Спосіб плавки цинковмісних відходів

Спосіб плавки цинковмісних відходів, переважно залізистого цинку і гартцинку, що включає завантаження шихти, її розплавлювання і перегрівання розплаву до температури Тпер = 540 + 42 • С, де С - вміст заліза в цинковмісних відходах, мас. %, введення в розплав алюмінію і флюсу, перше зняття шлаку при температурі 0,86-0,91 Тпер, ступеневе зниження температури розплаву і друге зняття шлаку при температурі 0,77-0,80 Тпер, який відрізняється тим, що при температурі перегріву алюміній вводять у кількості m1, що дорівнює m1 = [(0,27-0,315) + (0,09-0,105) • мас. % Fe] • M, а після першого знімання шлаку вводять іншу порцію алюмінію у кількості m2, що дорівнює m2 = [(0,135-0,18) + (0,045-0,06) • мас. % Fe] • M, де M - загальна кількість алюмінію, що вводиться в розплав, мас. % Fe - вміст заліза в цинковмісних відходах. Винахід відноситься до області вторинної кольорової металургії, а більш конкретно до виробництва вторинних цинкових сплавів і може бути використаний при плавці цинквміщуючих відходів на заводах вторинної кольорової металургії, наприклад залозистого цинку і гартцинку. Відомий спосіб переплавляння залізовмісних цинкових промпродуктів - залізистого цинку, гартцинку, скрапу, згари і т.д., що включає завантаження в піч із шаром агента для захисту від окислювання, розплавлювання і нагрівання до температури 610-750°С, додавання алюмінію в кількості 50-80% від розрахункового, зниження температури ступінями на 70-130°С, додавання іншої частини алюмінію, знімання шлаку при температурі кожної ступіні [О.В. Майский, А.В. Тарасов. Переработка отходов пирометаллургического производства цинка / Обзорная информация: серия - Производство тяжелых цветных металлов, вып. ІІ. - М.: Цнииццветмет, 1980. - 44 с.]. Недоліком відомого способу є те, що темпера тури перегріву розплаву і температури знімання шлаку, а також кількість алюмінію, що додається, на кожній ступіні задаються у виді інтервалу значень і відсутній їхній коректний зв'язок зі змістом заліза у вихідній шихті, у результаті погіршується якість готового вторинного цинку за рахунок збільшення кількості шкідливих домішок і зменшується вихід металу по цинку. Відомий спосіб плавки цинквміщуючої вторинної сировини, переважно залізистого цинку і гартцинку, що включає завантаження, розплавлювання шихти і перегрівання розплаву до температури Тпер= 540+0,42хС, де С - зміст заліза в сировину в мас. %, добавку алюмінію і флюсу, перше зняття шлаку при температурі ступіні, рівної 0,86-0,91Тпер, а друге зняття шлаку при температурі ступіні 0,770,80Тпер. [Деклар. патент України по заявці №2002032385, МПК 7 С22В19/00 від 26.03.2002 р.; рішення від 6 листопада 2002 р.]. Цей спосіб по технічній сутності є найбільш близьким до пропонованого і тому прийнятий як найближчий аналог. (19) UA (11) 60680 (13) (21) 2003010813 (22) 30.01.2003 (24) 16.10.2006 (46) 16.10.2006, Бюл. № 10, 2006 р. (72) Шевелєв Олександр Іванович, Алімов Валерій Іванович, Тодоракі Іван Євгенійович (73) Шевелєв Олександр Іванович, Алімов Валерій Іванович, Тодоракі Іван Євгенійович (56) SU, 789 619, A, 23.12.1980 SU, 954 470, A, 30.08.1982 SU, 1 002 386, A, 07.03.1983 SU, 1 610 197, A1, 30.11.1990 Заявка UA, 2002076212, А, 15.11.2002 UA, 53 164, А, 15.01.2003 UA, 57 382, A, 16.06.2003 RU, 2 150 524, C1, 10.06.2000 HU, 188 210, A, 28.03.1986 AT, 392 289, B, 25.02.1991 EP, 0 489 591, A1, 10.06.1992 WO, 98/04755, A1, 05.02.1998 US, 5 470 375, A, 28.11.1995 C2 1 3 Ознаками найближчого аналога, що збігаються з істотними ознаками способу, що заявляється, є завантаження шихти, її розплавлювання та перегрівання розплаву до температури Тпер = 540+0,42хС, де С - зміст заліза в цинквмісних відходах в мас. %, введення в розплав алюмінію та флюсу, перше зняття шлаку при температурі 0,860,91Тпер, східчасте зниження температури і друге зняття шлаку при температурі 0,77-0,80Тпер. Недоліком способу по найближчому аналогу є те, що кількість алюмінію, що вводиться в розплав, при перегріві розплаву і після першого знімання шлаку строго не погоджується зі змістом заліза, у зв'язку з цим можуть бути введені непропорційні