Номер 8, страница 328 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 69. Научные принципы организации химического производства. Глава 7. Химическая технология - номер 8, страница 328.

Условие.

8. Предложите схему комплексного использования свинцово-цинковых сульфидных руд, содержащих минералы сфалерит $ZnS$ и галенит $PbS$. Какие важные вещества могут быть получены при их переработке?

Решение.

Решение 2.

Решение

Комплексное использование свинцово-цинковых сульфидных руд, содержащих сфалерит ($ZnS$) и галенит ($PbS$), представляет собой многостадийный процесс, направленный на максимальное извлечение всех ценных компонентов. Схема переработки включает следующие основные этапы:

1. Обогащение руды. Исходную руду подвергают дроблению и измельчению. Затем следует процесс селективной флотации. Цель этого этапа — разделить минералы свинца и цинка, а также отделить их от пустой породы. Путем подбора специальных реагентов (собирателей, депрессоров, активаторов) получают два продукта: свинцовый концентрат (в основном $PbS$) и цинковый концентрат (в основном $ZnS$).

2. Переработка свинцового концентрата (пирометаллургия).

   • Обжиг: Свинцовый концентрат обжигают в печах с доступом воздуха для перевода сульфида свинца в оксид. При этом выделяется сернистый газ ($SO_2$), который является ценным сырьем.
     $2PbS + 3O_2 \rightarrow 2PbO + 2SO_2 \uparrow$

   • Плавка: Полученный оксид свинца ($PbO$) плавят в шахтных печах с коксом (углеродом) в качестве восстановителя и флюсами (например, известняком) для ошлакования пустой породы. В результате получают черновой свинец.
     $PbO + C \rightarrow Pb + CO \uparrow$
     $PbO + CO \rightarrow Pb + CO_2 \uparrow$

   • Рафинирование: Черновой свинец содержит примеси ценных металлов (серебро, золото, висмут, медь) и вредных (сурьма, мышьяк). Их извлекают в процессе рафинирования (огневого или электролитического), получая чистый свинец и выделяя сопутствующие металлы.

3. Переработка цинкового концентрата.

   • Обжиг: Аналогично свинцовому, цинковый концентрат ($ZnS$) обжигают (часто в печах кипящего слоя) для получения оксида цинка ($ZnO$) и сернистого газа ($SO_2$).
     $2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2 \uparrow$

   • Получение цинка: Далее возможны два основных пути. Наиболее распространен гидрометаллургический способ.

     1. Гидрометаллургический способ: Оксид цинка растворяют в серной кислоте (часто полученной из $SO_2$ на этом же предприятии).
        $ZnO + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2O$
        Полученный раствор сульфата цинка тщательно очищают от примесей (меди, кадмия и др.) и затем подвергают электролизу. На катодах осаждается чистый цинк, а регенерированная серная кислота возвращается в процесс. Кадмий и медь выделяются как ценные побочные продукты.

     2. Пирометаллургический (дистилляционный) способ: Оксид цинка восстанавливают углем при высоких температурах ($>1200^\circ C$). Цинк при этой температуре является газом, его пары конденсируют и получают черновой цинк, который затем рафинируют.
        $ZnO + C \rightarrow Zn \uparrow + CO \uparrow$

4. Утилизация отходов. Сернистый газ ($SO_2$), образующийся при обжиге обоих концентратов, улавливают и направляют на производство серной кислоты ($H_2SO_4$) — одного из важнейших побочных продуктов. Шлаки от плавки могут использоваться в строительстве.

Таким образом, при комплексной переработке свинцово-цинковых руд могут быть получены следующие важные вещества:

• Основные металлы: свинец ($Pb$), цинк ($Zn$).

• Важнейший химический продукт: серная кислота ($H_2SO_4$).

• Сопутствующие и редкие металлы: кадмий ($Cd$), медь ($Cu$), серебро ($Ag$), золото ($Au$), висмут ($Bi$), сурьма ($Sb$), а также иногда индий ($In$), галлий ($Ga$), германий ($Ge$), селен ($Se$), теллур ($Te$).

Ответ: Схема комплексного использования включает селективную флотацию руды для получения свинцового и цинкового концентратов. Свинцовый концентрат перерабатывают пирометаллургически (обжиг, восстановительная плавка, рафинирование). Цинковый концентрат после обжига перерабатывают преимущественно гидрометаллургическим способом (выщелачивание серной кислотой, очистка раствора, электролиз). Важным элементом схемы является утилизация сернистого газа ($SO_2$), образующегося при обжиге, для производства серной кислоты. При переработке могут быть получены следующие важные вещества: основные металлы — свинец ($Pb$) и цинк ($Zn$); химический продукт — серная кислота ($H_2SO_4$); сопутствующие ценные металлы — кадмий ($Cd$), медь ($Cu$), серебро ($Ag$), золото ($Au$), висмут ($Bi$) и другие.