Дистилляция цинка в вертикальных ретортах.



Вертикальная реторта (рис.13.2) по конструкции представляет собой шахту, сложенную из карборундового фасонного кирпича на карборундовом цементе. Горизонтальное сечение реторты - прямоугольник шириной 300-330 мм и длиной 1,5-2,0 м. Высота реторты достигает 10-12 м, толщина карборундовых стенок от 40 до 250 мм.

Длинные стороны реторты сопряжены с двумя камерами сгорания (см. разрез 1-1). В качестве горючего используют смесь природного или генераторного газа с газом, выходящим из конденсатора с высоким содержанием СО. В топочных камерах поддерживают температуру 1300-1350 °С. Толщина внутреннего сечения реторты (около 300 мм) ограничена теплопроводностью шихты. При большей толщине шихта не прогревается. Максимальная температура внутри реторты составляет 1275-1300 °С.

 

Рис.13.2 Поперечный разрез вертикальной реторты для дистилляции цинка.

1 – реторта из карборундового кирпича, 2 – камера сгорания газа, 3 – загрузочное устройство,

4 – разгрузочное устройство, 5 - конденсатор

Шихту подают в реторту через 1 -1,5 ч с помощью загрузочного устройства, не пропускающего атмосферный воздух в реторту. В верхней не отапливаемой части реторты высотой около 4 м происходит теплообмен между шихтой и газами от дистилляции, которые таким образом, частично охлаждаются до поступления в конденсатор, будучи защищены от окисления паров цинка избыточным углеродом, содержащимся в шихте.

Так как высота слоя шихты в вертикальной реторте весьма значительна, для сохранения газопроницаемости ее брикетируют. Брикеты в реторту загружают горячими. Кроме них, в реторту загружают некоторое количество (12-15 % от массы брикетов) крупного кокса (50 - 60 мм). Нижняя часть реторты, так же как и верхняя, не нагревается. Она погружена в водяной затвор, обеспечивающий герметичность. Выгрузка раймовки, сохранившейся в форме брикетов, производится механическим путем и также без доступа воздуха в реторту. Раймовку с содержанием цинка 4-5 % направляют в отвал.

Парогазовая смесь в верхней части реторты с температурой 950 - 1000 °С отводится в конденсатор. Конденсатор имеет длину 1,8 м, ширину 1,2 м и высоту около 1,0 м. Разбрызгивание цинка импеллером позволяет регулировать температуру в конденсаторе и обеспечивает наилучшие условия для конденсации паров цинка. Температуру цинковой ванны в конденсаторе поддерживают на уровне 560°С при помощи погруженного в зумпф змеевика. Газы, имеющие температуру 450-470 °С, отводятся из конденсатора через металлический стояк диаметром 300 мм в небольшой орошаемый водой скруббер диаметром 300 мм. Уловленная при этом пыль в виде пульпы поступает в общий желоб, по которому стекает в отстойник. Пусьера содержит 62 % Zn, ее возвращают в шихту агломерации или продают в качестве сырья для производства оксида цинка.

Извлечение цинка в черновой металл составляет 92- 93%, в пусьеру 2-3%, в раймовку 4-5%. Получаемый металл содержит 99,8 % Zn, 0,15 % Pb и 0,04 % Сd.

Дистилляция цинка в вертикальных ретортах имеет ряд преимуществ по сравнению с дистилляцией в горизонтальных ретортах. Суточная производительность вертикальной реторты составляет 5-9 т цинка. Вертикальные реторты служат 3-5 лет, поэтому расход огнеупоров на 1 т цинка при их применении значительно меньше, чем при дистилляции в горизонтальных ретортах. Процесс в вертикальных ретортах хорошо механизирован, за исключением операций очистки реторты и конденсатора от настылей.

Процесс дистилляции в шахтных электропечах

Этот способ применялся на нескольких зарубежных заводах. Так, например, на заводе «Джозефтаун» (США) производительностью около 200 тыс.т цинка в год, цинковые концентраты предварительно обжигали в многоподовых печах в нейтральной атмосфере, получая огарок, содержащий 23 - 25% S и до 0,03% Pb. Огарок обжигали в печах кипящего слоя диаметром 5,1 и 6,9 м при температуре 980 °С. Вторичный огарок содержит 67% Zn; 0,03% Pb; 2% Sобщ; менее 0,5% Sсульфид. В пыли электрофильтров концентрируется 92 - 97% Pb и некоторое количество кадмия.      .

