СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЦИНКОСОДЕРЖАЩЕГО СЫРЬЯ Российский патент 1997 года по МПК C04B5/00 C03C10/00 F27B15/00 

Изобретение относится к переработке цинкосодержащего сырья, а именно отходов производств (химволокна, электрометаллургических заводов, заводов по обработке цветных металлов и др.) на оксид цинка и строительный материал.

Проблема охраны природы одна из важнейших задач современного общества и ее решение немыслимо без рационального использования минерального сырья, объем и полнота переработки которого в полезный продукт характеризует уровень развития науки и техники.

Минеральное сырье является основой развития многих отраслей промышленности: металлургической, химической, строительной. Суммарный объем продукции из него прогрессивно растет. Кроме того, в связи с растущим применением в технике редких и рассеянных элементов и их соединений, для получения которых требуется переработать огромные объемы сырья, иногда во много раз превышающие выход основного продукта, следует в ближайшем будущем ожидать резкого увеличения объема попутных продуктов, представляющих собой техногенное сырье.

При современных темпах развития промышленного производства, когда промышленность испытывает все большие трудности по организации отвалов и транспортированию с территории предприятий различного рода отходов, создание и освоение ресурсосберегающих технологических процессов комплексной переработки сырья становятся узловыми вопросами экономики.

В настоящее время известны способы переработки отходов промышленности, например способ извлечения цинка из сырья и шламов производства химических волокон путем двухстадийной сернокислотной обработки шлама в присутствии полимерного сорбента, после которой цинк десорбируют сернокислотным раствором [1]
Однако известный способ, позволяя извлечь цинк, присутствующий в этих отходах в количестве 5 40 мас. не только не решает проблему безотходной технологии, так как в готовый продукт уходит только 5 40% исходного сырья (цинкосодержащего шлама), но и еще более загрязняет окружающую среду сточными водами, содержащими солевые сернокислотные растворы.

Известны также способы переработки цинкосодержащих материалов цинковых кеков и шлаков свинцовой плавки, вельцеванием, включающее их шихтовку с углеродистым восстановителем, содержащим коксик и углеродную теплоизоляционную шихту графитации, и восстановительный обжиг полученной шихты [2]
Однако обеспечиваемое известными способами даже повышенное извлечение цветных металлов из шлаков металлургического производства не решает проблему утилизации этих отходов и создание безотходной технологии, и так как вновь в отвалы "уходит" до 50% исходного сырья.

Наиболее близким к изобретению является способ переработки цинкосодержащего сырья в циклонном агрегате на оксид цинка, заключающийся во введении измельченного цинкосодержащего сырья совместно с газовоздушной смесью в предварительно разогретую до 1300 1400^oC камеру циклонной печи, восстановлении цинка, испарении его с последующим окислением воздухом, фильтрацией полученных паров и удалением жидкого шлака (авт. св. СССР N 1179074, кл. F 27 B 15/00, 1985).

Известная печь для получения окиси цинка, выбранная в качестве прототипа заявляемой линии, содержит загрузочное устройство, восстановительную и окислительную камеры и систему удаления жидкого шлака то же.

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают безотходной технологии, так как в процессе получения оксида цинка образуется новый отход шлак цинко-белильного производства, который в виде капель или струи попадает в гидрозатвор, в котором застывает и гранулируется и требует своей дальнейшей утилизации.

Технический результат изобретения организация безотходной технологии и повышение эффективности процесса.

Технический результат достигается тем, что в способе переработки цинкосодержащего сырья путем получения оксида цинка с последующим удалением жидкого шлака, согласно изобретению в последний дополнительно вводят корректирующий компоненты-кремнеземсодержащий и щелочесодержащий в количестве 13,33-64,00 мас. и 16,00 27,00 мас. соответственно, осуществляют варку полученной массы при 1350-1400^oC с выдержкой при максимальной температуре 1,0-1,5 ч, последующее формирование из нее изделий и их термообработку. При этом в качестве кремнеземсодержащего компонента используют песок или диатомит, или перлит, а в качестве щелочесодержащего компонента соду или поташ, или сульфат.

