СПОСОБ ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦИНКА ИЗ ПЫЛИ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ Российский патент 2024 года по МПК C22B7/02 C22B19/38 C22B5/16 

Изобретение относится к переработке техногенных образований черной металлургии и может быть использовано для извлечения цинка из пыли дуговых сталеплавильных печей.

Известен способ производства цинка, заключающийся во введении в цинксодержащую шихту коксика, нагреве шихты во вращающейся печи до температуры 1300°С, возгоне цинка, его окисление и улавливание образовавшегося оксида цинка (Лакерник М.М., Пахомова Г.Н. Металлургия цинка и кадмия. М.: Металлургиздат, 1969, с. 393-409). Недостатком способа является загрязнение оксида цинка соединениями хлора, фтора, калия, натрия, свинца и серы, которые возгоняются вместе оксидом цинка.

Известен «Способ переработки пылей электродуговых печей» (Патент № 2653394 (Россия) класс С22В 19/00, 19/38 от 08.05.2018 г.), включающий операции смешения, окатывания, возгон цинка, гидрометаллургической переработки цинксодержащего клинкера. Пыль электродуговых печей смешивают перед окатыванием с материалом, содержащим оксид кальция в количестве, обеспечивающем добавку оксида кальция в количестве 70-110% от содержания в пыли оксида железа (Fe₂O₃), находящегося в составе феррита цинка (ZnO×Fe₂O₃), и коксиком в количестве 1-2% к весу упомянутой пыли. Изобретение позволяет снизить расход коксовой мелочи, повысить извлечение цинка в раствор, а свинца - в возгоны. В возгоны переходят свинец и соединения хлора и фтора, в клинкере остается цинк в растворимой при выщелачивании форме. Недостатком данного способа является наличие двух стадийного передела, при котором на пирометаллургической стадии возгоняется не оксид цинка, а вредные примеси, а сам цинк извлекается на гидро-металлургичнеском переделе.

Известен «Способ вельцевания окисленных цинксодержащих материалов» (Патент № 2516191 (Россия) класс C22B 19/38 (2006.01); C22B 7/00 (2006.01), включающий подачу во вращающуюся трубчатую печь окисленных цинксодержащих материалов с коксиком в качестве твердого углеродистого восстановителя и подвергают вельцеванию с подачей дутья в виде паровоздушной смеси в зону температур 1050-1150°С при содержании пара в смеси 14-25%. За счет подачи пара в печь в зоне температур 1050-1150°С протекает эндотермическая реакция С+Н₂О→СО+Н₂, которая обеспечивает повышение восстановительного потенциала в атмосфере печи. увеличивает извлечения свинца из цинксодержащего материала. Недостатком способа является отсутствие воздействия на другие вредные примеси, содержащиеся в цинксодержащем материале, такие как Na₂O, K₂O, SO₃, Cl, F.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому изобретению является способ удаления из портландцементного клинкера избыточных кислых и щелочных оксидов, заключающийся в поддержании в сырьевой смеси мольного соотношения SO₃/(Na₂O+K₂O)≥1 (Javed I. Bhatty.; Role of Minor Elements in Cement Manufacture and Use, Portland Cement Association, Skokie, Illinois 1995, p. 24-25.). При соблюдении данного соотношения при обжиге в сырьевой смеси образуются Na₂SO₄ и K₂SO₄, которые возгоняются до температуры 1100°С. За счет организации отсоса части газообразных продуктов сгорания через байпас при температуре 1200 °С, данные соли удаляются из зоны обжига, обеспечивая их низкое содержание в продуктах обжига (портландцементном клинкере).

В пыли дуговых сталеплавильных печей, помимо приведенных оксидов (Na₂O, K₂O, SO₃) также присутствуют другие элементы, такие как Cl, F, Pb, которые возгоняясь вместе с цинком загрязняют его, снижая качество цинкового возгона. Для очистки цинкового возгона производители вынуждены использовать гидрометаллургический передел, удаляющий растворимые соли из цинкового возгона. При этом не растворимые примеси, такие как Pb, из цинкового возгона не удаляются.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание способа пирометаллургического извлечения цинка из пыли дуговых сталеплавильных печей, обеспечивающего повышение качества цинкового возгона на стадии пирометаллургической обработки без применения гидрометаллургического передела.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе пирометаллургического извлечения цинка из пыли дуговых сталеплавильных печей, включающем химический анализ пыли дуговых сталеплавильных печей, смешение пыли дуговых сталеплавильных печей, твёрдого углеродистого восстановителя и флюса, совместный помол смеси, ее окускование путем прессования, вельцевание брикетов смеси с подачей дутья в виде паровоздушной смеси при содержании пара в смеси 14-25%, отличающийся тем, что состав флюса определяют по данным химического анализа пыли дуговых сталеплавильных печей с введением кислых или основных оксидов перед смешением сырьевой смеси до уровня, обеспечивающего выполнение соотношения (SO₃+Cl+F)/(Na₂O+K₂O)≥1, при этом паровоздушную смесь вводят в зону темрератур 1000°С и часть возгона удаляется из вращающейся печи до температуры 1100°С.

