» » Получение цинка в горизонтальных ретортах
06.05.2015

Технологическая схема процесса показана на рис. 14. Шихта дистилляции слагается из цинкового агломерата, оборотных материалов и углеродистого восстановителя, расход которого составляет 35—40% от веса агломерата. Все компоненты шихты тщательно перемешивают и увлажняют. Готовую шихту загружают в обогреваемые реторты, оборудованные конденсаторами и алонжами. Процесс дистилляции ведут периодически с постепенным подъемом температуры до 1400°. Загрузку и выгрузку реторт обычно производят один раз в сутки. При нагреве шихты цинк, восстанавливаясь из окисленных соединений до металла, возгоняется и вместе с ретортными газами поступает в конденсатор, где большая часть цинковых паров сжижается, а меньшая — конденсируется в виде цинковой пыли. He успевшие сконденсироваться пары цинка улавливаются в алонже в виде богатой кадмием пыли — пусьеры. В реторте остается твердый остаток — раймовка. Таким образом, в результате дистилляции получаются черновой цинк, конденсаторная пыль, раймовка и пусьера. Отходящие ретортные газы не используются и сгорают в устье алонжа.
Получение цинка в горизонтальных ретортах

Реторты. Реторта вместе с конденсатором и алонжем является основной ячейкой дистилляциочной печи, в которой протекают все металлургические процессы.
К качеству реторты предъявляются очень жесткие требования: она должна выдерживать температуру 1400°, обладать высокой термической и механической прочностью, противостоять химическому разъеданию шлака и штейна и в связи с. большим расходом реторт иметь низкую стоимость.
Реторта представляет собой керамический муфель (рис. 15) длиной до 2000 мм с размерами поперечного сечения 170х280 мм толщиной стенок 25—30 мм. Емкость применяемых реторт обычно не превышает 0,075 м3, а суточная производительность 25,0—30,0 кг металлического цинка. Обогрев реторты осуществляется снаружи, поэтому ее изготовляют из материала с высокой теплопроводностью. Во избежание окисления или потерь цинковых паров реторта выполнена с плотными стенками.
Получение цинка в горизонтальных ретортах

Реторты изготовляются из жирной глины, шамота и кокса, взятых в соотношении 60:30: 10. Иногда вместо кокса применяют кварцевую муку, в последнем случае ретортная масса состоит из 50 частей жирной глины, 25 частей шамота и 25 частей кварцевой муки. Жирную глину берут лучшего качества с высокой огнеупорностью. Примерный состав глин, потребляемых Беловским дистилляционным заводом, приведен в табл. 11.
Получение цинка в горизонтальных ретортах

Шамот приготовляют из тощей глины путем сушки и обжига ее при температуре 1200—1300°. В шихту ретортной массы добавляют кокс с целью увеличения ее огнеупорности, теплопроводности и стойкости против разрушающего действия компонентов шихты.
Перед составлением шихты жирную глину подсушивают горячим воздухом при температуре не более 90° (сушка глины при более высокой температуре приводит к потере ее пластичности) и измельчают до 2—3 мм. Остальные компоненты также предварительно измельчают: шамот до 3—4 мм и кокс до 1—2 мм.
Измельченные материалы дозируют и смешивают, вначале всухую, а затем с увлажнением до 10%. Влажная масса проходит обработку в глиномялке, затем ее прикрывают мешковиной и дают вылежать на складе в течение 2—3 недель с целью повышения пластичности (Беловский завод сократил этот срок до 7—8 суток). После вылеживания ретортную массу вторично пропускают через глиномялку и подают на прессование. На некоторых заводах ретортную массу перед прессованием вакуумируют и подогревают.
Реторты прессуют нa гидравлических прессах под давлением 150—300 ат. Предварительно из массы выдавливают болванки (балло), вес которых на 15—20% превышает вес сырых реторт. Пресс выдавливает 40—45 болванок в час. Полученные болванки подают на ретортный пресс, выпускающий до 50 реторт в час.
Сырые реторты подвергают в сушильных камерах продолжительной естественной либо принудительной сушке. Форсированную сушку реторт осуществляют циркуляцией через камеру подогретого воздуха. Температуру воздуха поднимают постепенно не более чем на 3° в сутки, первые дни воздух подают без подогрева. Продолжительность сушки зависит от качества ретортной массы и условий сушки. В среднем она занимает в естественных условиях 1—1,5 месяца и в условиях принудительной сушки менее 1 месяца. В высушенных ретортах остается до 1 % влаги Брака получается 1,5—2%.
Для уменьшения газопроницаемости наружную поверхность реторт покрывают после сушки легкоплавкой глазурью, составляемой из 60 частей глины. 30 — кварцита и 10 — соды. Иногда в ее состав вводят сернокислый цинк. Глазурованные реторты хранят в сушильном помещении и по мере надобности направляют на обжиг.
Для придания ретортам необходимой прочности их обжигают в специальных печах при 900—1000° в течение 15—20 час. Подъем температур осуществляется по графику. Важно, чтобы при обжиге окислительное пламя не выжигало кокс из стенок реторты. Обжиговые печи служат одновременно для нагрева реторт перед их установкой в дистилляционные печи взамен вышедших из строя.
Конденсаторы. Процесс изготовления конденсаторов менее сложен Для их изготовления употребляют глины второго сорта и шамот, взятые в соотношении 1:1. Шамот иногда заменяют ретортным боем. Глину и шамот после сушки и измельчения смешивают, увлажняют и пропускают через глиномялку. Готовой массе дают несколько дней вылежаться, а затем подают на формовку. Отформованные изделия подсушивают и обжигают. Размеры и форма конденсаторов зависят в основном от количества ретортных газов и способа выгреба цинка.
Форма конденсаторов показана на рис. 16. Длина конденсаторов колеблется в пределах 0,5—0,9 м; диаметры большого и малого отверстий соответственно 0,25—0,30 и 0,08—0,1 м.
Получение цинка в горизонтальных ретортах

