СПОСОБ ВАЛЬЦЕВАНИЯ ОКИСЛЕННЫХ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК C22B19/38 

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при получении окислов цинка и свинца из окисленного сырья.

Известен способ вельцевания окисленных материалов, содержащих цинк и другие цветные металлы (а.с. 634624, кл. C 22 B 19/38) путем подачи коксика в шихту и воздуха, обогащенного кислородом в зону температур 950 - 1000^oC с получением возгонов и расплава "линкер", представляющего собой смесь черновой меди и шлака, причем "клинкер" в разгрузочном конце печи подвергают окислению путем подачи струи и технического кислорода в толщу шихты под углом 45 - 55^o к оси печи в количестве 0,2 - 0,25 нм³ на кг "клинкера".

Однако переработка цинксодержащих материалов по такому способу требует высокого расхода коксовой мелочи 600 - 700 кг/т шихты. Последнее вызвано тем, что отгонка цинка и свинца протекает полностью только в том случае, если шихта находится в сыпучем состоянии, а коксовая мелочь впитывает расплав.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ вельцевания цинксодержащих материалов по вращающейся трубчатой печи с подачей в разгрузочную часть в зону температур 950 - 1000^oC воздуха низкого давления (p = 0,1 - 0,2 атм), обогащенного кислородом. (см. Лакерник М.И., Пахомова Г.Н. Металлургия цинка и кадмия. - М.: Металлургия, 1969, с. 392 - 402).

Недостатком указанного способа является высокий расход коксика и существенные потери цветных металлов с клинкером, что обусловлено следующим.

При подаче в зону формирования клинкера (T = 950 - 1000^oC) воздушно-кислородного дутья материал переходит в расплавленное состояние. В указанной зоне печи наиболее высокое содержание легкоплавких силикатов и наиболее низкое содержание коксовой мелочи (10 - 15%), одним из назначений которой в вельц-процессе является поглощение жидкой фазы и придание материалу в печи сыпучего состояния.

Из-за образования жидкой "ванны" нарушается процесс отгонки цинка и свинца из шихты и для нормализации процесса необходимо увеличить расход коксовой мелочи.

В основу патентуемого способа положена задача разработки такого способа, который позволил бы снизить при переработке вельцеванием окисленных цинксодержащих материалов содержание цинка и свинца в клинкере и расход топливно-энергетических ресурсов, в частности коксовой мелочи.

Это достигается тем, что в известном способе вельцевания цинксодержащих материалов во вращающейся трубчатой печи, включающем подачу коксика в шихту и воздуха, обогащенного кислородом, в разгрузочную часть печи вдоль ее оси, согласно изобретению, воздух, обогащенный кислородом, подают в зону температур 1200 - 1300^oC под давлением 4 - 6 атм.

Для ведения вельц-процесса необходим переменный состав газовой фазы по сечению печи для восстановления оксидов (цинка, свинца, кадмия) в слое и окисления паров металлов над слоем. Содержание кислорода и диоксида углерода в газах по мере удаления от слоя материала возрастает, концентрация монооксида углерода уменьшается. Увеличение содержания кислорода в газовой фазе, над слоем, начиная от зоны температур 1200 - 1300^oC (реакционной) и далее в сторону зоны загрузки 600 - 900^oC, интенсифицирует окисление паров цинка и благоприятствует полноте его отгонки.

Использование взамен вентиляторного (P = 0,1 - 0,2 атм) обогащенного кислородом воздуха компрессорного (давление 4 - 6 атм) исключает расплавление материала в зоне формирования клинкера, т.к. при этом углерод практически не выгорает, а цинк из клинкера доизвлекается. Это имеет место вследствии того, что струя воздуха, обладая значительным кинетическим импульсом, минует зону формирования клинкера, практически не внося изменений в состав газовой фазы. Это благоприятствует протеканию восстановительных процессов и не вызывает интенсивного выгорания оставшегося коксика. Вместе с тем ориентированная струя сжатого воздуха обеспечивает удаление окисленных паров цинка от слоя шихты на большом протяжении зоны температур 1200 - 1300^oC. В результате шихта получается обедненной по цинку.

При подаче воздушно-кислородного дутья в зону температур ниже 1200^o (со стороны загрузки) происходит выгорание углерода и ваннообразование в зоне формирования клинкера.

При подаче воздушно-кислородного дутья в зону температур ниже 1200^oC со стороны загрузки часть загружаемой шихты увлекается в газовый поток и загрязняется вельц-окись, а процессом окисления в газовой фазе не протекает до конца, что приводит к повышению содержания восстановителей в вельц-окиси. Повышение температуры более 1300^oC приводит к повышенному расходу топлива и существенно не снижает потери свинца и цинка с клинкером. Кроме того, под действием высоких температур увеличивается износ футеровки (ликвидируется гарнисаж). При повышении давления воздушно-кислородного дутья более 6 атм снижается эффективность его использования, т.к. часть кислорода попадает в зону температур ниже интервала 1200 - 1300^oC со стороны загрузки. При этом процессы окисления в газовой фазе не протекают до конца, что приводит к повышению содержания цинка в клинкере к увеличению содержания восстановителей в вельц-окиси. Последняя становится непригодной для получения из нее цинка гидрометаллургическим путем. При снижении давления ниже 4 атм часть образующегося в газовом пространстве оксида цинка вновь выпадает в слой шихты, что увеличивает потери цинка с клинкером и требуется дополнительный расход коксика на его повторную отгонку.

