Сжигание топлива в обрабатывающей промышленности (стр. 15 )

·  Транспортировка и хранение цинковых руд

·  Обогащение цинковых руд

·  Окисление цинковых концентратов кислородом воздуха (процесс обжига)

·  Электрохимический или термический процесс получения цинка

·  Последующая обработка цинка

Детальное описание других ступеней процесса, например, агломерацию можно найти в главе В331. В последующем описании, если нужно, можно найти описание процесса агломерации.

2 ВКЛАД В СУММАРНЫЕ ВЫБРОСЫ

Доли газообразных выбросов от первичного производства цинка в суммарные выбросы стран по данным инвентаризации CORINAIR90 приводятся в следующей таблице:

Таблица 2.1: Доля в суммарных выбросах, согласно данным инвентаризации CORINAIR’90 (28 стран)

Категория	SNAP	Доля в суммарных выбросах [%]
источника	код	SO2	NOx	НMЛOC	CH4	CO	СО2	N2O	NH3
Первичное производство цинка	030305	0,1	-	-	-	0	-	-	-

0 = данные о выбросах имеются, но их величина ниже допустимого предела округления (0,1%)

- = нет данных о выбросах

Доли выбросов тяжелых металлов от первичного производства цинка в суммарные выбросы по данным IWAD [9] приводятся в таблице 2.2.

Таблица 2.2: Доля выбросов тяжелых металлов от первичного производства цинка в суммарные выбросы по данным исследования IWAD [9]

Доля в суммарных выбросах [%]
Cd	Cr	Cu	Ni	Pb	Zn
18,0	0	0	0	0,7	25,6

0 = данные о выбросах имеются, но их величина ниже допустимого предела округления

3 ОБЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ

3.1 Описание

Первичный цинк получают из руды, содержащей 85 вес% сульфида цинка и 8-10 вес% сульфида железа (концентрация цинка около 50 вес%). В руде также содержатся сульфиды таких металлов, как свинец, кобальт, медь, серебро, кадмий и мышьяк.

Руда окисляется кислородом воздуха с образованием оксида цинка, оксида серы и ферроцинка. Хлор и фтор удаляются при сгорании газа, и происходит каталитическое превращение оксида серы в серную кислоту.

Электрохимический процесс получения цинка

Руда, прошедшая обжиг, выщелачивается в кислом электролите элемента. Оксид цинка, в отличие от ферроцинка, растворяется в кислом растворе. После отделения неочищенный раствор сульфата цинка направляется на очистку, а нерастворимый продукт – на процесс осаждения с помощью ярозита.

В процессе осаждения нерастворимый продукт обжига находится в контакте с аммиаком и раствором, образующимся после второго процесса выщелачивания, содержащим железо (а также цинк и другие металлы). Железо осаждается, образуя нерастворимый ярозит аммония [(NH4)2 Fe6 (SO4)4 (OH)12]. После разделения раствор, содержащий цинк, направляется на первый процесс выщелачивания, а нерастворимый продукт – на второй. В процессе второго выщелачивания нерастворимый продукт находится в контакте с концентрированным раствором кислоты. В этом растворе растворяются ферроцинк и почти все остальные металлы. После разделения раствор, содержащий цинк и железо, возвращается на процесс осаждения ярозита, в котором удаляются железо и нерастворимый продукт.

Неочищенный раствор сульфата цинка после первого процесса выщелачивания очищается с помощью цинковой пыли. В результате добавления цинковой пыли медь, кобальт и кадмий осаждаются в виде металлов. После фильтрации очищенного раствора сульфата цинка из раствора электростатически выделяется цинк. Пластины цинка, полученного электролитическим методом, плавятся в индукционной печи и отливаются в бруски. При добавлении небольших концентраций свинца или алюминия, можно получить цинковые сплавы.

Термический процесс получения цинка

Цинк, прошедший обжиг, нагревается до температуры ~11000С (превышающей точку кипения) в присутствии антрацита или кокса. При этой температуре оксид цинка восстанавливается и образуется оксид углерода СО, который реагирует с другой молекулой оксида цинка и образует диоксид углерода:

ZnO + C Þ Zn (газ) + CO Реакция 1

ZnO + CO Þ Zn (газ) + CO2 Реакция 2

CO2 + C Þ 2CO Реакция 3

Поскольку реакция 2 обратима (при низких температурах вновь образуется оксид цинка), концентрация диоксида углерода должна быть уменьшена. Это уменьшение происходит за счет реакции диоксида углерода с углеродом С.

Испаряющийся цинк конденсируется во внешних конденсаторах.

