Процесс производства цинка методом термического плавления

Обожженный цинк нагревают до температуры около 1100°C (необходима температура выше точки кипения) с добавлением антрацита или кокса. При такой температуре происходит восстановление оксида цинка, и образуется моноксид углерода из источника углерода. Моноксид углерода вступает в реакцию с другой молекулой оксида цинка, в результате чего образуется диоксид углерода:

ZnO + C®

ZnO + CO®

CO2 + C®

Zn(газ+

Zn(газ+

2CO

CO Реакция 1

CO2 Реакция 2

Реакция 3

Поскольку реакция 2 является обратимой (при более низких температурах происходит преобразование оксида цинка), необходимо понизить концентрацию диоксида углерода. Концентрация диоксида углерода может быть снижена в результате реакции с источником углерода.

Наконец, парообразный цинк конденсируется во внешних конденсаторах.

Ни рисунке 2.2 показана общая схема процесса производства цинка методом термического плавления.

сульфата
Процесс производства цинка методом термического плавления - student2.ru Процесс производства цинка методом термического плавления - student2.ru

Процесс производства цинка методом термического плавления - student2.ru

Руда Обжиг

Раствор

ОбожженныйАккумуляторная сырого

Концентрат кислота

Цинка

Рисунок 2.2 Схема процесса для категории источника

Очищение Цин

При использовании методов производства из основного сырья цинк получают из руд, содержащих 85% сульфида цинка (по весу) и 8–10% сульфида железа, с общей концентрацией цинка около 50%.

Руды также содержат сульфиды металлов, таких, как свинец, кобальт, медь, серебро, кадмий и сульфид мышьяка. Руды окисляют с подачей воздуха, в результате чего получают оксид цинка, окись серы и цинковое железо. Хлор и фтор удаляют из дымового газа, а двуокись серы в результате каталитических реакций превращается в серную кислоту.

Металлургический комбинат, занимающийся производством цинка из вторичного сырья, - это любое предприятие или завод, на котором обрабатываются цинкосодержащий металлолом или цинкосодержащие материалы, не являющиеся цинкосодержащими концентратами (рудами), полученными в ходе добычи полезных ископаемых (Barbouretal., 1978). Но, как правило, по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 4 металлургические комбинаты, занимающиеся производством цинка из основного сырья, тоже часто используют цинковый металлолом или переработанную пыль в качестве исходного материала.

Производства цинка с использованием лома включает три основные операции: предварительная обработка, плавление и очистка. Металлолом подается в устройство обработки вторичного сырья цинка в виде слитков, бракованных отливок, отходов металлургического производства и другого смешанного металлолома, содержащего цинк (USEPA, 1995). Предварительная обработка металлолома включает сортировку, очистку, измельчение и просеивание, осаждение влаги и выщелачивание. При сортировке цинкосодержащий металлолом вручную отделяется с учетом содержания цинка и в соответствии с любыми требованиями к дальнейшей обработке. При очистке удаляют инородные материалы, чтобы улучшить качество продукта и эффективность процесса восстановления. Измельчение облегчает процесс отделения цинка от примесей. При просеивании и пневмосепарации происходит концентрация металлического цинка для дальнейшей обработки. При выщелачивании с помощью раствора карбоната натрия происходит превращение окалины и шлаков в оксид цинка, из которого можно восстановить металлический цинк (USEPA, 1995). Чистый цинкосодержащий металлолом подвергается плавлению в котле, тигле, отражательной и индукционной электропечи. В этих печах используется флюс для отделения примесей из расплавленного цинка. В результате перемешивания флюс и примеси распространяются по поверхности металла в виде шлака, откуда их в дальнейшем снимают. Оставшийся расплавленный цинк можно отлить в формы или подвергнуть дальнейшей очистке в расплавленном состоянии (USEPA, 1995). В процессе очистки происходит дальнейшее удаление примесей из лома, содержащего чистый цинковый сплав, а также из цинка, выпаренного во время этапа плавления в муфельных печах. Расплавленный цинк нагревают до тех пор, пока он не начнет испаряться. Пары цинка конденсируют и улавливают в различных видах, в зависимости от температуры, времени улавливания, отсутствия или наличия кислорода и оборудования, используемого в процессе конденсации паров цинка. Конечные продукты в результате процессов очистки включают слитки цинка, цинковую пыль, оксид цинка и цинковые сплавы (USEPA, 1995).

