Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Хороший конденсатор имеет большое значение для осуществления процесса электротермического получения цинка. Образование химической пусьеры не зависит от конструкции конденсатора, но образование физической пусьеры можно в значительной степени снизить применением конденсатора удачной конструкции.
Охлаждение паро-газовой смеси за счет разбавления инертными газами связано со значительными потерями цинка. Тепло должно отводиться к холодным поверхностям и первоначально такими поверхностями служили стены и свод конденсатора. Однако поскольку такой отвод тепла трудно регулируем, более целесообразно охлаждать пары на поверхности жидкого цинка, так как при этом до минимума снижается образование физической пусьеры, а для образующихся капель весьма велика вероятность слиться с остальным металлом.
Конденсация с использованием цинка в качестве поглотителя тепла достигается двумя методами;
1) газы просасываются через ванну расплавленного цинка;
2) газы проходят через завесу мелких капель цинка.
Преимущества барботажного конденсатора понимал еще Армстронг, получивший в 1910 г. патент на агрегат, в котором ретортный газ после очистки в коксовом фильтре охлаждался жидким цинком. Практическое применение этот метод получил с развитием процесса в вертикальных ретортах, когда Виттон и Наджарьян сконструировали свой конденсатор (патент США 207010), устройство которого видно из рис. 4. Кожух выполнен из 16-мм железа, покрыт изнутри слюдой и футерован 50-мм карбофраксовым кирпичом, что сообщает стенам теплопроводность, равную 30—40 ктл/м2*час*град. Кожух орошается водой. В нескольких местах он имеет отверстия для удаления осаждающихся окислов цинка и трассы. Самый большой конденсатор этого типа имеет длину 9,5 м и диаметр 0,81 м. Омываемая цинком поверхность охлаждения равна 23 м2 при емкости 15,5 т цинка. Температура цинка в конденсаторе 500—550°.
Нижний конец конденсатора присоединен к печи, а верхний — к вакуум-насосу. Пары барботируются через расплав. Степень конденсации достигает 92—94%. Газы после конденсаторов, содержащие более 80% СО, очищаются в скруббере и через вакуум-насосы и компрессоры передаются на использование для различных целен.
Другой принцип положен в основу разбрызгивающего и струйного конденсаторов. В конденсаторе Крейна и Перкинса (патент США 2348194) газы проходят через горизонтальный барабан (рис. 5), футерованный огнеупорным кирпичом и снабженный изнутри лопатообразными выступами, так что находящийся в барабане цинк поднимается и стекает через поток газа. Барабан снаружи охлаждается водой.
Хандверком, Малером и Хауптом был сконструирован струйный конденсатор (патент США 2457544).
Жидкий цинк, температуру которого поддерживают с помощью охлаждающих змеевиков около 500°, разбрызгивается графитовым импеллером, опущенным в ванну через торцовую наклонную стенку. Объем конденсатора (рис. 6) заполнен каплями цинка, через завесу которых проходят пары, отдающие тепло конденсации цинку. Стенки конденсатора имеют мощную теплоизоляцию, и все охлаждение осуществляется практически только через цинк. В описываемом конденсаторе в объеме 0,765 м3 можно конденсировать 9 т цинка в сутки, что соответствует 12 т/м3 в 24 часа. Цинк из конденсатора разгружается через два сифона, расположенные по обеим его сторонам.
В описанном агрегате можно конденсировать значительно разбавленные газами цинковые пары без образования большого количества пусьеры. Так, при содержании в паро-газовой смеси только 35% Zn, в металл конденсировалось 96,8%. в пусьеру 2,6% и в трассу 0,6%.
Для того чтобы осуществить отвод тепла от цинковых паров, Робе-сон предложил пропускать их через скруббер, орошаемый жидким свинцом. Длительное время считалось, что получение при этом свинцовоцинкового сплава ставит под сомнение целесообразность предложения, и использование в качестве охлаждающего тела цинка казалось проще. Но в последние годы идею конденсации цинка на свинцовых каплях осуществили на заводе «Эвонмаут».
На этом заводе цинк получают в шахтных печах. Газы, содержащие 5—6% паров цинка, до 11—12% СО2 и 17—19% СО, покидают печь при температуре 1000° и поступают в струнный конденсатор с тремя вертикально расположенными импеллерами, разбрызгивающими свинец, заполняющий ванну конденсатора (рис. 7). Высокая начальная температура газов и быстрое их охлаждение жидким свинцом исключают окисление паров цинка двуокисью углерода.
Температуру охлажденного свинца поддерживают около 440°, а содержание в нем цинка не более 2,02%. Для обеспечения этих условий количество свинца, циркулирующего в процессе, достигает 420 единиц на единицу цинка. Содержание цинка в свинце возрастает в конденсаторе с 2,02 до 2,26%. Свинец из конденсатора по водоохлаждаемому желобу направляют в ликвацнонный зумпф, где при температуре 420°, выделяется растворенный в нем цинк. Свинец возвращается в конденсатор. В металл конденсируется 89% цинка. Получаемый цинк содержит 1,2% Рb, 0.024% Fе и 0,07% Сd.
Процесс «Эвонмаут» рекомендован для переработки свинцово-цинковых концентратов и, видимо, для этой цели может оказаться весьма эффективным.
Пирометаллургия цинка, исторически предшествовавшая гидрометаллургии, в период 1920—1940 гг. была значительно оттеснена последней. Применение вертикальных реторт и ректификационных колонн укрепило позиции пирометаллургии и доказало ее жизнеспособность.
Использование электротермических процессов и совершенных методов конденсации цинковых паров определило дальнейшие пути усовершенствования, механизации и облегчения условий труда в пирометаллургии цинка, а также возможности извлечения металла из относительно бедных и загрязненных примесями труднообогатимых руд.