кількості алюмінію, так що в одному випадку може бути його надлишок, в іншому - недолік. У підсумку в готовому цинку збільшується кількість домішок чи росте витрата алюмінію, а також зменшується вихід металу по цинку. В основу пропонованого винаходу поставлена задача такого удосконалення способу плавки цинквміщуючих відходів, що дозволило б оптимізувати кількість вводимого в розплав і після першого знімання шлаку алюмінію в залежності від змісту заліза в сировині за рахунок коректних залежностей між кількістю алюмінію, що вводиться, і змістом заліза в сировині і завдяки цьому оптимізувати процес рафінування розплаву від заліза і домішок і підвищити вихід придатного металу по цинку. Поставлена задача зважується тим, що в способі плавки цинквміщуючих відходів, переважно залізистого цинку і гартцинку, що включає завантаження шихти, її розплавлювання і перегрівання розплаву до температури Тпер = 540+0,42хС, де С зміст заліза в цинквмісних відходах в мас. %, введення розплав алюмінію і флюсу, перше зняття шлаку при температурі 0,86-0,91Тпер, східчасте зниження температури і друге зняття шлаку при температурі ступіні 0,77-0,80Тпер, при температурі перегріву алюміній вводять у кількості m1, рівної m1 =[(0,27-0,315) + (0,09-0,105) мас.% Fe] х М, а після першого знімання шлаку інший алюміній у кількості m2, рівної m2=[(0,135-0,18) + (0,045-0,06) мас.% Fe] х М, де М - загальна кількість алюмінію, що вводиться в розплав; мас.% Fe - зміст заліза в цинквміщуючих відходах. Новими ознаками способу плавки цинквміщуючих відходів є те, що при температурі перегріву алюміній вводять у кількості m1, рівної m1 = [(0,27-0,315) + (0,09-0,105) мас.% Fe] x M, а після першого знімання шлаку інший алюміній у кількості m2, рівної m2= [(0,135-0,18) + (0,045-0,06) мас.% Fe] x M, де М - загальна кількість алюмінію, що вводиться в розплав; мас.% Fe - зміст заліза в цинквміщуючих відходах. Завдяки новим ознакам регламентується кількість введеного в перегрітий розплав і після першого знімання шлаку алюмінію в залежності від змісту заліза в сировині і завдяки цьому оптимізується процес рафінування розплаву від заліза, а також домішок і підвищується вихід придатного 60680 4 металу по цинку. Якщо кількість алюмінію, що вводиться, буде менше, ніж m1 і (чи) m2, визначених по зазначених залежностях, то процес рафінування розплаву від заліза й інших домішок буде протікати недостатньо повно, ступінь очищення розплаву від домішок і вихід придатного металу по цинку зменшиться. Якщо кількість алюмінію, що вводиться, буде більше, ніж m1 і (чи) m2, визначених по зазначеним вище залежностях, то це приведе до невиправдано підвищеної витрати алюмінію, забрудненню металу оксидами алюмінію і зниженню економічних показників способу плавки. Спосіб плавки цинквміщуючих відходів, переважно залізистого цинку і гартцинку, здійснюють у такий спосіб. Вихідна вторинна сировина у виді шихти, що містить залізистий цинк і гартцинк, а також агенти для захисту від окислювання й утворення шлаку завантажують у плавильну піч, розплавляють їх і розплав перегрівають до температури Тпер= 540+0,42хС, де С - зміст заліза в цинквмісних відходах в мас. %, вводять алюміній у кількості m 1, рівної m1= [(0,27-0,315) + (0,09-0,105) мас.% Fe] x M, де М - загальна кількість алюмінію, що вводиться в розплав; мас.% Fe - зміст заліза в цинквміщуючих відходах, потім знижують температуру до значення, яке дорівнює 0,7-0,80Тпер, роблять перше знімання шлаку, додають іншу частину алюмінію в кількості m2, рівному m2=[(0,135-0,18) + (0,045-0,06) мас.% Fe] x M, далі знижують температуру до значення, яке дорівнює 0,7-0,80Тпер, роблять друге знімання шлаку, завершують плавку і розливання металу за діючою технологією. Приклад: Спосіб плавки цинквміщуючих відходів, переважно залізистого цинку і гартцинку, здійснювали в таким чином. У попередньо розігріту до 595°С піч завантажували гартцинк із змістом заліза 3,75 мас.