Алонжам придают обычно форму конусной трубы. Изменением их формы можно влиять на процесс конденсации и регулировать в некоторых пределах выход конденсаторной цинковой пыли. Алонжи изготовляются из листовой стали толщиной 1—1,5 мм.
Дистилляционные печи. Конструкции дистилляционных печей с горизонтальными ретортами очень разнообразны. Наиболее распространены печи с 300—500 ретортами, расположенными в 3—5 рядов. На рис. 17 и 18 показана в разрезе дистилляционная печь с 216 ретортами, стапливаемая генераторным газом. Печь выполнена из огнеупорного кирпича и скреплена чугунной и стальной арматурой. Реторты расположены в три ряда по обеим сторонам средней капитальной стены, выложенной из динаса. Одним концом реторты опираются на уступ в капитальной стене, вторым покоятся на чугунной полке. Для удобства крепления и обслуживания печь поделена сплошными перегородками на 6 отделений, в каждом размещено 36 реторт. Печь разделена средней капитальной стеной на две половины сообщающиеся между собой через каналы в нижней части стены. Под сводом печи устроены каналы для горячего газа и воздуха; эти же каналы служат для отвода газов из печи. Регенераторы для подогрева газа и воздуха расположены снаружи.
Получение цинка в горизонтальных ретортах

Подогретые газ и воздух поступают в одну половину печи через щели в подсводовых каналах, воспламеняются в верхней части печи в момент смешения и, продолжая гореть, опускаются вниз, обогревая реторты первой половины печи. Внизу, через отверстия в капитальной стене, газы поступают в другую половину печи, поднимаясь вверх, обогревают реторты и уходят через подсводовые каналы в регенераторы. Охлажденные газы выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу. Направление движения газов меняют через каждые 15—30 мин.
Перед фасадом печи в полу имеются люки для сбрасывания вниз раймовки, ретортного боя и разных отходов.
Практика дистилляции цинка в горизонтальных ретортах. Ответственной операцией процесса является составление шихты, в состав которой входят цинковый агломерат, восстановитель и цинксодержащие оборотные материалы (богатая раймовка, конденсаторная пыль, ретортный и конденсаторный бой и др.).
Шихта должна обладать хорошей газопроницаемостью и по возможности не содержать вредных компонентов, ухудшающих показатели процесса. Она должна содержать как можно меньше серы, свинца и железа, так как присутствие серы в любом виде вызывает образование сульфида цинка, переходящего в раймовку, а свинец и железо образуют легкоплавкие силикаты, затрудняющие контакт между частицами окиси цинка и угля и разрушающие стенки реторт. Кондиционный агломерат не должен содержать более 0,8% S, 12%Fe и 3% Pb.
Исследованиями установлено, что успешное восстановление окиси цинка наблюдается при крупности зерен агломерата 3—10 мм. Такая крупность агломерата обеспечивает также хорошую газопроницаемость шихты.
Получение цинка в горизонтальных ретортах

