Спосіб витягання цинку з матеріалів, що містять оксиди заліза і цинку

1 Спосіб витягання цинку з матеріалів, що містять оксиди заліза і цинку, що включає змішування сировини з твердим відновником, завантаження шихти зверху, нагрівання стовпа шихти у вертикальній печі до температури 900-1100 °С, відновлення, сублімацію цинку, ВІДВІД продукованих газів, охолодження газу й уловлювання з нього цинку, який відрізняється тим, що твердий відновник вводять у шихту в КІЛЬКОСТІ, що дорівнює сте Винахід відноситься до галузі металурги, зокрема, до способів витягу кольорових металів з ВІДХОДІВ металургійного виробництва і може бути використаний в чорній металургії з метою витягу цинку з пилу чи шламів при одночасному одержанні з них сировини для виплавки сталі Відомий спосіб переробки ВІДХОДІВ металургійного виробництва, що включає окускування вихідної сировини, відновлення, уловлювання цинку з возгонів з попутним одержанням напівпродукту для виплавки сталі, який відрізняється тим, що відновлення ведуть при температурі 600 - 650°С, а потім здійснюють возгонку цинку і до відновлення металу в електропечі (Ас №1293237 (СРСР) Спосіб переробки ВІДХОДІВ металургійного виробництва// Фролов В А і ін , НПО "Тулачермет" Опубл 28 02 87 Бюл № 8) У приведеному аналозі загальний обсяг технологічних газів і енерговитрати обумовлені КІЛЬКІСТЮ кисню, що віднімається при відновленні вищих оксидів заліза (РегОз і РезО4) до металічного заліза Ці значення в три рази перевищують аналогічні показники для випадку відновлення оксидів заліза до монооксиду (навіть без урахування витрати відновника) Возгони цинку, який в описаному аналозі відновлюється після відновлення заліза, потрапляючи в загальний газовідвід, повторно окислюються хіометрично необхідній для відновлення вищих оксидів заліза до монооксиду, нагрівання стовпа шихти здійснюють знизу за рахунок тепла, що генерується шаром кускового відновникатеплогенератора, розігрітого до температури 13771527 °С, а колошникові гази і сублімації цинку відводять з печі роздільно, причому, сублімації цинку відводять нижче верхнього рівня шару теплогенератора 2 Спосіб витягання цинку з матеріалів, що містять оксиди заліза і цинку за п 1, який відрізняється тим, що розігрівання шару кускового відновникатеплогенератора здійснюють за рахунок джоулевого тепла продуктами відновлення заліза і забруднюються частками пилу Якість такого цинкпродукту низьке, і його направляють на збагачення з наступним витягом цинку в повторних переробках Забезпечити збільшення концентрації цинку в газі, що відводиться, при одночасному запобіганні його окислення і тим самим підвищити якість цинкпродукту, що витягається, засобами приведеного аналогу неможливо Ці Ж недоліки притаманні і способу виробництва металізованих окатишів з низьким вмістом цинку, який включає виготовлення окатишів з металургійного пилу, що вміщує залізо і цинк з добавкою палива, нагрівання окатишів на конвеєрній машині до 600 - 900°С і наступне нагрівання в обертовій печі до 1000 - 1200°С з видаленням цинку (Пат №51 - 13083 (Японія) Виробництво залізорудних окатишів з низьким вмістом цинку//Кагаяма Иосіюкі Опубл 24 06 76) В якості прототипу вибрано процес видалення цинку з матеріалів, що містять оксиди заліза, який включає змішування сировини з твердим відновником, зовнішнє нагрівання шихти до температури 900 - 1 100°С з одержанням губчатого заліза, ВІДВІД газу із середньої по висоті зони печі при температурі вище 906°С, охолодження газу й уловлювання з нього цинку (Пат №4384886 (США) Процес видалення цинку з матеріалів, що містять 00 о 44078 оксиди заліза// Стів Курт -Опубл 24 05 83) Технічна суть процесу, обраного в якості прототипу, полягає в наступному У відходах металургійного виробництва цинк перебуває, головним чином, у формі фериту ZnFe2O4 і, частково, у формі сульфіду ZnS При температурі 650 - 750°С ферит цинку починає відновлюватись з виділенням ZnO у самостійну фазу й утворенням (Zn.Fe) О, РегОз Це обумовлено тим, що відновлення Fe3+ протікає без попутного відновлення Zn 2+ , і йде за схемою РезО4 -> FeO -> Fe Такий механізм має місце при температурах до 1000°С 3 підвищенням температури і досить високому Рсо відновлюватись починає і цинк У момент відновлення цинк утворюється у вигляді возгонів і, потрапляючи в газову фазу, видаляється з реакційної зони в сукупності з іншими технологічними