3.2 Определения

Концентрат цинка	Обогащенная цинковая руда, содержащая 85 вес -% сульфида цинка и 8-10 вес -% сульфида железа. Общая концентрация цинка составляет около 50 вес -%.
Процесс обжига	Цинковый концентрат, окисляется, при этом сульфид цинка превращается в оксид цинка и, частично, в ферроцинк. Отходящие газы содержат диоксид серы и небольшие количества хлора, фтора и ртути. Эти соединения удаляются при продувке воздухом (диоксид серы превращается в серную кислоту). Твердый продукт, полученный в процессе обжига, называется продуктом обжига.
Первый процесс выщелачивания	При этом процессе происходит растворение цинка в кислоте. Нерастворимый продукт отделяется и направляется на процесс осаждения.
Процесс осаждения	В этом процессе осаждается растворимое железо. Железо превращается в ярозит алюминия, нерастворимый в концентрированном растворе кислоты. Раствор возвращается на первый процесс выщелачивания, а нерастворимый продукт (ярозит аммония, ферроцинк и другие металлы) направляется на второй процесс выщелачивания.
Второй процесс выщелачивания	Нерастворимый продукт, образующийся в процессе осаждения, вступает в контакт с концентрированным раствором кислоты. Ферроцинк и некоторые металлы, в отличие от ярозита, растворяются в растворе кислоты. Раствор, содержащий растворенные цинк и другие металлы, направляется обратно на процесс осаждения, в котором удаляется нерастворимый продукт (ярозит).
Процесс очистки	В процессе очистки при добавлении цинковой пыли из раствора сульфата цинка удаляются следы металлических загрязнений. Эти металлы могут нарушить электролитическое отделение цинка и понизить качество электролитического осаждения. Металлы удаляются путем фильтрации из очищенного раствора сульфата цинка.
Электролитическое производство цинка	Электролитическое выделение цинка из очищенного раствора сульфата цинка. Цинк осаждается на электродах и может быть выделен в виде пластин.
Процесс термического плавления	Цинковые концентраты после обжига плавятся при температуре около 11000С в присутствии углерода. Оксид цинка восстанавливается до цинка и испаряется.
Конденсация цинка	После испарения цинк конденсируется в нескольких уловителях.
Процесс отливки	Пластины цинка плавятся, и расплавленная масса отливается в бруски, удобные для транспортировки.

3.3 Выбросы

Выбросы тяжелых металлов (цинка и кадмия) возникают в процессе получения и хранения цинковых руд и во время производства. Цинковую руду получают и хранят в закрытом помещении для уменьшения выбросов. Выбросы в процессе производства происходят из емкостей, печей и оборудования для разделения. Эти выбросы можно уменьшить путем изменения некоторых конструкций.

Процесс термического плавления ведет к увеличению выбросов металлов. Выбросы в атмосферу в процессе термического плавления могут быть снижены с помощью очистки конденсированных газов.

Выбрасываются оксиды серы (SOx), оксиды азота (NОx), ЛОС (неметановые ЛОС и метан (CH4)), оксид углерода (СО), диоксид углерода (СО2), закись азота (N2O) и аммиак (NH3). По данным CORINAIR90 основным загрязняющим веществом является SO2 (см. также таблицу 2.1).

Оба процесса плавления (с внешним подогревом, электротермическое восстановление) дают выбросы на различных этапах процесса. Более 90% потенциальных выбросов SO2 из цинковых руд происходит в печах для обжига (более детально это описано в В331). Около 93 до 97% серы из сырья выбрасывается в виде оксидов серы. Концентрации SO2 в отходящих газах изменяются в зависимости от типа обжига. Обычные концентрации SO2 для обжиговых многоподовых печей, суспензионных обжиговых печей и обжиговых печей с псевдоожиженным слоем составляют от 4,5 до 6,5%, от 10 до 13% и от 7 до 12%, соответственно [2].

Кроме того, SO2 выбрасывается из агломерационных установок; количество выбросов зависит от содержания серы в сырье для обжига. Концентрация SO2 в отходящих газах агломерационной установки варьируется от 0,1 до 2,4% [3].

3.4 Меры по снижению выбросов

Выбросы диоксида серы от процессов обжига часто направляются на заводы по производству серной кислоты. На агломерационных предприятиях не предпринимаются меры по снижению выбросов серы. Общая десульфуризация перед электротермической перегонкой приводит практически к отсутствию выбросов SO2 [2,3].

4 УПРОЩЕННАЯ МЕТОДИКА

Упрощенная методика с использованием экономической или производственной статистики допустима в качестве первого подхода. Однако существует нехватка данных о коэффициентах выбросов.

5 ДЕТАЛИЗИРОВАННАЯ МЕТОДИКА

При наличии подробной информации о конкретной ситуации, необходимо использовать именно ее, а не общие коэффициенты выбросов.

6 СТАТИСТИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Статистические данные по первичному производству цинка могут быть получены из статистики на производствах.