За счет обеспечения выполнения во флюсе соотношения (SO₃+Cl+F)/(Na₂O+K₂O)≥1 в сырьевой смеси в процессе обжига образуются легко возгоняемые до температуры 1100°С соединения Na₂SO₄, K₂SO₄, NaCl, KCl, NaF и KF, а за счет введения пара увеличивается восстановительный потенциал атмосферы печи, позволяющий восстановить содержащийся в пыли PbO до Pb и перевести его в возгон до температуры 1100°С и за счет удаления части возгона до температуры 1100°С, эти соединения удаляются из зоны обжига. Поскольку цинк начинает возгоняться выше температуры 1100°С, то содержание указанных вредных примесей в цинковом возгоне существенно снижается.

При проверке заявленного способа сначала производится химический анализ исходной пыли дуговых сталеплавильных печей, приведенный в таблице 1.

Таблица 1. Данные химического анализа исходной пыли дуговых сталеплавильных печей Наименование оксида Содержание, масс. % Стандартная ошибка, % Наименование элемента Содержание, масс. % Стандартная ошибка, % ZnO 38,14 0,24 Zn 30,64 0,20 Fe₂O₃ 23,51 0,21 Fe 16,44 0,15 CaO 7,54 0,13 Ca 5,39 0,09 SiO₂ 4,40 0,10 Si 2,05 0,05 K₂O 4,09 0,10 K 3,39 0,08 Cl 3,94 0,10 Cl 3,94 0,10 Na₂O 3,74 0,29 Na 2,78 0,21 PbO 3,59 0,09 Pb 3,34 0,09 MnO 2,88 0,08 Mn 2,23 0,06 MgO 2,47 0,08 Mg 1,49 0,05 SO₃ 2,38 0,08 S 0,95 0,08 CO₂ 1,42 0,23 C 0,39 0,06 Al₂O₃ 0,89 0,04 Al 0,47 0,02 CuO 0,29 0,01 Cu 0,23 0,01 P₂O₅ 0,26 0,01 P 0,11 0,01 Cr₂O₃ 0,23 0,01 Cr 0,16 0,01 TiO₂ 0,14 0,01 Ti 0,082 0,004 SnO₂ 0,056 0,004 Sn 0,044 0,003 NiO 0,013 0,003 Ni 0,010 0,002

По данным химического анализа был произведен расчет соотношения (SO₃+Cl+F)/(Na₂O+K₂O), который составил (2,38+3,94+0)/(3,74+4,09)=0,807. По результатам химического анализа был произведен расчет и в состав сырьевой смеси был добавлен флюс, состоящий из CaSO₄ в количестве 2,74%, при этом содержание в сырьевой смеси SO₃ составило 4%, а соотношение (SO₃+Cl+F)/(Na₂O+K₂O) стало равным 1,014. После введения флюса была произведена гомогенизация сырьевой смеси, состоящей из пыли дуговых сталеплавильных печей с углеродсодержащими добавками (коксовая мелочь) в количестве (0,1-0,3):1 к массе цинксодержащего материала и флюса путем их совместного помола до удельной поверхности не менее 3000 см²/г. В гомогенизированную смесь добавлялась вода в количестве 8% сверх 100% и смесь прессовалась при давлении 50 МПа. Таким же образом готовилась исходная пыль дуговых сталеплавильных печей без введения флюса.