Далее огарок спекали на ленточных машинах, давая в шихту агломерации часть оборотной пыли, богатую цинком мелочь из электропечей, кокс, кварц и оборотную агломерационную мелочь. В случае необходимости получения чистого цинка спекание ведут в две стадии. Перед вторым спеканием огарок с добавкой кокса и оборотной мелочи окатывали в барабане. В этом случае агломерат будет содержать мало серы, кадмия и свинца.

На заводе были установлены шахтные электрические печи диаметром 3 м и вы­сотой 15 м мощностью около 5 мВт и производительностью до 50 т цинка в сутки.

Таблица 13.2   Показатели работы шахтных электропечей завода «Джозефтаун»:

Показатели Большая печь Малая печь
Расход шихты, т/сут 89 46
Производительность по цинку, т/сут 31 16
Содержание цинка в шихте, %  42,8 41,5
Извлечение цинка за операцию, % 85,3 77,5
Расход электроэнергии, кВт.ч/т цинка 2530 2890
Содержание цинка в остатке, % 14,6 15,3
Расход электродов, кг/т цинка 2,33 -
Расход рабочей силы, чел.ч/т цинка 14,3 -
Извлечение в чушковый цинк, % 89,5 -

Агломерат и кокс (расходуемый в количестве 300% против расчетного), отбираемые из бункеров дозаторами в пропорции 43:19 и подогретые во вращающейся печи до температуры 800 °С, поступают в шахтную печь через вращаю­щееся устройство, при помощи которого крупные частицы шихты располагаются ближе к середине печи. Это обеспечивает создание в центре ее максимальной температуры и здесь же концентрируется газовый поток. В центре печи температура 1400 °С, а у стен не превышает 900 °С. Ток к шихте подводится через несколько пар электродов (круглого сечения диаметром 300 мм и длиной 1,8 м), радиально входящих в печь в нижней и верхней частях. Столб шихты в печи опирается на медленно вращающуюся тарель, которая убирает остатки от дистилляции.

Цинковые пары и окись углерода при температуре 850 °С удаляются через кольцевое отверстие в стене печи, соединенное с конденсатором.

Дистилляция в шахтных печах

Представляет интерес процесс одновременного получения цинка и свинца в шахтных печах, освоенный в Англии (завод «Эвонмаут»), Франции («Нуайель-Годо»), Австралии («Кокл-Крик»), Северной Родезии, Японии (два завода) и других странах – процесс ИСП («Империал смелтинг процесс»). После пуска первой печи на заводе «Свонси» в 1950 г. способ получил ши­рокое распространение благодаря следующим достоинствам:

· большой производительности агрегата по цинку (до 200 т/сут);

· получению в этом же агрегате до 100 т в сутки свинца;

· высокой производительности труда;

· переработке коллективных концентратов;

· высокому извлечению цинка и свинца.

К началу 1968 г. суммарная мощность печей ИСП достигала 500 тыс.т по цинку и 220-230 тыс.т по свинцу. В последующие годы шахтные печи не строили, были остановлены 3 печи и вместо них введена одна большая на заводе «Эвон­маут». Процесс ИСП можно считать эффек­тивным для концентратов, в которых отношение Zn:Рb = 2:1. процесс ИСП использовали в Румынии, Польше, Италии и Югославии.

Процесс предусматривает агломерирующий обжиг концентратов, как пра­вило, с дутьем (в смеси с оборотными дроссами, пусьерой и некоторым количе­ством известняка и кварца), для удаления серы и спекания материала в прочный и пористый агломерат, что обеспечивается соединениями свинца. Такой агломерат содержит, например, 25-45% Zn, 15-25% Pb и около 20% пустой породы. Для обеспечения лучшей газопроницаемости шихты агломерат используют преимущественно в виде кусков размером 60-90 мм в поперечнике.

Загружаемая в печь шихта состоит из агломерата и кокса, расход которого подсчитывается как сумма: 90% от массы возгоняемого из агломерата цинка и 20% от массы образующегося при плавке шлака.