газами, переважно продуктами відновлення заліза, що містять значну частку ССЬ Диоксид вуглецю є активним окислювачем цинку, тому у всіх відомих способах, де возгони цинку видаляються в загальному газопотоці, цинк уловлюють у вигляді оксиду змішаного з частками пилу Якість такого цинкпродукту низька і його направляють на додаткову переробку з метою збагачення і витягу цинку Крім цього, одержання губчатого заліза - процес енергоємний ДОЦІЛЬНІСТЬ ЙОГО застосування виправдана лише у випадку переробки високоякісної вихідної сировини У процесах же утилізації металургійних пилів і шламів, коли головним завданням є видалення із зазначених матеріалів цинку, як шкідливої домішки, що перешкоджає залученню залізовмісної сировини в металургійну переробку, видаляти цинк слід з мінімально можливими витратами матеріальних і енергетичних ресурсів, а залізо відновлювати в традиційних металургійних агрегатах (домна, конвертер) Способом витягу цинку, описаному в прототипі, неможливо виключити стадію металізації заліза, як обов'язкову перед відновленням цинку зі зменшенням загального обсягу продуцьованих газів і зниженням енерговитрат, відновити оксиди цинку монооксидом заліза, збільшити концентрацію цинку в газопотоці, що несе його возгони, і за рахунок цього підвищити якість цинкпродукту, що витягається, і знизити енергоємність процесу В основу винаходу поставлено завдання удосконалення способу витягу цинку з матеріалів, що містять оксиди заліза і цинку, у якому шляхом виключення стадії металізації заліза, як обов'язкової у загальному процесі перед відновленням оксиду цинку, відновлення оксиду цинку монооксидом заліза і захисту возгонів цинку оксидом вуглецю від повторного окислення забезпечується зменшення загального обсягу продуцьованих газів і витрат відновника, збільшення концентрації цинку в газопотоці, що несе його возгони, і за рахунок цього підвищується якість цинкпродукту, що витягується і знижується енергоємність процесу Поставлене завдання вирішується тим, що в способі витягання цинку з матеріалів, що містять оксиди заліза, який включає змішування сировини з твердим відновником, зовнішнє нагрівання шихти у вертикальній печі до температури 900 - 1100°С з одержанням губчатого заліза, ВІДВІД газу із середньої по висоті зони печі при температурі вище 906°С, охолодження газу й уловлювання з нього цинку, згідно винаходу твердий відновник вводять у шихту в КІЛЬКОСТІ, що дорівнює стехіометрично необхідній для відновлення вищих оксидів заліза до монооксиду, нагрівання стовпа шихти здійснюють знизу за рахунок тепла, що генерується шаром кускового відновника - теплогенератора, розігрітого до температури 1377 - 1527°С, а колошникові гази і сублімації цинку відводять з печі роздільно, причому, сублімації цинку відводять нижче верхнього рівня шару теплогенератора Доцільно розігрів шару кускового відновника теплогенератора здійснювати за рахунок Джоульового тепла Приведені вище ознаки складають суть винаходу Технічна суть винаходу пояснюється фігурою, на якій 1 - стовп шихти, 2 - шар твердого кускового відновника, 3 - струмопідвідні електроди Стрілками показано рух технологічних газів Стовп шихти 1, який складається з конвертерного шламу, що містить оксиди цинку і твердого відновника доданого до шламу в КІЛЬКОСТІ, ЩО дорівнює стехіометрично необхідній для відновлення РегОз до FeO, поміщають на шар кускового графіту 2 До шару 2 за допомогою електродів 3 підводять електричний струм і за рахунок Джоульового тепла розігрівають шар до температури 1377 1527°С В результаті розігріву шару 2 по профілю стовпа шихти 1 формується теплове поле, як це показано на фіг Різниця В термохімічних властивостях оксидів заліза і цинку при стабільному тепловому полі дозволяє розділити процеси їхнього відновлення по висоті стовпа шихти У діапазоні температур 900 - 1000°С протікає максимально активно і практично завершується реакція З завершенням відновлення вищих оксидів заліза до монооксиду вичерпується і введений у шихту твердий відновник, тому при подальшому підвищенні температури підвищення ступені відновлення заліза не відбувається На стадії відновлення і витягу цинку вирішальне значення набуває той факт, що переважною формою включень цинку в залізовміщуючих відходах є ферити цинку Це означає надзвичайно розвинутий по всьому об'єму контакт цинку з залізом Тим більше, що масова частка заліза у відходах, як