Технический результат достигается также тем, что технологическая линия для переработки цинкосодержащего сырья, включающая пост подготовки цинкосодержащего сырья и печь для получения оксида цинка с узлом для удаления жидкого шлака, выполненным в виде обогреваемой камеры с патрубком для шлакоудаления, дополнительно снабжена постом подготовки корректирующих компонентов, ванной печью с проточной стенкой, разделяющей зону загрузки и варочную зону, и горелками в варочной зоне и последовательно установленными постом формования и печью для термообработки отформованных изделий, причем ванная печь установлена под узлом для удаления жидкого шлака и выход патрубка шлакоудаления размещен в загрузочной зоне ванной печи ниже уровня расплава, а пост подготовки корректирующих компонентов связан с зоной загрузки ванной печи посредством загрузочного устройства.

Именно предлагаемые наличие и взаимное расположение элементов обеспечивают возможность согласно способу дополнительного введения в жидкий шлак подшихтовочных компонентов, варки массы, последующего формования изделий и их термообработки и тем самым достижение технического результата - организации безотходной технологии и повышение эффективности процесса.

Это позволяет сделать вывод, что предлагаемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Способ по изобретению осуществляют следующим образом.

Измельченное до пылевидного состояния цинкосодержащее сырье с помощью эжектирующего питателя смесеобразователя в смеси с природным газом и воздухом (с коэффициентом α 0,7 0,8) тангенциально подают в камеру восстановления циклонной печи. В этой камере одновременно происходит конверсия природного газа с образованием газов восстановителей CO и H₂, нагрев и плавление сырья, напыление его на стенки циклона, восстановление цинка из соединений, продвижение пленки расплава к шлакоотводящему отверстию. Пары цинка вместе с газами поступают в камеру окисления, куда через тангенциальные фурмы подают воздух. Образовавшуюся аэрозоль окиси цинка по белилопроводу транспортируют на фильтр-аппаратуру, где производят выделение цинковых белил и их упаковку.

После извлечения цинка шлак в расплавленном виде стекает через шлакоотводящее отверстие по патрубку в ванную печь. Сюда же подаю кремнеземсодержащий и щелочесодержащий компоненты в заданном количестве. В ванной печи происходит их смешение и взаимное химическое реагирование. Стекломассу варят при 1350 1400^oC с выдержкой при максимальной температуре в течение 1,0 1,5 ч, после чего через гидрозатвор подают на приемное устройство установки для проката стеклокристаллического материала, где формуют в плитки и проводят термообработку отформованных изделий, после чего готовую продукцию упаковывают и подают на склад.

На чертеже схематически показана технологическая линия для переработки цинкосодержащего сырья.

Предлагаемая технологическая линия для переработки цинкосодержащего сырья содержит связанную с постом подготовки цинкосодержащего сырья 1 циклонную печь 2 для получения оксида цинка, соединенную белилопроводом 3 с фильтраппаратурой 4 и имеющую систему удаления жидкого шлака, и установленную под ней связанную с постом подготовки шихты 5 ванную печь 6, за которой установлена машина конвейерная 7 для прокатки и термообработки стеклокристаллических плит.

После подготовки цинкосодержащего сырья содержит приемный бункер 8, оборудованный решеткой для улавливания кусков размером более 20 мм, вальцы 9 для размалывания гранул или крупных кусков, соединенные течкой 10 с виброситом 11, связанным через приемную тару с циклонной печью 2.

Циклонная печь имеет приемный бункер 12 со шнековым питателем 13, связанный со смесителем 14 эжекционной питательной горелки 15 с тангенциально установленным соплом 16, и состоит из камер восстановления 17 и окисления 18. Последняя имеет фурму 19 для подачи воздуха и связана посредством белилопровода 3 с фильтраппаратурой 4. Система удаления жидкого шлака из камеры восстановления 17 состоит из камеры 22, горелки неполного сгорания топлива 23, форкамеры 24 шлакоотвода 25 с отверстием 26 и патрубком шлакоудаления 20, выход которого размещен в загрузочной зоне ванной печи 6, выполненной с проточной стенкой, разделяющей зону загрузки и варочную зону и горелками 21 в варочной зоне.

