СПОСОБ ВЕЛЬЦЕВАНИЯ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1994 года по МПК C22B19/38 

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к способам извлечения цветных металлов из цинковых кеков вельцеванием, и может быть использовано в других областях, связанных с отгонкой цинка: химической, металлургической и др. отраслях промышленности.

Известен способ переработки цинковых кеков, включающий их сушку, смешивание с углеродсодержащим восстановителем, нагрев полученной смеси, отгонку цветных металлов и улавливание возгонов с получением окислов, причем при переработке карбонатных цинковых кеков, восстановитель вводят в смесь с водной пастой карбоната цинка, содержащей соду и гидросульфит натрия, причем, пасту задают в количестве 20-30% от массы восстановителя.

Недостатком известного способа является большой пылевынос (до 5% ) при переработке мелкодисперсных цинксодержащих материалов и относительно низкое извлечение цветных металлов (80-90% ), что снижает технико-экономические показатели вельц-процесса и функционирования оборудования.

Цель изобретения - охрана окружающей среды за счет высокотемпературной переработки шламов гальванического производства при одновременном извлечении дополнительного количества цветных металлов без увеличения пылевыноса в атмосферу.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу вельцевания цинковых кеков, включающему их сушку, смешивание с углеродсодержащим восстановителем, подачу полученной смеси в вельц-печь и ее нагрев, отгонку цветных металлов и улавливание возгонов с получением окислов, цинксодержащие шламы гальванического производства подают в вельц-печь импульсами, длительность которых определяют по формуле
Т_ш = (0,2-0,4) Т_вр, и в соотношении к остальным цинковым кекам, определяемым формулой:
М_ш = (0,1-0,3) М_к, где Т_вр - период вращения вельц-печи;
М_ш - масса вводимых шламов гальванического производства, подаваемая в печь за ед. времени;
М_к - масса цинковых кеков.

Сущность способа заключается в следующем.

Цинковые кеки, содержащие, мас. % : цинк 15-20; кадмий 0,2-0,5; свинец 1-2; индий 0,01-0,07; окись кремния 7-10; железо 10-20; вода 15-50, подвергают гранулированию и сушке при 200-400^оС с получением гранул диаметром 2-20 мм и содержанием влаги 12-16% . Полученные гранулы смешивают с углеродсодержащим восстановителем - коксом и подают полученную смесь в вельц-печь. Одновременно с обработкой цинковых кеков и подготовкой их к подаче в вельц-печь, цинкосодержащие шламы гальванического производства (имеющие следующий состав в перерасчете на сухое вещество, мас. % : оксид никеля 9,6-21,2; оксид цинка 12,8-24,3; оксид меди 6,7-19,1; оксид хрома 20-45; оксид железа 15-26; оксид кальция, натрия - остальное) смешивают с углеродсодержащим восстановителем - коксом с дисперсностью 0,01-10 мм, взятым в количестве 20-60% от количества шламов. Затем эту смесь гранулируют в чашевом грануляторе в течение 15-20 мин и подают в вельц-печь.

Подачу кеков и шламов в вельц-печь осуществляют поочередно. При этом длительность Т_ш импульса загрузки шламов в вельц-печь составляет (0,2-0,4)Т_вр, где Т_вр - период вращения вельц-печи. Здесь, как и во всех областях техники, период вращения Т_вр обозначает время полного оборота вельц-печи вокруг своей оси. Численное значение Т_вр в процессе эксплуатации печи может устанавливаться технологом цеха в пределах Т_вр = (0,5-2) об/мин. Как известно, конкретное численное значение Т_вр задается технологом цеха один раз в месяц или год в зависимости от состояния футеровки печи, влажности сырья - шихты. При такой длительности загрузки шламов в вельц-печь, происходит наиболее эффективное перемешивание уже в самой вельц-печи кеков и шламов, поскольку, например при Т_ш = 0,1 Т_вр или Т_ш = 0,5 Т_вр вельц-печь либо еще недостаточно повернулась вокруг своей оси, либо сделала уже полоборота. В соответствии же с предложенным шламы будут поданы в вельц-печь после высокого слоя кеков. При дальнейшем вращении вельц-печи последующая загрузка кеков приведет к возрастанию расплавленного слоя в зоне загрузки, что приведет к образованию волны, направленной в сторону зоны выгрузки клинкера. Поскольку образующаяся волна перемещается в сторону отрицательного наклона оси вельц-печи, то предшествующая доза загрузки шламов перекрывается волной расплавленного материала в печи. Безусловно описанный вынужденный процесс образования бегущей волны, обеспечивающий импульсное обволакивание частиц шлама или гранул жидким расплавом, приводит к снижению выноса мелкодисперсных частиц шлама (от 0,1 микрона до 1 мм) из печи отходящими газами. В случае непрерывной подачи шламов и кеков или в виде их смеси, вынос частиц шламов возрастает на 10-40% (в зависимости от длительности и массы шламов в одном импульсе). Здесь термины "высокий слой" и "низкий слой" определяют высоту слоя материала в печи соответственно после загрузки кеков и шламов. При этом соотношение масс шламов, подаваемых за один импульс рассчитывают по формуле
М_ш = (0,1-0,3) М_к, где М_к - масса цинковых кеков.

Из описанного видно, что для обезвреживания цинксодержащих шламов гальванического производства и их оптимального "включения" в существующий процесс вельцевания цинкосодержащих материалов помимо поочередной подачи цинксодержащих материалов в вельц-печь с определенными длительностями, необходимо соблюсти и указанное массовое соотношение подаваемых материалов.

