Способ получения пигментной окиси цинка Советский патент 1992 года по МПК C09C1/04 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в лакокрасочной промышленности,

Известен способ получения пигментной окиси цинка из окисленных цинковых руд путем их восстановления в смеси с углем при прокаливании при 1300°С до металлического цинка в парообразном состоянии с последующим окислением его до окиси цинка.

Однако таким способом получают гру- бодисперсные белила с большим содержанием водорастворимых солей и свинца.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пигментной окиси цинка, согласно которому цинксодержащие материалы и восстановитель подают в расплав электротермической печи при 1330-1380°С, содержащий окись цинка, окись кальция, двуокись кремния, закись железа, окись алюминия, окись

натрия, окись магния, и периодически вводят в расплав шлакообразующие окисные компоненты с последующим повышением температуры расплава до 1430-1450°С и выдерживают расплав при этой температуре 2-3 ч.

Недостатком этого способа является низкая производительность процесса и удорожание его за счет периодической остановки печи для дополнительной загрузки оксидов кремния и кальция с выдержкой расплава 2-3 ч при 1430-1450°С.

Целью изобретения является повышение производительности и удешевление способа получения пигментной окиси цинка.

Это достигается способом получения пигментной окиси цинка, включающим электротермическое плавление цинковых дроссов в присутствии углеродного восстановителя - коксика при 1330-1380°С в расплаве шлака, содержащем окись цинка

з

со

8

29-39%, двуокись кремния 25,0-29,2%, а также закись железа, окись кальция, окись натрия, окись магния и окись алюминия при массовом отношении окиси натрия и двуокиси кремния 0,03-0,08, окисление расплавленного металлического цинка кислородом воздуха и улавливание образующейся при этом окиси цинка.

Способ проверен в промышленных условиях, Опытные плавки qp получению пигментной окиси, цинка п роведены на промышленной печи площадью пода 19,6 м2 и мощностью 4500 кВА.

Способ осуществляют следующим образом.

Цинксодержащий дросс загружают в электротермическую печь при 1330-1380°С на поверхность шлакового расплава, содержащего окись цинка, окись кальция, двуокись кремния, закись железа, окись натрия, окись магния и окись алюминия. После его плавления, через 60 мин, на стадии восстановления окиси цинка на поверхность расплава загружают углеродный восстановитель - коксик. При восстановлении окиси цинка в шлаковом расплаве возгоняется металлический цинк, который над шлаковым расплавом окисляется кислородом воздуха до окиси цинка (пигмента), которая улавливается в фильтрах. Расход кокса при этом составляет 3-4% от массы цинковистого дросса, а шлак используют состава 29-39 окиси цинка, 25,0-29,2% двуокиси кремния при массовом отношении в нем окиси натрия и окиси кремния, равном 0,03-0,08.

Температуру шлака выдерживают в пределах 1330-1380°С путем регулирования электрической нагрузки на электродах, а состав шлака на шлакообразующие компоненты и серу контролируют каждую смену путем отбора пробы расплава на ломок. По истечении 12-16 сут работы установки прекращают загрузку в печь смеси дросса и коксика и из нее выпускают шлак. По истечении данной серии плавок снова наплавляют в печи исходный шлак и начинают новую берию плавок цинксодержатцего материала.

П р и м е р 1. Электротермический печь работает на шлаке следующего состава, мас.%: ZnO 28,5; АЬЮз 2,1; СаО 20,5; МдО 8,6; S102 30,1; NazO 0,8; FeO 4,8; Зобщ 4,6, при этом отношение окиси натрия к двуокиси кремния в шлаке равно 0,027.

Температуру шлака выдерживают в пределах 1330-1380°С, контроль температуры шлака осуществляют оптическим пирометром. В печь автоматическим дозатором загружают 1200 кг дросса в 1 ч, через 60 мин дросс расплавляется, после

чего на поверхность расплавленного шлака загружают коксик в количестве 40 кг/ч или 3,35% от массы дросса. В первую половину испытаний (9 сут) сульфидной фазы на поверхности шлака не наблюдается. Цвет получаемого пигмента белый без оттенков, при этом средняя нагрузка на электрод составляет 0,24 кА, V - 178 В и расход электроэнер- гии по прибору составил 5880 кВт. ч.

0 Производительность печи по пигментной окиси цинка, т.е. выход 1300 кг/ч. На 10 сут на пробах шлака появляется пленка сульфидной фазы и одновременно ухудшается качество пигмента по цвету (цвет пигмента

5 белый с оттенком серого цвета). Загрузка в печь дросса и коксика прекращена и из нее выпускают около 2 т шлака, после чего загружают 2 т окиси кремния (песок) и повышают нагрузку на электроды до 0,3 кА.