Пост подготовки шихты 5 содержит приемные бункеры 27 и 28 за которыми последовательно установлены вибросита 29, автоматические весы 30 и снабженный лопастной мешалкой смесительный бункер 31, связанный через автоматические весы 32 с вышеупомянутой ванной печью 6. За последней установлена машина конвейерная 7, включающая прокатное устройство 33, формующее устройство 34 и печь 35 для термообработки стеклокристаллических плит.

Пример 1. На опытной линии АО "Эмпилс" была осуществлена переработка цинкосодержащих отходов Каменск-Шахтинского объединения "Химволокно", имеющих химсостав, приведенный в табл.1.

Высушенный шлам в количестве 1 т электротельфером подавали в приемный бункер 8, оборудованный решеткой для улавливания кусков размером более 20 мм. Из приемного бункера через шламовый затвор сырье самотеком поступало на вальцы 9, где происходило размалывание крупных кусков. Далее по течке 10 сырье направлялось на вибросито 11, откуда просев (фракции менее 1 мм) поступал в приемную тару. Непросеянный продукт (фракции более 1 мм) собирался также в приемную тару и возвращался в приемный бункер 8 для последующего повторного размола. Посеянное сырье поступало в бункер 12 циклонной печи 2 откуда шнековым питателем 13 подавалось в смеситель 14 питательной горелки 15 и далее транспортировалось в восстановительную камеру 17 печи подготовленной с коэффициентом a 0,75 газовоздушной смесью, обеспечивающей циклонный эффект в камере, имеющей температуру 1300^oC, восстановление цинка из сырья до металлического цинка и процесс генерации паров цинка.

Далее пары цинка вместе с продуктами неполного сгорания природного газа поступали в камеру окисления 18. Здесь происходило догорание СO и H₂ до CO₂ и H₂O соответственно и образование оксида цинка в виде аэрозоля, поступающего по белилопроводу 3 на фильтраппаратуру 4, где происходило выделение цинковых белил и их упаковка. При этом выход оксида цинка составил 54,4 кг. Напыленный на стенки камеры восстановления жидкий шлак стекал к отверстию 26 шлакоотвода 25 и благодаря наличию установленной под ним дополнительной горелки 23, обогревающей разгрузочное отверстие снизу, вытекал через него в виде капель или струи, по патрубку шлакоудаления 20, имея температуру 1200^oC, в установленную под ним ванную печь 6. При этом шлак имел химсостав, приведенный в табл.2.

Одновременно с этим на посту подготовки шихты остальные компоненты - кварцевый песок и соду, транспортером подавали в бункеры 27 и 28, откуда они поступали на вибросито 29 и далее на автоматические весы 30. После взвешивания песок в количестве 105 кг и соду в количестве 158 кг (для получения шихты следующего состава, мас. шлак 66,67; песок 13,33; сода 20,0) подавали в смесительный бункер 31, снабженный лопастной мешалкой, где происходило их перемешивание. Из смесительного бункера 31 шихта поступала на автоматические весы 32 и дозировалась в ванную печь 6 в соответствии с количеством загруженного сухого шлама, а следовательно и полученного расплавленного шлака. В данном примере на 1 т загруженного в циклонную печь сухого шлама, из которого после извлечения оксида цинка образовался жидкий шлак в количестве 503 кг, в ванную печь к расплавленному шлаку добавляли 251,5 кг смеси кварцевого песка и соды.

