д. А. Технология переработки пылей электродуговых печей ОАО «Северсталь» в вельц-комплексе ОАО «ЧЦЗ» // Экология и промышленность России. 2012. № 11. С. 4–6.
2. Das B., Prakash S., Reddy P. S. R., Misra V. N. An overview of utilization of slag and sludge from steel industries // Resources, Conservation & Recycling. 2007. Vol. 50. P. 40–57.
3. Gökhan Orhan. Leaching and cementation of heavy metals from electric arc furnace dust in alkaline medium // Hydrometallurgy. 2005. Vol. 78, No. 3–4. P. 236–245.

4. Frenay J., Hissel J., Ferlay S. Recovery of lead and zinc from electric steelmaking furnace dusts by the Cebedeau process // Recycle and Secondary Recovery of Metals. — Warrendale, PA : TMS, 1985. P. 195–208.
5. Mordogan H., Cicek T., Isik A. Caustic soda leach of electric arc furnace dust // Journal of engineering and environmental science. 1999. Vol. 23. P. 199–207.
6. Ferlay S., Weill P. Alkaline zinc hydrometallurgy: an opportunity for the treatment of complex ores (Zimaval techn.) // The 40 Conference of Metallurgists (COM 2001). — Toronto, 26–29 august 2001. P. 41–51.
7. Фаворская Л. В., Столярова Е. И. Скорость разложения цинковых окисленных минералов раствором едкого натра // Известия АН КазССР. Сер. горного дела, стройматериалов и металлургии. 1956. №. 6. С. 92–103.
8. Gurmen S., Emre M. A laboratory-scale investigation of alkaline zinc electrowinning // Minerals Engineering. 2003. Vol. 16, No. 6. P. 559–562.
9. St-Pierre J., Piron D. L. Elecrowinning of zinc from alkaline solutions at high current densities // Journal of Applied Electrochemistry. 1990. Vol. 20, No. 1. P. 163–165.
10. Liu Jidong, Su Jialin, Lu Jianhua, Zheng Songzhang, Liu Guocheng. Thermodynamic analysis on system of ZnO – NH₃ – NH₄HCO₃ – H₂O in process of zinc oxide leaching // Inorganic Chemicals Industry. 2015. Vol. 47, No. 6. P. 30–33.
11. 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 & Recycling. 1994. Vol. 10. P. 34–41.
12. Ruiz O., Clemente C., Alonso M., Alguacil F. J. Recycling of an electric arc furnace flue dust to obtain high grade ZnO // Journal of Hazardous Material. 2007. Vol. 141, No. 1. P. 33–36.
13. Jarupisitthorn C., Pimtong T., Lothongkum G. Investigation of kinetics of zinc leaching from electric arc furnace dust by sodium hydroxide // Material Chemistry and Physics. 2002. Vol. 77. P. 531–535.
14. Dreisinger D. B., Peters E., Morgan G. The hydrometallurgical treatment of carbon steel electric arc furnace dusts by the UBCChaparral process // Hydrometallurgy. 1990. Vol. 25. P. 137–152.
15. Барам И. И. Макрокинетика гетерогенных процессов. — Алма-Ата : Наука, 1986. — 209 с.