книги / Электротермия в металлургии меди, свинца и цинка

примеси очень велики. Содержание свинца меняется от 0,3 до 9%. Содержание кадмия, как правило, равно 0,2—0,4% и дости­ гает иногда 0,7%. Содержание железа колеблется от 5 до 15%, кремнезема от 2 до 6% и меди от 0,2 до 1,5%.

Выбор наиболее рациональной схемы'переработки концентра­ тов для того или иного завода определяется большим количест­ вом конкретных технических и экономических факторов.

При прочих равных условиях концентраты, более богатые цинком и содержащие значительное количество редких и рассеян­ ных элементов, целесообразнее перерабатывать гидрометаллур­ гическим способом. Для переработки концентратов, содержащих много железа, кремнезема и других примесей, более эффективен пирометаллургический процесс.

1. ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ ЦИНКА В ШАХТНОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Первое современное крупное предприятие для получения цин­ ка электротермическим путем было построено фирмой СентДжозеф Лед в г. Джозефтауне (шт. Пенсильвания) в 1930 г. [302—304].

Завод был запроектирован на переработку 109 т концентра­ тов в сутки для производства окиси цинка. В 1936 г. было раз­ работано оборудование для конденсации цинка применительно к электротермическим печам и начато промышленное производство металлического цинка. В период 1939—1940 гг. в результате пе­ реоборудования завода суточная переработка концентратов достигла 270 т, а после второй мировой войны количество пере­ рабатываемых концентратов возросло до 450 г в сутки с выпус­ ком 145 тметаллического цинка, около 90 токиси цинка и 385 т серной кислоты в сутки.

В 1960 г. оборудование завода позволяло перерабатывать до 750 тцинковых концентратов в сутки. Завод выпускает цинк двух сортов («высокосортный» и «первый сорт»), свободную от свинца окись цинка разных марок, кадмий и серную кислоту.

Первоначально сырьем для завода служила только руда, добываемая на рудниках, принадлежащих компании Ст. Джозеф в штате Нью-Йорк. Впоследствии в результате резко возросшего спроса на цинк в качестве дополнительного сырья завод стал пе­ рерабатывать и привозные концентраты.

На производство высокосортного цинка (99,95%) направляют концентраты с малым содержанием примесей. В среднем они содержат, %: 57 Zn, 0,6 Pb, 32 S, остальное в основном железо. Концентраты, с более высоким содержанием примесей направля­ ют на производство цинка низших марок.

Технологический процесс состоит из следующих основных стадий:

1. Обжиг сульфидных концентратов.

соотношениях. При этом преследуют цель получить кондицион­ ную (по содержанию железа и свинца) смесь концентратов. Максимальное содержание этих компонентов 8,0% Fe и 0,4% РЬ. Шихту после взвешивания 'передают в бункера обжиговых печей.

мо, чтобы огарок отличался низким содержанием свинца и кад­ мия. Получение такого огарка и одновременно пыли, богатой свинцом и кадмием, осуществляется в процессе комбинирован ного метода обжига концентратов в многоподовых печах и кипя­ щем слое и двухстадийной агломерации огарка. Схема процесса обжига представлена на рис. 62.

Цинковый концентрат предварительно частично обжигают в многоподовой печи :при недостатке воздуха и температуре 900° С, которая поддерживается нефтяными или газовыми форсунками.

Полуобожженный продукт, содержащий 23—25% S и около 0,4%) РЬ, пропускают для отделения комков через сито (рабо­ тающее в замкнутом цикле с молотковой дробилкой и водоох­ лаждаемыми шнековыми транспортерами) и подают в печь для

обжига в кипящем слое. Установлены две такие печи, одна внут­ ренним диаметром 6,1 м и другая 6,9 м, переделанная из печи для обжига во взвешенном состоянии. Давление в камере печи 12,7 см вод. ст., высота кипящего слоя 1,52 м, температура в слое

которой осаждается в двух футерованных кирпичом циклонах,

лотный завод. В серную кислоту извлекается 86—87% серы кон­ центрата.

Концентрация S02 в отходящих из печи газах около 10% поддерживается (постоянным автоматическим регулированием объема вдуваемого в печь воздуха в зависимости от содержания кислорода в газах, поступающих в котельную.

Состав огарка от обжига концентрата с малым содержанием

Огарок и циклонную пыль, содержащие небольшие количест­ ва свинца и кадмия, складируют отдельно. Пыль котельной и электрофильтров вместе с пылью предварительного обжига на­ правляют в гидрометаллургический цех на извлечение кадмия и свинца.

В двух двенадцатиподовых печах диаметром 7,6 м и одной печи для обжига в кипящем слое обжигают 227 тконцентрата в сутки. Суточная производительность обжигового цеха 657 ткон­ центрата, содержащего 50—57% Zn.

Огарок транспортируют в агломерационный цех.