0 Температура шлака повышается до 1430°С и в этих условиях печь работает 3 ч. Средний расход электроэнергии по прибору составляет 7120 кВт/ч. По окончании этой операции исходный режим печи восстановлен и

5 начинают загрузку дросса и коксика. Из примера видно, что произошло повышение температуры шлака до 1430°С за счет увеличения электрических нагрузок на электрод, т.е. увеличение расхода электроэнергии до

0 7120 кВт/ч. Кроме того, проведена вынужденная остановка печи из-за появления сульфидной фазы на поверхности шлака, что осложнило обслуживание печи (остановка печи, выпуск части шлака, загрузку песка

5 и восстановление прежнего режима работы печи).

П р и м е р 2. Плавку дроссов проводят в расплаве шлака, состав и отношение в нем окиси натрия к двуокиси кремния по приме0 ру 1. Введение в расплав в качестве восстановителя коксика, как в примере 1.

Для увеличения производительности загрузка дросса увеличена до 1500 кг/ч, при этом загрузку увеличили до 50 кг/ч или

5 3,34% от массы дросса. С такой производительностью печь проработала 3 сут, при этом выход готовой окиси цинка составил 1550 кг/ч. Затем печь была переведена на первоначальную загрузку дроссов, т.е.

0 1200 кг/ч и 40 кг/ч коксика, так как полученная пигментная окись цинка была сероватой и не соответствовала по цвету. Средняя нагрузка на электрод составляла 0,24 кА, 178 В и расход электроэнергии по

5 прибору составил 5880 кВт.ч.

Из примера видно, что при переработке дросса в расплаве шлака по примеру 1. т.е. при отношении в нем окиси натрия к двуокиси кремния, равном 0,027, и состава, мас.%: ZnO 28.5; 2.1; Са020,5 МдО 8,6; SiC-2

30,1; Na200,8; Ре04,8;5общ 4,6, увеличение производительности печи до 1500 кг/ч дросса приводит к браку по пигментной окиси цинка,

ПримерЗ. Плавку дросса проводят в расплаве шлака следующего состава, мас.%; ZnO 29; АЬЮз 6,5; СаО 16,2; NaaO 0,88; SI02 29,2; Зобщ 5,42; Fed 5,6. При этом отношение в шлаке окиси натрия к двуокиси кремния составляет 0,03. В печь загружают 1300 кг в 1 ч дроссов и на стадии восстановления окиси цинка загружают коксик в количестве 50 кг/ч или 3,34% от массы дросса, при этом выход пигментной окиси цинка составляет 1420 кг/ч. Температуру шлака выдерживают в пределах 1330-1380°С, средняя нагрузка на электроды 0,22 кА, 178 В, расход электроэнергии по прибору 5350 кВт/ч. В связи с тем. что полученная пигментная окись цинка белая без оттенков, то на 5-е сутки работы загрузка дроссов увеличена до 1500 кг/ч и соответственно коксика - до 60 кг/ч. Производительность печи по пигментной окиси цинка увеличена до 1650 кг/ч и пигментная окись получена болой,безоттенков. Расход электроэнергии составил 5350 кВт/ч и в этом режиме печь работала 16 сут.

Из данного примера видно, что произошло повышение производительности печи по переработке дроссов до 1500 кг/ч за счет повышения содержания окиси цинка в шлаке до 29% и снижения оксида кремния до 29,2%.

Кроме того, упрощен процесс переработки дроссов за счет исключения дополнительной операции загрузки окиси кремния (песка) во время остановки печи (до прототипу дополнительно загружают окись кремния для ликвидации сульфидной фазы с поверхности шлака). Произошло также удешевление процесса за счет снижения расхода электроэнергии с 5890 кВт/ч (пример 1) до 5350 кВт/ч.

Кроме того, Удешевление процесса также произошло за счет исключения расхода электроэнергии на дополнительный разогрев шлакового расплава при появлении сульфидной фазы (по примеру 1) на 7120 кВт/ч.

П р и м е р 4. Плавку дроссов проводят в расплаве шлака следующего состава, мас.%: ZnO зО; 6,8; СаО 12,1; МдО 4,2; SiOa 25; Na20 2; FeO 4; 50бщ 6,1. При этом отношение в шлаке окиси натрия к двуокиси кремния 0,08. В печь загружают 1500 кг/ч дросса и 50 кг/ч коксика; производительность печи по пигментной окиси цинка составляет 1650 кг/ч, температура шлака составляет 1330-1380°С, Полученная окись

цинка белая без оттенков. Расход электроэнергии по прибору составляет 5350 кВт/ч, при этом нагрузка на электрод 0,22 кАи 178 В.

В течение всего периода испытаний (16

сут) печь не останавливают для устранения сульфидной фазы на поверхности шлака, Из примера видно, что произошло повышение производительности печи по переработке

0 дроссов до 1500 кг/ч за счет повышения содержания окиси цинка в шлаке до 39% и снижения двуокиси кремния до 25%, при которых увеличивается скорость восстановления окиси цинка. Массовое отношение

5 окиси натрия к двуокиси кремния в шлаке, равное 0,08, привело к удешевлению спосо4- ба за счет исключения расхода электроэнергии на ликвидацию сульфидной фазы с поверхности шлака.