Брикеты из исходной пыли дуговых сталеплавильных печей и сырьевой смеси из исходной пыли дуговых сталеплавильных печей и флюса, подвергались нагреву в печи Таммана до температуры 900°С. В течение 15 минут производился отбор возгона путем осаждение его на холодную медную пластину. Далее производился нагрев до температуры 1000°С, при которой в течение 15 минут в реакционную зону печи подавался пар. После введения пара температура в печи поднималась до температуры 1350°С и в течение 15 минут также производился отбор возгона. Возгоны подвергались химическому анализу. Данные химического анализа возгонов исходной пыли дуговых сталеплавильных печей и пыли дуговых сталеплавильных печей с флюсом при 900°С приведены в таблице 2.

Таблица 2. Данные химического анализа возгонов при 900°С Исходная пыль дуговых сталеплавильных печей Пыль дуговых сталеплавильных печей с флюсом Наименование оксида Содержание, масс. % Стандартная ошибка, % Наименование элемента Содержание, масс. % Стандартная ошибка, % ZnO 68,3 0,23 ZnO 20,8 0,22 K₂O 7,3 0,10 K₂O 17,8 0,09 Cl 7 0,10 Cl 18,2 0,10 Na₂O 6,7 0,5 Na₂O 15,7 0,20 PbO 6,4 0,07 PbO 14,3 0,07 SO₃ 4,3 0,08 SO₃ 13,2 0,06

Данные химического анализа возгонов исходной пыли дуговых сталеплавильных печей и пыли дуговых сталеплавильных печей с флюсом при 1350°С приведены в таблице 3.

Таблица 3. Данные химического анализа возгонов при 1350°С Исходная пыль дуговых сталеплавильных печей Пыль дуговых сталеплавильных печей с флюсом Наименование оксида Содержание, масс. % Стандартная ошибка, % Наименование элемента Содержание, масс. % Стандартная ошибка, % ZnO 61,0 0,24 ZnO 95,4 0,21 K₂O 9,5 0,12 K₂O 0,6 0,11 Cl 9,7 0,13 Cl 0,8 0,12 Na₂O 9,1 0,55 Na₂O 0,5 0,26 PbO 7,4 0,09 PbO 1,4 0,07 SO₃ 3,3 0,08 SO₃ 1,3 0,06

Результаты испытаний свидетельствуют, что введение флюса, определенное по патентуемому соотношению и пара в реакционную зону печи, позволяет увеличить удаление вредных соединений и повысить содержание ZnO в возгоне с 61% до 95% при температуре вельцевания 1350°С.

Изобретение относится к переработке техногенных образований черной металлургии и может быть использовано для извлечения цинка из пыли дуговых сталеплавильных печей. Проводят химический анализ пыли дуговых сталеплавильных печей, смешение пыли дуговых сталеплавильных печей, твёрдого углеродистого восстановителя и флюса, совместный помол смеси, ее окускование путем прессования в виде брикетов, вельцевание брикетов во вращающейся печи с подачей дутья в виде паровоздушной смеси при содержании пара в смеси 14-25%. Состав флюса определяют по данным химического анализа перерабатываемой пыли с введением кислых или основных оксидов перед смешением сырьевой смеси до уровня, обеспечивающего выполнение соотношения (SO₃+Cl+F)/(Na₂O+K₂O)≥1. Паровоздушную смесь вводят в зону температур 1000°С, повышают температуру до 1100°С и часть возгона, содержащего легко возгоняемые соединения, удаляют из печи. После температуру печи поднимают до 1350°С и проводят отбор возгона. Способ обеспечивает повышение качества цинкового возгона на стадии пирометаллургической обработки без применения гидрометаллургического передела. 3 табл.

Способ пирометаллургического извлечения цинка из пыли дуговых сталеплавильных печей, включающий химический анализ пыли дуговых сталеплавильных печей, смешение пыли дуговых сталеплавильных печей, твёрдого углеродистого восстановителя и флюса, совместный помол смеси, ее окускование путем прессования в виде брикетов, вельцевание брикетов во вращающейся печи с подачей дутья в виде паровоздушной смеси при содержании пара в смеси 14-25%, отличающийся тем, что определяют состав флюса по данным химического анализа пыли дуговых сталеплавильных печей с введением кислых или основных оксидов перед смешением сырьевой смеси до уровня, обеспечивающего выполнение соотношения (SO₃+Cl+F)/(Na₂O+K₂O)≥1, при этом паровоздушную смесь вводят в зону температур 1000°С, повышают температуру до 1100°С и часть возгона, содержащего легко возгоняемые соединения, удаляют из вращающейся печи, после температуру во вращающейся печи поднимают до 1350°С и проводят отбор возгона.