В результате того, что ванная печь 6 выполнена с проточной стенкой, разделяющей ванну на две части, варка стекломассы производилась непрерывно. В первой части ванны, расположенной непосредственно под шлакоотводом 25 циклонной печи и имеющей температуру 750^oC, происходило смешение компонентов шихты, их расплавление и взаимное химическое реагирование. Далее расплав через проточную стенку поступал во вторую удлиненную часть ванны, где и происходила варка при 1360^oC. Для поддержания температуры в зоне варки ванна снабжена погруженными горелками, что обеспечивает высокую степень тепломассообменных процессов и турболизацию потоков. За время варки, пройдя зону осветления при 1400^oC в течение 1,0 ч стекломасса передвигалась к выпускному отверстию, через которое при 950^oC она поступала на приемное устройство установки для проката 33 стеклокристаллического материала и далее на формующее устройство 34, где происходило формование стеклокристаллического материала в плиты, которые в печи 35 подвергали термообработке при максимальной 620^oC в течение 0,5 ч. После остывания готовую продукцию, вес которой составил 617 кг, упаковывали в тару и подавали на склад. Полученный стеклокристаллический материал обладает прекрасными выработочными свойствами, легко режется, имеет черный цвет. Характеристика полученного материала приведена в табл.3.

Пример 2. На опытной линии АО "Эмпилс" была осуществлена переработка одной тонны цинкосодержащих отходов Кировоградского медеплавильного комбината на оксид цинка и стеклокристаллический материал. В табл.4 приведен химический состав указанного отхода.

Для получения стеклокристаллического материала были дополнительно использованы диатомит в количестве 0,157 т и поташ (химсостав в табл.5) в количестве 0,108 т.

Состав диатомита приведен в табл.6.

Просеянное сырье в количестве 1 т поступало в бункер 12 циклонной печи 2, откуда шнековым питателем 13 подавали в смеситель 14 питательной горелки 15 и далее транспортировалась газовоздушной смесью аналогично примеру 1 в камеру восстановления 17. После протекания восстановления цинка и окисления его паров, выход готового продукта оксида цинка составил 729,0 кг. Напыленный на стенки камеры восстановления 17 жидкий шлак аналогично примеру 1 вытекал через отверстие 26 шлакоотвода 25 по патрубку в ванную печь 6. Одновременно с этим на посту подготовки шихты диатомит и поташ транспортером подавали в бункеры 27 и 28 соответственно, откуда они поступали на вибросито 29 и далее на автоматические весы 30. После взвешивания диатомит в количестве 0,157 т и поташ в количестве 0,108 т (для получения шихты следующего состава, мас. шлак 34,0; диатомит 39,0; поташ 27,0) подавали в общий смесительный бункер 31, снабженный лопастной мешалкой, где происходило их перемешивание. Из смесительного бункера 31 шихта поступала на автоматические весы 32 и дозировалась в ванную печь 6 в соответствии с количеством загруженного сырья, а следовательно, и полученного жидкого шлака. В данном примере 1 т загруженных в циклонную печь отходов, из которых после извлечения оксида цинка образовался жидкий шлак в количестве 0,13 т, в ванную печь к расплавленному шлаку добавляют 0,253 т смеси диатомита и поташа. Далее процесс варки стекломассы осуществляли аналогично примеру 1, в результате чего был получен стеклокристаллический материал в количестве 0,37 т, по своему составу и физико-техническим свойствам весьма близкий к составу промышленных шлакоситаллов, являющихся ценным материалом для ряда строительных работ.

Пример 3. На опытной линии АО "Эмпилс" была осуществлена переработка цинкосодержащих отходов Кировского завода по обработке цветных металлов на оксид цинка и стеклокристаллический материал.

Отходы имеют химсостав, представленный в табл.7.

Для получения стеклокристаллического материала были дополнительно использованы перлит в количестве 0,274 т и сульфат натрия (Na₂SO₄) в количестве 0,07 т.

Состав перлита приведен в табл.8.