Таким образом патентуемый способ позволяет: исключить расплавление материала в зоне формирования клинкера; снизить содержание цинка и свинца в клинкере; снизить расход топлива-восстановителя.

Способ осуществляется следующим образом.

Цинксодержащий материал, например цинковый кек состава, %: цинк 18 - 22, свинец 1 - 3, железо 22 - 30, оксид кремния 6 - 9 в смеси с твердым углеродистым восстановителем загружают в трубчатую вращающуюся печь и подвергают вельцеванию. В разгрузочный конец печи на высоте 0,1 диаметра печи от горизонтальной оси разгрузочного отверстия устанавливают форсунку, через которую подают вдоль оси печи в зону температур 1200 - 1300^oC воздушно-кислородное дутье с содержанием кислорода 26 - 28% под давлением 4 - 6 атм.

Выгружаемый из печи клинкер охлаждают и направляют потребителю. Цинксодержащие возгоны улавливают в газоходной системе и используют в гидрометаллургическом производстве цинка.

Пример. Определение оптимальной температуры по предлагаемому способу.

Цинковый кек состава, %: цинк 20,2; свинец 1,9; железо 25,3; оксид кремния 8,1; одновременно с коксовой мелочью подавали в загрузочную течку вельц-печи (диаметр 2,5 длина 41,0). Через форсунку установленную в разгрузочном отверстии печи на высоте 0,25 м от горизонтальной оси, подавали воздушно-кислородную смесь с содержанием кислорода 27% под давлением 5 атм в зону температур материала 1200 - 1300^oC.

Расход воздушно-кислородного дутья - 700 нм³/ч, загрузка печи - 4,0 т/ч и 1,3 т/ч коксовой мелочи или 325 кг/т кека.

Для сравнения проводили опыт по прототипу. Кек указанного состава загружали в печь вместе с коксовой мелочью в количествах 325 кг/т кека, подавали вентиляторный воздух с давлением 0,2 атм, обогащенный кислородом до содержания 27% в количестве 700 нм³/ч. Результаты опытов приведены в табл. 1.

Как видно из табл. 1, при подаче воздушно-кислородной смеси в зону температур ниже 1200^o со стороны загрузки растет содержание восстановителей до 13,5% и вельц-окись не пригодна для дальнейшей гидрометаллургической переработки с получением цинка.

При подаче воздушно-кислородного дутья в зону температур ниже 1200^oC со стороны выгрузки в зоне формирования клинкера материал расплавляется, процесс вельцевания нарушается, что приводит к выдаче бракованного по цинку клинкера - 2,1%.

При проведении опыта по прототипу происходит расплавление материала в зоне формирования клинкера, что приводит к увеличению содержания цинка в клинкере. Для нормализации процесса необходимо увеличить загрузку топлива-восстановителя до 1,7 т/ч или до 420 кг усл.топл./т шлака.

Пример 2. Определение влияния давления воздуха обогащенного кислородом по предлагаемому способу.

Опыт проводили со шлаком на оборудовании описанном выше. Воздушно-кислородную смесь подавали в зону температур 1250^oC под давлением 3, 4, 5, 6 и 7 атм. Результаты опытов приведены в табл. 2.

Как видно из табл. 2 при повышении давления более 6 атм растет содержание восстановителей в вельц-окиси до 15,6 и она не пригодна для гидрометаллургической переработки и получением цинка. При снижении давления воздушно-кислородного дутья менее 4 атм повышается содержание цинка в клинкере до 2,9% за счет его "выпадения" в слой шихты. Кроме того, имеет место частичное оплавление материала в зоне формирования клинкера.

Использование: металлургия цветных металлов, может быть использовано при получении окислов цинка и свинца окисленного сырья. Цинксодержащий материал, например цинковый кек в смеси с твердым углеродистым восстановителем, загружают во вращающуюся трубчатую печь и подвергают вельцеванию. В разгрузочном конце печи устанавливают форсунку, через которую подают воздушно-кислородное дутье вдоль оси печи в зону температур 1200-1300^oC под давлением 4-6 атм. Способ позволяет снизить расход топлива-восстановителя и содержание цинка и свинца в кликере, исключить расплавление материала в зоне формирования клинкера. 2 табл.

Способ вальцевания окисленных цинксодержащих материалов во вращающейся трубчатой печи, включающий подачу коксика в шихту и воздуха, обогащенного кислородом, в разгрузочную часть печи вдоль ее оси, отличающийся тем, что воздух, обогащенный кислородом, подают в зону температур 1200-1300^oC под давлением 4-6 атм.