В качестве восстановителя применяют угольный штыб. Иногда часть штыба заменяют коксовой мелочью. На Беловском цинковом заводе штыб и коксовую мелочь вводят в шихту в соотношении 1:3. Зольность восстановителя не должна превышать 10%, так как зола способствует образованию легкоплавких соединений с другими компонентами шихты, разрушающих реторты. Небольшое количество летучих в угле полезно, поскольку в первый период дистилляции они улучшают теплообмен внутри шихты. При большом содержании летучих температура в конденсаторе повышается, что ухудшает условия конденсации цинковых паров. Желательно применять малосернистый уголь. С целью достижения хорошей газопроницаемости шихты уголь измельчают до размера 3—5 мм.
Теоретически достаточно иметь в шихте около 15% восстановителя от веса агломерата Однако фактический расход восстановителя составляет 35—50%. Избыток угля необходим для увеличения поверхности его контакта с окисью цинка, обеспечения полного протекания реакции СО2+С=2СО и для придания раймовке тугоплавкости.
Составляющие шихты хранят в металлических бункерах, из которых их дозируют и затем тщательно смешивают в механических смесителях различной конструкции с увлажнением до 10—12% для улучшения газопроницаемости. Готовую шихту завозят на рабочие площадки дистилляционных печей.
Работа у дистилляционных печей складывается из следующих пяти операций: последний выгреб цинка и съем конденсаторов, выгрузка раймовки из реторт, ремонт печи и замена негодных реторт, загрузка реторт свежей шихтой, поддержание заданного температурного режима и периодический выгреб цинка.
Каждые 24 часа из реторт выгружают раймовку и вновь загружают свежую шихту. На выполнение первых четырех операций тратят 4—5 час., обычно их выполняют во время так называемого «маневра» печи.
Температуру в печи после загрузки реторт шихтой в течение 20—22 час. постепенно повышают. Полнота восстановления и извлечения цинка требует достижения высокой температуры. Однако при резком повышении последней нарушаются условия конденсации цинка и увеличивается выход реторт из строя. Поэтому температуру в печи поднимают осторожно и доводят к концу периода дистилляции примерно до 1350—1400°. Превышение этой температуры в конце процесса вызывает расплавление раймовки, разрушение стенок реторт шлаками и потери паров цинка.
В течение суток цинк выгребают 3—5 раз (чаще практикуется троекратный выгреб), последний выгреб производят в начале маневра перед съемом конденсаторов.
Основным продуктом дистилляции является черновой цинк, В связи с периодичностью процесса качество его изменяется в зависимости от времени выгреба. В табл. 12 приведен состав цинка при троекратном выгребе.
Получение цинка в горизонтальных ретортах

В первый период дистилляции цинк обогащен кадмием, а в последний — свинцом. Черновой цинк отливается в чушки, часть его подвергают рафинированию.
Наряду с жидким цинком в конденсаторах получается цинковая пыль, которая является оборотным продуктом, направляемым в шихтовочное отделение. В конденсаторной пыли содержится около 60,0% Zn, в том числе 15—20% металлического, до 2,5% Pb, 0,2% Cd и 0,8% S. В алонжах улавливается богатая кадмием пусьера, содержащая 80—90% цинка; концентрация кадмия достигает в ней иногда 2% В пусьере присутствуют также свинец, железо, углерод и др. Пусьеру направляют на производство кадмия гидрометаллургическим методом.
В ретортах остается раймовка, содержащая примерно 10—15% Zn, 2—5% Pb, 3—4% Cu, 15—20% Fe, 20—25% С, 18—20% SiO2 и 1—2% CaO. Для доизвлечения цинка раймовку перерабатывают в вельцпечах.
Прямой выход металла при дистилляции в ретортах не велик, С целью повышения извлечения цинка оборотные продукты приходится вновь направлять в шихту дистилляции. Примерное распределение цинка между продуктами дистилляции, по данным Беловского завода, составляет, %:
Получение цинка в горизонтальных ретортах

Дистилляция цинка в ретортах — трудоемкий и дорогой процесс, расход материалов на 1 т чернового цинка виден из следующих цифр:
Получение цинка в горизонтальных ретортах

Срок службы дистилляционных печей не превышает 3—5 лет.
Описанный процесс обладает серьезными недостатками, Главные из них: периодичность, большой расход топлива и огнеупоров тяжелый и вредный ручной труд, низкое качество получаемого металла.