Дистилляция цинка может осуществляться осуществляется в различных агрегатах: горизонтальных ретортах, вертикальных ретортах, электрической печи, шахтной печи.

Принципиальная технологическая схема производства металлического цинка дистилляцией из сульфидных концентратов представлена на рисунке 2.1

Процесс производства цинка методом термического плавления - student2.ru

Рисунок 3. Принципиальная технологическая схема получения металлического цинка дистилляцией.

Свинец конденсируется, в основном, в конденсаторе. Таким образом, цинк, получаемый дистилляционным способом в значительной степени загрязнён кадмием и свинцом.

После окончания процесса дистилляции реторту, один цикл которой составляет порядка 24 часов, отделяют от конденсатора и выгружают из неё оставшийся после дистилляции твёрдый спек, который называют раймовкой. В раймовке содержится порядка 6-12% цинка, поэтому раймовка направляется на переработку с целью дополнительного извлечения цинка.

Извлечение цинка невелико и составляет 86,4-87,8%. Процесс дистилляции в ретортах малопроизводителен. Кроме того, в результате получают цинк, загрязнённый свинцом и кадмием. На рисунке 2.2 представлено устройство установки для дистилляции цинка в горизонтальной реторте.

Процесс производства цинка методом термического плавления - student2.ru

Рисунок 3.1 Устройство для получения цинка дистилляцией в горизонтальной реторте

1- горизонтальная реторта; 2 –конденсатор; 3- аллонжа; 4

Распределение цинка между продуктами дистилляции характеризуется показателями, %: черновой цинк- 85-86; раймовка 5-7; пусьера-3-5.

Производство цинка в шахтных печах или процессом Imperial Smelting было впервые реализовано в промышленном масштабе в 1952 г. в Англии на заводе «Эвонмаунт». Сейчас процесс используется более чем на 10 заводах в разных странах.

Технология дистилляции цинка в шахтной печи («Imperial Smelting – процесс») позволяет получать 90% цинка, содержащегося в шихте в виде металла. Особенностью процесса является совместная переработка цинковых и свинцовых концентратов или свинцово- цинкового концентрата с отношением Zn:Pb= 2:1. Схема процесса «Imperial Smelting» представлена на рисунке 2.4

В этом процессе свинцово- цинковая шихта предварительно подвергается спекающему обжигу на ленточных агломерационных машинах. Полученный агломерат характеризуется составом, %: Zn-35-45; Pb- 15-20; SiO2 – 3-8; CаO – 4-10; Fe- 6-9; S-0,7-1,5.

Шихта, загружаемая в печь, состоит из агломерата и кокса. Кокс предварительно прокаливается при температуре 800ос и в горячем состоянии поступает на плавку. Расход кокса составляет порядка 40% от массы агломерата. В печь подают дутьё, нагретое до 600-950оС

 
Газ
 
 
 
 
 
Штейн
Черновой свинец
Шлак
 
Газ на промывку
Pb(Zn)
Pb
Цинк
 
Горячее дутье
 
 
Слив на отстаивание (пусьера)
Процесс производства цинка методом термического плавления - student2.ru

Рис.4 Схема процесса Imperial Smelting

1 – циклон-брызг уловитель; 2 – скруббер; 3 – водяные форсунки; 4 – конденсатор; 5 – роторные мешалки; 6 – загрузочное устройство; 7 – насос для перекачки свинца; 8 – сифон для выпуска оборотного свинца;

9 – приемник для цинка; 10 – локационная ванна; 11 – корпус шахтной печи; 12 – отстойник для разделения шлака и чернового свинца; 13 – горн печи; 14 – фурмы; 15 – воздухонагреватель; 16 – воздуходувка

В результате взаимодействия шихты с горячими газами образуется свинец и шлак, которые собираются в горне печи периодически выпускаются в отстойник, где происходит их разделение по плотности. Свинец через сифон выпускают из отстойника и направляют на рафинирование. Шлак поступает на грануляцию и отправляется в отвал

Наши рекомендации