Просеянное сырье в количестве 1 т поступало в бункер 12 циклонной печи 2, откуда шнековым питателем 13 подавали в смеситель 14 питательной горелки и далее транспортировалось газовоздушной смесью аналогично примеру 1 в камеру восстановления 17. После протекания процессов восстановления цинка и окисления его паров, выход готового продукта оксида цинка составил 0,81 т. Напыленный на стенки камеры восстановления 17 жидкий шлак аналогично примеру 1 вытекал через отверстие 26 шлакоотвода по патрубку 20 в ванную печь 6. Одновременно с этим на посту подготовки шихты перлит и сульфат натрия транспортером подавали в бункеры 27 и 28, откуда они поступали на вибросито 29 и далее на автоматические весы 30. После взвешивания перлит в количестве 0,274 и сульфат в количестве 0,070 т (для получения шихты следующего состава, мас. шлак 19,65; перлит 64,0; сульфат 16,30) подавали в общий смесительный бункер 31, снабженный лопастной мешалкой, где происходило их перемешивание. Из смесительного бункера шихта поступала на автоматические весы 32 и дозировалась в ванную печь 6 в соответствие с количеством загруженного сырья, а следовательно, и полученного жидкого шлака. В данном примере на 1 т загруженных в циклонную печь отходов, из которых после извлечения оксида цинка образовался жидкий шлак в количестве 0,08 т, в ванную печь 6 к расплавленному шлаку добавляли 0,328 т смеси перлита и сульфата. Далее процесс варки стекломассы осуществляли аналогично примеру 1, в результате чего был получен стеклокристаллический материал в количестве 0,4 т, характеризующийся равномерной тонкозернистой структурой кристаллов, спаянных друг с другом пленками незакристаллизированного стекла, удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к стекломатериалам.

Использование предлагаемого способа переработки цинкосодержащего сырья и линии для его осуществления дает возможность организации безотходного производства, решает проблему чистоты воздушного и водного бассейнов, а также расширения ассортимента товаров народного потребления и увеличения их объемов, позволяет использовать в качестве сырья любой цинкосодержащий материал, повышая этим эффективность и рентабельность производства.

Технический результат изобретения - организация безотходной технологии и повышение эффективности процесса. Способ переработки цинкосодержащих материалов включает операции получения оксида цинка с последующим удалением жидкого шлака. Новым в способе является то, что в удаляемый жидкий шлак дополнительно вводят кремнеземсодержащий и щелочносодержащий компоненты в количестве 13,33 - 64,0 и 16,3 - 27,0 мас.% соответственно, после чего проводят варку массы при 1350 - 1400^oC с выдержкой при максимальной температуре в течение 1,0 - 1,5 ч. Затем осуществляют формование изделий и их отжиг. Линия для переработки цинкосодержащих материалов включает участок подготовки цинкосодержащего сырья и печь с системой удаления жидкого шлака. Линия дополнительно снабжена участком подготовки шихты, связанным посредством загрузочного устройства с установленной под шлакоотводом ванной печью. Последняя выполнена с изолирующим гидрозатвором и погруженными горелками. За ванной печью установлены формовочное устройство и печь для термической обработки отформованных изделий. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 8 табл.

1. Способ переработки цинкосодержащего сырья, включающий получение оксида цинка с последующим удалением жидкого шлака, отличающийся тем, что в последний дополнительно вводят корректирующие компоненты кремнеземсодержащий и щелочесодержащий в количестве 13,33 64,00 и 16 27 мас. соответственно, осуществляют варку полученной массы при 1350 1400^oС с выдержкой при максимальной температуре 1,0 1,5 ч, последующее формование из нее изделий и их термообработку. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве кремнеземсодержащего компонента используют песок или диатомит, или перлит, а в качестве щелочесодержащего компонента соду или поташ, или сульфат. 3. Технологическая линия для переработки цинкосодержащего сырья, включающая пост подготовки цинкосодержащего сырья, печь для получения оксида цинка с узлом для удаления жидкого шлака, выполненным в виде обогреваемой камеры с патрубком для шлакоудаления, отличающаяся тем, что она снабжена постом подготовки корректирующих компонентов, ванной печью с проточной стенкой, разделяющей зону загрузки и варочную зону, и горелками в варочной зоне и последовательно установленными постом формования и печью для термообработки отформованных изделий, причем ванная печь установлена под узлом для удаления жидкого шлака и выход патрубка шлакоудаления размещен в загрузочной зоне ванной печи ниже уровня расплава, а пост подготовки корректирующих компонентов связан с зоной загрузки ванной печи посредством загрузочного устройства.