Основы металлургии (стр. 12 )

Переработку различных промпродуктов, содержащих цинк в виде окислов, во многих случаях осуществляют вельц-процессом. Поскольку шлак шахтной свинцовой плавки содержит свинец, цинк и другие металлы в виде окислов. то его перерабатывают этим способом. Процесс получил название по характеру перемещения шихты в печи от немецкого слова walzen – катать.

Вельцевание осуществляют во вращающейся трубчатой печи, футерованной внутри огнеупорным кирпичом. Длина печей колеблется от 15 до 50м, внешний диаметр – от 1,8-3,3м. Печь делает 1-2 оборота в минуту. Для перемещения материала печь устанавливают с небольшим уклоном к горизонту 3-5о. На рис. 22 показан общий вид вельц-печи, применяемый для переработки шлаков свинцовой шахтной плавки. Основной частью является корпус 3 (барабан). На барабан надевают несколько стальных колец бандажей 4, при помощи которых он опирается на поддерживающие его ролики. На этих роликах барабан вращается под воздействием приводного механизма, состоящего из электродвигателя 7, редуктора 6. Концы барабана заходят внутрь камер, называемых головками, загрузочную головку верхнего конца 2 делают неподвижной, а разгрузочную головку верхнего конца 2 делают неподвижной, а разгрузочную нижнюю 10 – откаткой, загрузка печи и выгрузка материала происходит непрерывно. По наклонной воронке подается перемещанная шихта, состоящая из шлака и коксика. Благодаря вращению барабана шихта непрерывно перекатывается по его внутренней поверхности, постепенно нагреваясь, материал находится в сыпучем состоянии. Примерно на расстоянии одной трети длины барабана от начала загрузки температура шихты поднимается до 1000-1150оС за счет нагрева топочными газами и горячей футеровкой. Перед разгрузочным концом температура материала падает, так как поступающий в печь воздух имеет низкую температуру.

Шихта в печи находится в течение 2-3ч., за это время свинцово-цинковые соединения достаточно полно восстанавливаются. Получающиеся пары этих металлов окисляются и вместе с топочными газами поступают в пылеуловительную систему. Воздух, необходимый для окисления частиц металлов, двигается с разгрузочного конца печи навстречу перекатывающейся шихте.

Остатки переработанной шихты (клинкер) разгружаются через отверстие в нижней головке. Температура клинкера достигает 700-800оС. В разгрузочном желобе клинкер охлаждается струей холодной воды. Производительность печи зависит от величины ее рабочего объема, качества шихты и скорости вращения барабана.

Рассмотрим химизм процесса при вельцевании шлаков. При температурах процесса 1100-1200оС окислы свинца, цинка и других металлов восстанавливаются до металла и возгоняются по реакциям (25).

Имеющиеся в шихте окислы железа восстанавливаются до закиси железа и частично до свободного железа. Свободное железо и закись железа взаимодействуют с окислами цинка и закись железа взаимодействуют с окислами цинка и свинца по реакциям (26) и (27).

Восстановленный цинк и свинец переходит в газовый поток. Здесь происходит окисление восстановленных металлов кислородом воздуха по реакциям (28) и (29).

Получаются возгоны, содержащие окислы летучих металлов. В остаток (клинкер) переходят благородные металлы, медь и избыток восстановителя.

Лучшей отгонке цинка, свинца способствует также повышенное разрежение в печи, создающее более окислительную атмосферу. Возгоны осаждаются в пылеуловительных устройствах и подвергаются специальной переработке с целью извлечения свинца, цинка и других металлов.

Электротермический способ переработки шлаков

По сравнению с фьюминг-процессом переработку шлаков в электропечи можно считать эффективной при получении в конденсаторе компактного цинка. Для этой цели используют конденсаторы со свинцовым и цинковым орошением.

Впервые электротермию цинковистых шлаков применили в промышленном масштабе на заводе Геркулениум (США). Расход кокса составлял 3% от массы шлака, а извлечение цинка в металл 72%.

В Казахстане тоже проводили исследования по переработке свинцовых шлаков электротермией в промышленном масштабе на Иртышском заводе. В печь загружали подсушенный шлак следующего состава: 0,7% Cu; 2,2% Pb; 11,5% Zn; 22,5% SiO2; 28,2% Fe; 14,5% CaO и 4% Al2O3. Расход кокса составлял 5% от массы шихты, суточный проплав колебался в пределах 20-25т при расходе электроэнергии 1200 кВт. ч на 1т шихты. Был получен отвальный шлак состава 0,43% Cu; 0,3% Pb и 2,79% Zn. В штейн извлекалось 65% Cu при отношении меди к свинцу 2,5:1. Извлечение цинка в металл составило 70%, а с учетом переработки оборотов оно достигло 80%. В результате большого расхода кокса извлечение цинка на Иртышском заводе было на 8% выше, чем на заводе Геркулениум.

Кроме отвального шлака, штейна и металлического цинка в результате плавки получали черновой свинец. Часть свинца и цинка переходила в дроссы и пыль, являющиеся оборотными продуктами. Штейн, полученный при электротермии шлака, направляли на конвертирование, черновой свинец – на рафинирование. Металлический цинк, полученный в конденсаторе, поступал на ликвацию, где содержание свинца в цинке снижалось до 1-1.5%. В результате получали цинк марки ЦЗ.