% в кількості 2476кг. Маса гартцинка, що завантажується, лімітується обсягом плавильної ванни печі. Після завантаження гартцинка продовжували розігрів печі. При температурі 600°С гартцинк починає оплавлятися (з'являється рідка фаза), що потребує завантаження в піч на поверхню металу покривного флюсу для зниження окислювання поверхні металу і його чаду. Кількість покривного флюсу, що завантажується, склала 49,5кг, що дорівнюється 50% усієї розрахункової маси флюсу, тобто 99кг. Така кількість флюсу дозволила створити на поверхні рідкої металевої ванни безупинний прошарок флюсу товщиною 30мм, що, як показав практичний досвід, надійно захищає розплав від окислювання. Гартцинк із флюсом розплавляли і перегрівали до температури 695°С +5°С і додавали в піч 64кг алюмінію ( із розрахунку по залежності, що заявляється, утворюється m1 = 60,75-70,875кг). Перегрів розплаву до температури 690°C-700°С обумовлений необхідністю забезпечення швидкого розплавлювання алюмінію (застосовували алюміній марки А5, А6 із температурою плавлення 650°С) і рівномірний розподіл його в 5 60680 розплаві гартцинка при обов'язковому перемішуванні протягом 20-22хв. Засіб рафінування цинкових розплавів від заліза присадкою алюмінію заснований на властивості заліза вступати в реакцію з алюмінієм з утворенням інтерметаліду. З'єднання типу FexAlyZnz, якщо воно легше цинку, вспливають на поверхню і переходять у дроси, багаті на залізо. Необхідна кількість алюмінію береться на підставі співвідношення Аl/Fe = 0,6-1,2 і залежить від утримання заліза в продукті, що обробляється. [О.В. Майский, А.В. Тарасов, М.: "Переработка отходов пирометаллургического производства цинка " - М.: Цниицветмет, 1980]. З нашого досвіду переробки гартцинку при утриманні в ньому заліза 3,75 мас.% співвідношення Аl/Fe складає 1,07. У такий спосіб необхідно ввести в розплав 4,013 мас.% Аl, що відповідає 100кг. Перше завантаження алюмінію в піч складає 2/3 (64-66кг) його розрахункової кількості, тому що в діапазоні температур від 695°С до 612°С (піч охолоджували шляхом відключення газового пальнику) на поверхні розплаву утворюється сухий шлак (т.зв. дроси), при видаленні якого до 70% Fe витягається з цинкового розплаву. Зниження температури розплаву відбувається нижче 610°4612°С, тому що шлак на поверхні розплаву перетворюється у твердий настиль, що утрудняє його з’йом, крім того, гартцинк ще містить не менш 1% Fe, що підвищує його температуру плавлення. При температурі 612°С знімали шлак із поверхні розплаву і вводили іншу частину алюмінію в кількості 36кг (із розрахунку по залежності, що заявляється, утворюється m2 = 30,375-40,5кг) а також залишок від розрахункової кількості флюсу. Алюміній при цій температурі розчиняється в цинковому розпла Комп’ютерна верстка А. Крулевський 6 ві. Його розчиненню сприяє перемішування розплаву протягом 10-11хв. Потім охолоджували розплав до температури 545°С і знімали шлак. Поріг температури - 5-15°С визначений експериментальним шляхом, а також із практичного досвіду роботи з рафінуванням гарт цинку. При цій температурі може утворюватися інша модифікація інтерметаліду FeaAlbZnc з іншою валентністю заліза, більш легкоплавка, що разом із окислами асимілюється флюсом (флюси на карналитовій основі з добавкою 5% натрієвого криоліту) і легко у вигляді сипучих дросов віддаляються шумівкою з поверхні розплаву. Якщо знизити температуру до 520°-500°С, шлак починає підхолоджуватись, збільшується його змочуваємість із розплавом і, при знятті шлаку, цинк тягнеться разом із ним, що веде до додаткових утрат металу. Далі після зняття шлаку знижували температуру металу до 450°С (із метою зниження втрат цинку від окислювання при зливі) і зливали метал у виливниці. Одержали цинк марки Ц2 за ГОСТ 3640-75, що містить мас. %: 99,1 Zn, 0,74 Pb, 0,02 Fe, 0,13 Cd, 0,003 Cu, 0,0014 Sn, 0,008 As. Вихід придатного металу по цинку склав 77,1%. При порівняльній плавці таких же цинквміщуючих відходів по способі найближчого аналога одержали цинк тієї ж марки, що містить мас. %: 98,99 Zn, 0,81 Pb, 0,03 Fe, 0,15 Cd, 0,004 Cu, 0,0015 Sn, 0,008 As. Вихід металу по цинку склав 75,2%. З отриманих результатів видно, що спосіб, що заявляється, забезпечує більш високу якість цинку за рахунок зменшення змісту домішок і більш високий вихід металу по цинку. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601