При этом соотношение М_ш < 0,1 М_к приведет к экономически невыгодному "включению" шламов в вельц-процесс, поскольку при малых объемах вовлечения шламов в вельц-процесс экономически неоправданы затраты на обработку, подготовку, транспортировку и выполнение других операций, связанных с переработкой шламов. При соотношении М_ш > 0,3 М_к, заметно увеличивается пылевынос частиц шлама, недопустимо растут затраты по основному процессу вельцевания, в частности, расход кокса, из-за уменьшения степени извлечения цветных металлов, т. е. снижаются технико-экономические показатели процесса вельцевания основного вторичного сырья - цинковых кеков.

Загруженные в вельц-печь цинкосодержащие материалы нагревают. Образующиеся при этом газы и пыль отгоняют из вельц-печи. Эти возгоны улавливают и полученные окислы цветных металлов отправляют на дальнейшую переработку, а остальная часть металлов в виде труднорастворимых соединений выгружается из печи в виде клинкера. Таким образом, приведенные отличительные признаки способа позволяют обезвредить для окружающей среды цинксодержащие шламы гальванического производства, извлечь из них тяжелые металлы, повышают эффективность работы печи за счет получения дополнительного количества металлов, а также отказа от использования дорогостоящего специального оборудования для обезвреживания шламов. При этом снижается также пылевынос на 10-40% по сравнению с тем, если бы шламы подвергали вельц-процессу по известному способу переработки вторичных цинксодержащих материалов.

П р и м е р. Цинковые кеки весом 500 кг, влажностью 35% , содержащие в сухой массе, мас. % : цинк 20; свинец 1,5; кадмий 0,2; индий 0,02; железо 18; окись кремния 7; окись кальция 2,5; сера 7,5; окись алюминия 1,5; примеси - остальное, окомковывают в чашевом грануляторе в течение 30 мин, сушат в сушильном шкафу при 150^оС до содержания влаги 13% .

Одновременно готовят шламы гальванического производства. Для этого шламы, содержащие в сухой массе, мас. % : оксид никеля 10; оксид цинка 14; оксид меди 11; оксид хрома 40; оксид железа 22; оксиды кальция, натрия остальное. Эти шламы смешивают с коксом с крупностью 0,01-10 мм, взятым в количестве 35% от количества шламов в 100 кг. Затем эту смесь гранулируют в чашевом грануляторе в течение 20 мин.

Подачу подготовленных, обработанных описанным выше образом кеков и шламов осуществляют импульсами в вельц-печь, соблюдая при этом следующие условия и соотношения: Т_ш = 0,3 Т_вр и М_ш = 0,25 М_к. Полученную в вельц-печи смесь кеков и шламов нагревают до 1300^оС и образующиеся при этом газы и пыль отгоняют из вельц-печи в течение 8 ч. Отходящие газы через патрубок в крышке отсасывают при разрежении 5 мм вод. ст. , окисляют пары металлов воздухом, газы фильтруют при 120^оС и улавливают возгоны и отправляют на дальнейшую переработку. Небольшую часть твердых остатков взвешивают, анализируют на остаточное содержание цветных металлов и определяют извлечение цинка и других сопутствующих металлов. Извлечение в окислы составило: цинка 95,2% ; свинца 96,4% ; кадмия 93,6% ; индия 78% . Расход кокса составил 2,83 кг на кг цинка. Аналогично для всего диапазона изменений параметров процесса вальцевания цинковых кеков по предлагаемому способу рассмотрены для тех же составов исходных материалов.

Результаты испытаний для 5-ти примеров реализации способа приведены в таблице.

Положительный эффект от использования изобретения обусловлен тем, что обеспечивается полное обезвреживание шламов (часть цветных металлов возгоняется, а часть - переходит в труднорастворимый клинкер), снижается пылевынос, потери цинка снижаются с 10,5% до 9,3% , расход кокса повышается с 2,75 дт лишь до 2,83 т на тонну цинка. Кроме того, при этом уменьшаются затраты на природоохранительные мероприятия и специальное оборудование для обезвреживания цинксодержащих шламов, загрязняющих окружающую среду. (56) Авторское свидетельство СССР N 1073314, кл. C 22 B 19/38, 1982.

Чижиков Д. М. Металлургия тяжелых цветных металлов. М-Л. , 1948, с. 958-962.

Использование: цветная металлургия. Сущность: цинксодержащие материалы, преимущественно кеки и шламы гальванических производств сушат, смешивают с углеродсодержащим восстановителем, подают в вельц-печь, причем шихту из кеков и шламов подают в печь раздельно и поочередно, а загрузку шихты, содержащей шламы, осуществляют в течение времени, определяемом как T_ш=(0.2-0.4)T_вр, Количество шихты из шламов определяют из соотношения M_ш=(0.1-0.3)M_к, где T_ш - время подачи шихты со шламами, мин, T_вр - период вращения печи, мин, M_ш - масса шламов, кг, M_к - масса кеков, кг. 1 табл.

СПОСОБ ВЕЛЬЦЕВАНИЯ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ, преимущественно цинковых кеков и шламов гальванических производств, включающий сушку, смешивание с углеродсодержащим восстановителем, подачу шихты, содержащей кеки или шламы в вельц-печь, и ее нагрев, отгонку цветных металлов и улавливание возгонов с получением окислов, отличающийся тем, что, с целью охраны окружающей среды и повышения извлечения цветных металлов, подачу шихты, содержащей кеки, и шихты, содержащей шламы, осуществляют поочередно, при этом загрузку шихты, содержащей шламы, осуществляют в течение времени
Т_ш = (0,2 - 0,4) Т_вр,
а количество шихты, содержащей шламы, определяют из соотношения
М_ш = (0,1 - 0,3)М_к,
где Т_вр - период вращения вельц-печи, мин;
М_ш - масса шихты с вводимыми шламами, кг;
М_к - масса шихты с вводимыми кеками, кг.