правило, на порядок перевищує частку цинку Активна взаємодія оксиду цинку з монооксидом заліза по реакції 3FeOp + ZnOr -» Fe304 + Z n i t (2) починається при переході FeO у рідку фазу, тобто при температурі 1377°С Процес стабільно протікає в напрямку утворення магнетиту в температурному діапазоні до 1527°С - температури переходу магнетиту в рідку фазу Вище цієї температури вести процес недоцільно через появу імовірності зворотного ходу реакції 5 44078 Возгони цинку видаляються з зони їх інтенсивзаданий температурними умовами хід процесу ного утворення окремим газовідводом нижче верМожливість здійснення описаного способу хнього рівня шару теплогенератора ілюструється прикладами, де ВІДПОВІДНО ДО привеПри цьому забруднення цинку пилом практичденої вище ПОСЛІДОВНОСТІ дій, що реалізують зано не відбувається, а взаємодія з окислювачами пропонований спосіб, здійснюють витяг цинку з (СОг, НгО) виключається, тому що зазначені балаконвертерного шламу стові компоненти видаляються в основному потоці Конвертерний шлам, що містить, % технологічних газів, що відводиться з реактора під колошником СаО MgO ZnO С S SiO гЄ аг В результаті, в цинковідвідному газовому тракті створюється висока концентрація возгонів цин41,15 2,83 14,75 8,77 2,5 0,45 0,25 ку, надійно захищених від окислення оксидом вуглецю Це дозволяє при наступному охолодженні одержувати чистий цинковий розплав або порошок (90% заліза - у вигляді Fe3O4, 10% - у вигляді цинку Отриманий металевий цинк можна викорисFe) товувати, як товарний продукт, без додаткового змішували зі здрібненим антрацитом, окускоперероблення вували, висушували й завантажували у відновний Розплав на основі Fe, вільний від шкідливих реактор Масу вугілля, що вводиться в шихту, видомішок цинку, може без охолодження використозначали з розрахунку стехіометрично необхідної вуватись в сталеплавильному виробництві в якості по реакції жалізофлюсу, або після грануляції, як доменна Fe3O4 + С = 3FeO + CO шихта Показники, що характеризують запропоноваТаким чином, в результаті витягу цинку з заліний спосіб при характерних значеннях заявленого зовміщуючого шламу одержують практично чистий діапазону температур, приведені втабл 1 металевий цинк і високоякісний залізовміщуючий продукт - коштовну сировину для виробництва Таблиця 1 чавуну і сталі При цьому, за рахунок виключення Показники, що характеризують запропоновастадії металізації заліза з підготовчого процесу і ний спосіб при питомій витраті відмовника перенесення її в основний металургійний агрегат 0,07Kr/KrFe (домна, конвертер) істотно скорочується енергоВміст у залізоВміст ємність процесу флюсі реагуючих цинку в Питомі витрати Заявлений діапазон температур обґрунтовукомпонентів, (%) уловлеенергії ється виходячи з умов активного відновлення цин%пп Т, °С ному кгу ку по реакції (2), що протікає інтенсивно тільки при -7 ++ Fe продукFe n/KrFe наявності рідкої фази FeO Звідси нижня гранична Zn ті, % температура - 1377°С - це точка плавлення FeO, нижче якої реакція (2) практичного значення не 1 1302 1,80 100 0 0 0,190 має Верхня гранична температура - 1527°С - це точка переходу Fe3O4 із твердої фази в рідку, після 2 1377 0,90 93,88 6,12 97,12 0,192 чого виникає висока імовірність протікання реакції 3 1452 0,10 88,75 11,25 97,88 0,194 (2) у зворотному напрямку, і вести процес вище цієї температури недоцільно 4 1527 0,05 87,99 12,01 97,92 0,196 Нагрівання шару відновника - теплогенератора за рахунок Джоульового тепла обґрунтовується 5 1602 0,61 96,50 3,50 36,45 0,198 тим, що електронагрів - це єдиний технічно досконалий спосіб нагрівання матеріалів до високих Як видно з табл 1, нижче температури 1377°С температур, який забезпечує тонке регулювання цинк не відновлюється, вище 1527°С - умови його температури (зміною напруги на електродах), а відновлення значно погіршуються Пріоритетною отже, і гарантоване забезпечення температурнотемпературою в приведених прикладах є темпераго діапазону, що заявляється тура 1452°С Якість уловленого цинкпродукту від Крім цього, електронагрів не вносить в ізольотемператури процесу практично не залежить, а ваний від навколишнього середовища робочий визначається режимом відводу його возгонів і об'єм побічних реагентів, які можуть порушити умовами дистиляції 3 2 44078 На газоочистку CO,Zn на охолдження 'і утилізацію Зал [зо флюс ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90