Агломерация предварительно обожженного концентрата

Для плав(ки в шахтных 'печах требуется весьма прочный и твердый агломерат, который необходимо дробить до определен­ ных размеров. Для получения агломерата нужного качества на заводе проводят двухстадийную агломерацию с добавлением кварца в шихту машин второй ступени.

Особые требования предъявляются к агломерату, перераба­ тываемому электротермическим методом:

1. Цинковый огарок должен быть превращен в пористый прочный агломерат, который без заметного истирания может выдержать нагрузки, возникающие в шахте печи.

2. Агломерат должен быть раздроблен и отгрохочен с тем, чтобы в шихту поступал материал, состоящий только из кусков

размером от 5 до 2Q мм и имеющий определенное соотношение кусков разных размеров.

3. Содержание серы, свинца и кадмия в агломерате должно быть минимальным, особенно для 'производства высокосортного цинка и окиси.

На заводе установлены прямолинейные спекательные маши­ ны размером 1,5 X 13,2 м. Каждая машина оборудована эксгаус­ тером (производительностью 1250 м3/мин при разрежении 460 мм вод. ст., барабанным смесителем (2,4 X 3,6), валковой дробилкой и вибрационными грохотами.

Рис. 63. Аппаратурная схема получения агломерата высшего и первого сорта:

Агломерат для производства цинка первого сорта получается на двух спекательных машинах. Агломерат для производства вы­ сокосортного цинка и окиси цинка получается на четырех спе­ кательных машинах с предварительным (две машины) и окон­ чательным (две машины) спеканием. В последнем случае в на­ чале спекается цинковый огарок с получением непрочного агло­ мерата, который затем, после измельчения, опекается вторично, получается прочный агломерат с низким содержанием вредных примесей.

На рис. 63 приведены схемы (получения агломерата для про­ изводства высокосортного цинка и цинка первого сорта.

Агломерат для цинка первого сорта. На агломерацию посту­ пает шихта следующего состава, %:

Около 97% шихты мельче 6 мм. Содержание кокса в шихте около 4,4% за счет невыгоревшего кокса в оборотном агломера­ те. Содержание влаги в шихте от 9,5 до 11%.

Шихту смачивают в барабанном смесителе с помощью брыз­ гал оборотной водой из камер увлажнения газов. Эта вода со­ держит сульфат цинка, который способствует прилипанию пыли к более крупным частицам шихты и образованию комочков, что увеличивает газопроницаемость шихты и уменьшает вынос пыли.

Зажигают шихту газовой горелкой, для чего используются содержащие окись углерода газы электротермических печей, от­ ходящие после конденсации цинка.

Скорость движения ленты спекательных машин изменяется от 300 до 400 мм/мин в зависимости от газопроницаемости слоя шихты и скорости горения. Разрежение под паллетами изменяет­ ся от 225 до 450 мм, но обычно бывает в среднем около 320 мм вод. ст. Толщина слоя шихты на паллетах обычно бывает в пределах 250 мм.

Агломерат падает с паллет спекательной машины на пластин­ чатый трансформатор с высоты 2,4 м\ при этом он разбивается на крупные куски, подаваемые транспортером на зубчатую вал­ ковую дробилку, и дробятся до размера кусков 75 мм. Дробле­ ный агломерат проходит последовательно два барабанных гро­ хота, работающих в замкнутом цикле с валковой дробилкой диа­ метром 0,9 м и длиной 0,4 м. Мелочь агломерата с зерном менее 6 мм отделяется на втором барабанном грохоте и возвращается в шихту спекательных машин. Агломерат, отсеянный на первом барабанном грохоте, разделяется на вибрационном грохоте на два класса размером от 6 до 11 и от 11 до 19 мм.

Перед загрузкой в печь оба класса перемешивают для полу­ чения шихты с нужным соотношением кусков.

Химический состав годного агломерата, %: 55,0 Zn, 0,65 РЬ, 0,2 S, 0,01 Cd, 10,0 Fe, 8,7 Si02, 1,2 CaO.

Агломерат для высокосортного цинка. Дистилляционный цинк высокого качества можно получить только при переработке агло­ мерата с очень низким содержанием примесей.

При агломерации цинкового огарка обычно отгоняется зна­ чительная часть свинца и кадмия, причем в верхней части слоя агломерата содержание этих примесей значительно ниже, чем в нижней. Степень улетучивания свинца и кадмия возрастает с повышением температуры, что достигается увеличением туго­ плавкости шихты и высокой газопроницаемостью спекаемого слоя.

Агломерат для производства высокосортного цинка полу­ чается из огарка с содержанием не более 0,05% РЬ спеканием в Две стадии. Для первого спекания составляют тугоплавкую (без кварцевого песка) пористую шихту следующего состава, %:

У разгрузочного конца спекательной машины первой стадии установлен резак барабанного типа, который снимает верхний слой агломерата толщиной около 100 мм, наиболее бедный по содержанию свинца, кадмия и серы. Этот-слой подается по жело­ бу внутрь барабана, из которого выгребается шнеком, и затем направляется в шаровую мельницу, где измельчается до 40% крупностью —0,074 мм.