0 П р и м е р 5. Плавку дроссов проводили в расплаве шлака состава, мас.%: ZnO 40,9; 6,5; СаО 12,1; МдО 4,1; Si02 23 №20 2,2; Ре20з 3,5; Зобщ. 6,7; массовое отношение в шлаке окиси натрия к двуокиси крем5 ния равно 0,09.

В печь загружают 1500 кг/ч дроссов и 50 кг/ч коксика, производительность печи по пигментной окиси цинка (выход) составляет 1650 кг/ч. Температура шлака выдер0 живалась в пределах 1300-1380°С. В этом режиме печь проработала 5 сут и была остановлена из-за того, что полученная окись цинка имела темный оттенок, т.е. не соответствовала требованиям пигмента по цве5 ту. Поэтому для получения белой окиси цинка без оттенков снижена производительность печи по переработке дроссов до 1210 кг/ч. В этом режиме печь работает 12 сут, при этом расход электроэнергии по при0 бору составляет 5800 кВт/ч, нагрузка на электрод 0,23 кА и 178 В. Производительность печи по окиси цинка составила 1300 кг/1 ч, полученная окись белая без оттенков. Из данного примера видно, что при содер5 жании в шлаке окиси цинка 40,9 %; двуокиси кремния 24% и массовом отношении в нем Na20; Si02 0,09 повышение производительности не произошло - 1210 кг/ч (пример 1 - 1200 кг/ч),

0 Таким образом, видно, что при получении пигментной окиси цинка лучшие показатели получены в примере 3, при котором плавку дроссов с коксиком вели в расплаве шлака, содержащем 29-39% окиси цинка и

5 25,0-29,2% двуокиси кремния при массовом отношении в нем окиси натрия к двуокиси кремния, равном 0,03-0,08. При этом по примеру 4 увеличена производительность по пигментной окиси цинка на 12,5 абс.% за счет исключения образования сульфидной

фазы на поверхности шлака, а также за счет повышения загрузки дроссов с 1200 кг/ч (по прототипу) до 1500 кг/ч по данному способу.

Произошло также удешевление способа за счет снижения расхода электроэнергии с 5880 кВт/ч до 5350 кВт/ч, т.е. на 11 абс.%. При плавке дроссов с коксиком на шлаке, содержащем 28,5% окиси цинка и 30.1% двуокиси кремния при отношении в нем Na20:Sl02 0,027 (пример 1), установлено, что на поверхности шлака на 10-е сутки появилась сульфидная фаза, из-за чего приходится останавливать печь и корректировать состав шлака. Попытка увеличить произво- дительность печи до 1500 кг/ч (пример 2) окончилась неудачей из-за получения некондиционной окиси цинка по цвету.

Получение пигментной окиси цинка при плавке дроссов с коксиком на шлаке, содер- жащем 40,9% окиси цинка и 24% двуокиси кремния при отношении в нем Na20:Si02 0,09 (пример 5), также не ПРИЁОДИТ к повышению производительности процесса из-за того, что полученная окись цинка имеет тем- ный оттенок. Преимущество способа получения пигментной окиси цинка по

изобретению в сравнении с прототипом заключается в повышении производительности на 12,5% и удешевлении способа на 11 абс.% за счет снижения расхода электроэнергии с 5880 кВт/ч до 5350 кВт/ч.

Формула изобретения

Способ получения пигментной окиси цинка, включающий электротермическое плавление цинковых дроссов в присутствии углеродного восстановителя - коксика при 1300-1380°С в расплаве шлака, содержащем окись цинка, окись кальция, двуокись кремния, закись железа, окись натрия, окись магний и окись алюминия, окисление расплавленного металлического цинка кислородом воздуха и улавливание образующейся при этом окиси цинка, отличающийся тем. что, с Целью повышения производительности процесса плавления « удешевления его да счет сокращения энергозатрат, расплав шлака используют при содержании в нем окиси цинка и двуокиси кремния 29-39% и 25,0-29,2% соответственно и при массовом отношении окиси натрия и двуокиси кремния, равном 0,03-0,08.

Использование: лакокрасочная промышленность. Сущность изобретения: электротермическое плавление цинковых дроссов в присутствии углеродного восстановителя - коксика при 1300-1380°С в расплаве шлака, содержащем окись цинка и окись кремния 29-39 и 25,0-29,2% соответственно; массовое отношение окиси натрия и двуокиси кремния 0,03-0,08; окисление расплавленного металлического цинка кислородом воздуха, улавливание окиси цинка. Характеристики процесса: производительность 1650 кг/ч, (увеличена на 12,5%), расход электроэнергии 5350 кВт/ч (снижение на 530 кВт/ч).