Оксид цинка в шахтной печи восстанавливается до металла по реакции:

ZnOT + CO = Znnap + СO2,

При снижении температуры реакция протекает в обратном направлении, т.е. с образованием оксида цинка. Константа равновесия реакции:

;

Таблица 13.3 Величины Кр и равновесный состав газов (% СО)

t,C 600 700 900 1027 1127 1227 1327
Кр     6,68.10-6 1,76.10-3 0,01 0,06 0,13 0,40 1,0
% СО (P=1 атм) 99 97 82 60 48 30 18
%СО(P=0,1 атм) - 90 50 20 14 11 2,4

Отмечено резкое изменение состава газа по содержанию СО в зависимости от температуры и давления, что объясняет протекание важной реакции (в горне):

Fe + (ZnO) = Znпар+ FeO

Чтобы реакция протекала только в желаемом направлении, т.е. с получе­нием металлического цинка, работу ведут при горячем колошнике, газы поки­дают печь нагретыми до 950-1000° С и содержат 3,9% Zn; 11,3% СО2 и 18% СО.

При указанном составе газа на колошнике газ у фурм содержит 11,0% СO2 и 18% СО, при таком соотношении СO2 и СО восстановления железа до металли­ческого не происходит.

Плавку ведут на шлаки состава: 32% СаО; 26% SiO2; 20% FeO и 11% А12O3, имеющие температуру плавления 1250° С. Загружаемый в печь кокс предварительно подогревают до 800° С, а дутье до 600 - 800° С.

Получаемые при плавке свинец и шлак выпускают в отстойник для разделения, а газы, содержащие пары цинка, направляют в конденсаторы (с каждой стороны печи по одному), оборудованные роторными мешалками, погруженными в ванну расплавленного свинца. Свинец перекачивают по системе, состоящей из конденсатора, насосов, кессонированного водоохлаждаемого желоба и ликвационного котла (рис.11.8).

Вращающимися мешалками свинец разбрызгивают, создавая в конденсаторе свинцовый дождь, растворяющий конденсирующиеся пары металлического цинка. В конденсатор поступает свинец, находящийся в состоянии насыщения цинком (содержит 2,02% Zn), при температуре 440 °С. В этом аппарате он нагре­вается до 570 оС и растворяет дополнительно 0,24% цинка. На выходе из кон­денсатора свинец содержит 2,26% Zn. Поэтому в ликвационной системе кон­денсатора находится 400 т свинца на 1 т извлекаемого цинка. В полученных металлах содержится примесей, %:

· Черновой свинец; 0,02-0,05 Zn; 0,2-0,6 Сu; 0,001-0,03 Sn; 0,01-0,04 As; 0,15-0,50 Sb; 0,01-0,03 Bi; 430-460 г/т Ag.

· Черновой цинк; 1,1-1,3 Pb; 0,01-0,05 Сu; 0,005-0,015 Sn; 0,015-0,028 Fe; 0,001-0,008 Ag; 0,01-0,04 As

Рис.13.3 Схема установки ИСП для получения цинка при плавке свинцово-цинковых агломератов:

1- осушающий циклон; 2- скруббер; 3 - водяные форсунки; 4 - конденсатор; 5 - загрузочное устройство;

6 - насос для перекачивания свинца; 7 - сифон; 8 - прием­ник для цинка; 9 - ликвационная ванна; 10 - шахтная печь; 11 - горн; 12 - фурма; 13 - воздухоподогреватель; 14 - бак для отстаивания пусьеры; 15 – вентилятор [Гудима – стр.307]

 

Фирмой ИС разработана стандартная промышленная печь, рассчитанная на получение 100 т цинка в сутки (при сжигании 95 т углерода), имеющая сле­дующие размеры: ширину в области фурм 1,82 м и длину 6,3 м, фурмы в два ряда. Последняя печь завода «Энвонмаут» (№ 4) после усовершенствования управляется ЭВМ.

Описанный процесс мало пригоден для концентратов, содержащих более 2-2,5% Сu, так как в этом случае в концентрате при обжиге приходится оставлять серу для образования штейна. В результате в газах появляется сера, которая далее соединяется с цинком, образуя в конденсаторах сер­нистый цинк, что увеличивает выход оборотных дроссов.


Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 436; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!