Измельченный верхний слой слабого агломерата первой ста­ дии спекания поступает на спекательные машины второй стадии с подшихтовкой к нему кварцевого песка.

Ниже приводится состав шихты второй стадии спекания, %:

Нижняя спеченная часть слоя агломерата сваливается на пластинчатый транспортер, дробится на зубчатых валках, про­ сеивается, додрабливается и разделяется на три класса. Мелочь (—6 мм) возвращается в шихту спекательной машины, а куско­ вой агломерат (—19+ 6,3 мм) поступает в плавку в соответст­ вующей пропорции каждого класса. 50% агломерата должно быть крупнее 9,4 мм.

В процессе спекания отгоняется до 80% свинца и 90% кад­ мия и серы.

Агломерат, полученный после второй стадии спекания, имеет следующий химический состав, %: 56,0 Zn, 0,004 Pb, 0,1 S, 0,003 Cd, 10,0 Fe, 8,7 Si02, 1,2 CaO.

Запыленный воздух очищается в рукавных фильтрах и пыль возвращается в шихту агломерации. Пыль из газов спекательных машин осаждается в трех электрофильтрах (127 000 м3/мин).

Перед поступлением в пылеуловитель газы охлаждают до температуры 54—57° С и увлажняют до содержания 9—10% (объемн.) влаги в увлажнительных камерах.

Охлаждают и увлажняют газы горячей водой, для чего в основном после отстаивания используют оборотную воду из камер увлажнения.

После электрофильтров газы пропускают через мокрые цик­ лоны, в которых заметно осаждается кадмий.

В электрофильтре осаждается около 2% пыли от веса по­ ступающих на спекание огарка и мягкого агломерата. Содержа­ ние пыли в газах после электрофильтров около 0,02 .г/л*3.

Пыль собирается в бункерах под камерами электрофильтра и шнеками передается в бак, где смешивается со шламом из ка­ мер сернокислотного завода. Смесь, богатая свинцом и кадми­ ем, поступает в гидрометаллургический цех для извлечения кадмия и свинца.

Крупная пыль, осевшая в камере увлажнения и имеющая почти такой же состав, как агломерат, периодически выгружает­ ся и после сушки на воздухе возвращается в шихту агломера­ ционных машин.

Иногда в шихту агломашин добавляют также раствор суль­ фата цинка и другие цинксодержащие отходы кадмиевого цеха. Это способствует лучшему спеканию и одновременно до­ полнительному извлечению цинка.

Дистилляция в вертикальных электропечах

Агломерат загружают в шахтные электропечи. Столб шихты, состоящий из равных объемов агломерата и кокса, нагревают электрическим током. Окись цинка, находящаяся в шихте, вос­ станавливается до металла и образовавшиеся пары цинка вме­ сте с окисью углерода удаляются из печи.

В настоящее время на заводе установлено 11 шахтных пе­ чей для производства металлического цинка. В четырех печах диаметром 1,75 м, выдающих чушковый цинк, ток (однофаз­ ный) подводится через 8 графитовых электродов диаметром 304 мм, расположенных на расстоянии 7,3 м один от другого по высоте печи. Остальные семь печей диаметром 2,4 м снабжены 16 электродами (диаметром 304 мм), которые установлены на расстоянии 9,7 м один от другого по вертикали. Электроды рас­ положены наклонно, чтобы не препятствовать сходу шихты. Верхние электроды входят в шихту на глубину 280 мм, ниж­ ние — на 200 мм. Потребляемая мощность на электрод равна 600—700 кет, напряжение меняется в пределах 160—260 в. Принципиальное устройство печи показано на рис. 64.

Над каждой печью установлены бункеры для агломерата, кокса и других материалов. Компоненты шихты взвешивают на ленточных весах.

Шихту предварительно подогревают до 750—800° С в футе­ рованной барабанной вращающейся печи, отапливаемой очи­ щенными от пыли печными газами. Топочные газы направляют на мешочные фильтры для улавливания уноса. Горячую шихту загружают в печь вращающимся питателем, с помощью кото­

рого более крупные частицы кокса и агломерата располагаются ближе к центру печи.

Рис. 64. Схема шахтной электропечи для производ­ ства цинка:

/ — бункер агломерата, кокса и других видов сырья; 2 —

прокалочная печь; 3 -* горелка; 4 — питатель; 5 — верх­ ние электроды; 6 — нижние электроды; 7 — водоохла­

ждаемый опорный обод; 8 — вращающийся разгрузочный стол; 9 — ковшевой транспортер; 10 — кольцевой газосборник; 11 — пары цинка и окись углерода; 12 -г конден­ сатор; 13 — жидкий цинк; 14 — окись углерода; 15 — про.

мывка газов; 16 — к вакуум-насосам

При таком способе загрузки максимальная температура раз­ вивается в центре печи и здесь же концентрируется газовый по* ток. В центре печи температура достигает 1300—1400° С, а у стен не превышает 900—950° С. Средняя температура в печи 1200° С.