При выщелачивании обожженного концентрата получается кислая или нейтральная пульпа (смесь сульфатного раствора и нерастворимого остатка) с содержанием твердого 20—70 г/л. Для последующей очистки раствора и переработки твердого остатка пульпу подвергают разделению на твердую и жидкую фазы. Разделение производят двумя методами: сгущением (отстаиванием) и фильтрацией.
Процессы сгущения проводят в сгустителе с получением двух продуктов. сгущенной пульпы и осветленного раствора.
При сгущении пульпы протекают довольно сложные физико-химические процессы. Внешне они проявляются в осаждении твердых частиц в жидкой среде. На скорость отстаивания и сгущения влияют многие факторы, главнейшие из них: pH среды, содержание в растворе кремнезема и гидроокисей тяжелых металлов, температура и удельный вес раствора, условия выщелачивания огарка.
Кислые пульпы с pH менее 1—2 (0,5—5 г/л H2SO4), когда они не содержат пептизированных гелей кремневой кислоты и гидроокисей железа, меди и других металлов (кислая ступень одностадийной схемы), сравнительно легко отстаиваются. Однако достаточно полное осветление раствора идет очень медленно, что объясняется отсутствием процессов коагуляции при этих значениях pH. Если пептизированные коллоиды присутствуют (двухстадийная схема), отстаивание и осветление резко ухудшается. Особенно плохо протекает отстаивание кислой пульпы на заводах со схемой непрерывного выщелачивания, где мельчайшие частицы коллоидов в большей степени накапливаются в циркулирующих растворах.
При повышении pH пульпы, т. е. при нейтрализации ее огарком (нейтральное выщелачивание), возможности для процессов отстаивания и сгущения резко изменяются. В диапазоне pH=3/5,6 протекают процессы коагуляции кремневой кислоты и гидроокисей металлов, сопровождающиеся вначале практически полным прекращением процесса осаждения, а затем в определенный ограниченный отрезок времени — максимальной скоростью отстаивания. При дальнейшем перемешивании пульпы и более глубокой нейтрализации раствора процесс осветления вновь ухудшается. Наглядно это явление видно из кривой на рис. 37, построенной по результатам испытания процесса выщелачивания огарка Усть-Каменогорского цинкового завода. Для каждого состава нейтральной пульпы существует оптимальное значение pH, при котором наблюдается максимальная скорость отстаивания. В связи с необходимостью достижения высокой степени гидролитической очистки раствора от примесей нейтральное выщелачивание заканчивается при значениях pH более высоких, чем соответствующие оптимальным условиям отстаивания пульпы.
Сгущение и отстаивание пульпы зависит от содержания кремневой кислоты и железа в растворе. Повышенное содержание этих примесей является, по существу, основной причиной ухудшения процесса. При заданном составе концентрата уменьшить переход кремнезема в раствор можно путем снижения температуры обжига и кислотности раствора. Содержание растворимого железа в огарке можно уменьшить проведением обжига в резко окислительной атмосфере.
Особые трудности создает присутствие кремневой кислоты в растворах при схеме двухстадийного непрерывного выщелачивания, легче избежать вредного ее влияния в процессе периодического двухстадийного выщелачивания. По одностадийной схеме с низкокислотным ре жимом можно перерабатывать концентраты с очень высоким содержанием кремнезема. Вредное действие кремневой кислоты в известной степени парализуется повышением температуры пульпы, уменьшением продолжительности перемешивания при выщелачивании и введением поверхностно активных веществ — флокулянтов. При температуре раствора 70—80° осаждение коллоидных частиц протекает с приемлемой скоростью.
Повышение концентрации цинка и удельного веса растворов затрудняет отстаивание. В стандартном процессе содержание цинка в нейтральном растворе редко превышает 150 г/л, а удельный вес раствора 1,4. Немаловажное значение имеют крупность обожженного материала и условия выщелачивания Очень тонкие переизмельченные в процессе обогащения частицы концентрата, шламы, пыли и возгоны отстаиваются медленно.
Наилучшие условия для отстаивания нейтральных пульп создаются в одностадийной схеме с низкокислотным режимом. Объясняется это минимальным переходом в раствор коллоидальных примесей, а также тем, что исключается их кругооборот в процессе выщелачивания. С увеличением количества стадий в замкнутой технологической схеме и повышением начальной кислотности выщелачивания условия для отстаивания пульпы ухудшаются вследствие большого перехода примесей в раствор, накопления их в процессе и пептизации коллоидов в кислой стадии.
Процесс отстаивания проходит удовлетворительно для пульп с содержанием твердого 50—100 г/л. После отстаивания получается верхний слив с содержанием твердого 1—4 г/л и сгущенная пульпа с отношением ж:т=(2—3):1.
На обслуживание сгустителей затрачивается мало рабочего времени; работа их поддается полной автоматизации. Недостатком обычных сгустителей непрерывного действия является большая производственная площадь, занимаемая ими, быстрое расстройство процесса отстаивания при изменениях режима выщелачивания и относительно высокое содержание твердого в верхнем осветленном сливе.