Сотрудниками института «Гинцветмет» совместно с заводскими работниками под руководством электротермия шлаков была изучена более детально. Они отмечают, что несмотря на короткий технологический цикл процесс электротермии шлаков сталкивается с несколькими важнейшими проблемами. Первая заключается в максимальном восстановлении железа. Восстановленное в расплаве железо образует тугоплавкий сплав, медистый чугун, который способствует образованию настыли, и его дальнейшая переработка представляет известные трудности.

Вторая проблема – это получение металлического цинка. отвечающего по качеству нуждам потребителя. В процессе электротермии шлаков совместно с цинком возгоняются свинец, кадмий, мышьяк и другие металлы. сильно его загрязняющие.

Наконец, разработка надежной электропечи, способной длительное время работать при высокой температуре в агрессивной шлаковой среде

3.8 Привести и охарактеризовать схему рафинирования свинца

Черновой свинец, полученный любым из рассмотренных способов переработки свинцовых материалов, является сложным сплавом, содержащим благородные металлы, медь, олово, сурьму, мышьяк, висмут, цинк и др. Общее количество этих металлов в черновом свинце сравнительно небольшое (2-8 %) Однако, ценность некоторых из них, например, благородных металлов, весьма часто превышает ценность чернового свинца, вследствие чего извлечение их из чернового свинца составляет одну из основных задач в металлургии свинца. Другие металлы, присутствующие в свинце, несмотря на их малое содержание в оплаве, сильно изменяют свойства свинца, делая его непригодным для употребления в промышленности. Кроме этого, эти металлы вредно влияют на процессы выделения из свинца благородных металлов.

Рафинирование свинца очень сложный и дорогой процесс, основанный на использовании довольно тонкой химической технологии. В процессе рафинирования чернового свинца проводят ряд операций, порядок осуществления которых зависит от свойств примесей и образующихся соединений. Наиболее рациональная схема рафинирования чернового свинца - пирометаллургическая, включающая следующие операции:

1) обезмеживание - охлаждают расплав с последующим сульфидированием отликвированной меди и переводом ее в штейн, окончательную очистку проводят обработкой расплава элементарной серой;

2) обестеллуривание - с помощью натрия в присутствии едкого натра,

3) щелочное рафинирование (смягчение свинца) - окислением кислородомвоздуха и селитрой в расплаве едкого натра удаляют олово, мышьяк и сурьму;

4) обессеребрение - с помощью цинка (свинец при этом загрязняется цинком) удаляют серебро и золото;

5) обесцинкование - одним из следующих способов: окислением воздухом, в щелочном расплаве, отгонкой в вакууме, хлорированием; на отечественных заводах эту операцию совмещают с операцией качественного рафинирования;

6) обезвисмучивание - с помощью кальция, магния и сурьмы, свинец при этом загрязняется этими реагентами;

7) качественное рафинирование - окислением в присутствии едкого натра и селитры либо хлорированием удаляют кальций, магний, сурьму, иногда цинк.

На каждой операции рафинирования образуются съемы (промежуточные продукты), в которые переходят примеси и часть свинца. Съемы подвергают самостоятельной переработке.

Конечная степень очистки от основных примесей регламентируется ГОСТ •3/78-77. На свинцовых заводах получают свинец марок СО (99,992 % Рb), CI (99,985 % Рb), С2 (99,95 % Рb) и СЗ (99,90 % Рb).

3.9 Сравнительная характеристика традиционной схемы получения свинца с процессом КИВЦЕТ-ЦС

Способ КИВЦЭТ-ЦС (кислородно-взвешенный; циклонный, электротермический - цинк, свинец) включает в себя операции: обжиг-плавку шихты в распыленном состоянии в атмосфере кислорода при десульфуризации, близкой к 100 %, с образованием высококонцентрированных сернистых газов; восстановление оксидного расплава с получением свинца и цинка в виде черновых металлов. Цинк может быть получен также в виде окисленных возгонов или оставлен в шлаке и извлечен из него известными способами. Сера, содержащаяся в свинцовом концентрате, при плавке переходит в концентрированные сернистые газы, из которых почти полностью извлекается в серно-кислотном производстве.

Агрегат КИВЦЭТ-ЦС состоит из плавильной шахты с установленной в ее своде шихтово-кислородной горелкой, электротермической печи, отделенной в газовом пространстве от плавильной шахты перегородкой, погруженной в расплав, и конденсатора для получения металлического цинка. В случае получения цинка в виде оксида вместо конденсатора устанавливаются камера дожигания и рукавный фильтр.

В шихте плавки наряду с концентратами и флюсами могут быть переработаны различные окисленные свинец содержащие материалы (кеки, пыли, возгоны и др. оборотные материалы). Шихта для плавки крупностью не более 5 мм, предварительно подсушенная до содержания влаги не более 1 %, из бункера через шихтово-кислородную горелку подается в плавильную шахту в среде

технического кислорода (не менее 90 % кислорода). При этом осуществляется практически мгновенный разогрев частиц шихты до высоких температур, при которых за доли секунды происходит их обжиг и плавка по основным реакциям: