» » Дистилляция цинка в вертикальных ретортах
06.05.2015

Недостатки процесса дистилляции цинка в горизонтальных ретортах побуждали к поискам новых путей в области пирометаллургии цинка. Стремление к замене периодичного процесса непрерывным и устранению операций, требующих тяжелого ручного труда, привело к разработке процесса дистилляции цинка в вертикальных ретортах.
Этот процесс, впервые примененный в 1929 г. компанией «Нью Джерси Зинк» на заводе в Пальмертоне (США), получил затем распространение на других цинковых заводах. В настоящее время свыше 20% всего цинка, получаемого пи-рометаллургическим способом, производится в вертикальных ретортах В России в послевоенные годы на Беловском цинковом заводе была построена и испытана вертикальная реторта производительностью около 3 т цинка в сутки. Подобная установка работает и в Польше.
За 30 лет существования технология нового процесса (рис. 19) в общих чертах практически не изменилась. Основными производственными операциями являются приготовление брикетов, коксование брикетов, дистилляция в вертикальной реторте и конденсация паров цинка.
Дистилляция цинка в вертикальных ретортах

При использовании шихты, обычной для горизонтальных реторт, не обеспечивалась необходимая газопроницаемость столба материала в вертикальной реторте, что приводило к образованию настылей на стенках последней. Нормальная работа вертикальной реторты стала возможной после введения брикетирования.
Правильно приготовленные прочные брикеты после коксования загружают раскаленными в верхнюю часть реторты, и они, продвигаясь вниз по вертикальному каналу, не задерживаются у стенок, не разрушаются по пути, не препятствуют прохождению в промежутках между ними восходящих газов и паров цинка и без видимого изменения объема и формы выходят через разгрузочное отверстие реторты.
Шихту для брикетирования составляют из цинкового агломерата, связующих веществ и коксующегося угля. Связующие вещества (смола, пек, сульфитный щелок и др.) обеспечивают брикету прочность. Уголь используется не только для восстановления цинка, но и для образования прочного углеродистого скелета при последующем коксовании. Расход угля достигает 60% от веса агломерата.
Агломерат и уголь смешивают, измельчают и просеивают через сито с отверстиями 3 мм. Измельченную шихту тщательно уплотняют на бегунах с добавкой связующего вещества и последовательно прессуют на двухвалковых прессах при давлении 50 и 150 ати. Из первого пресса, играющего роль уплотнителя, шихта выдается в виде мелких брикетов яйцевидной формы. На втором прессе окончательно формируются брикеты овальной формы. Обычно применяют брикеты весом от 0,3 до 0,6 кг и размером 100х75х65 мм.
Брикеты содержат 6—7% влаги, поэтому перед коксованием их подвергают естественной сушке в течение 1—2 суток до остаточной влажности 1—2%.
Коксование брикетов проводят для придания им прочности, пористости и с целью попутного предварительного нагрева перед дистилляцией для предупреждения конденсации цинковых паров в верхней части реторты.
Коксование ведут в печах шахтного типа высотой 1—3 м. Брикеты непосредственно нагревают горячими газами; газы не должны содержать более 5% кислорода, а температура их не должна превышать 880° во избежание больших потерь цинка. Брикеты загружают в печь сверху и выгружают снизу через каждые 20—25 мин. Горячие газы проходят через столб брикетов в горизонтальном направлении Продолжительность операции коксования составляет 60—90 мин. За это время 50—70% кадмия возгоняется, что улучшает качество цинка при дистилляции и создает возможность извлечения кадмия из возгонов.
Конструкция вертикальной реторты показана на рис. 20. В ней сохранен принцип косвенного обогрева шихты, характерный для дистилляционных печей с горизонтальными ретортами. Поперечное сечение реторты имеет форму вытянутого прямоугольника с ограниченной шириной 300—330 и длиной 1600—1800 нм. Брикеты загружают через герметичный затвор, исключающий попадание в печь атмосферного воздуха. По высоте печь можно разделить на три части. В верхней — высотой 2—4 м, выложенной из шамотного кирпича, брикеты нагреваются теплом восходящих ретортных газов. Средняя часть печи, вмещающая реторту, представляет собой камеру нагрева Нижняя часть, служащая для разгрузки раймовки, изготовлена из стали и снабжена герметичным выпускным затвором. Реторта имеет высоту около 8 м и выполнена из карборундовых плит, отличающихся высокой жаростойкостью и теплопроводностью (торцы реторты можно собирать из шамотных блоков). Отапливается печь генераторным газом, который подводится через горелки, находящиеся в своде камеры. Для создания равномерной температуры воздух для горения вводится в камеру в нескольких точках по высоте. Отходящие газы направляются в рекуператор для подогрева воздуха.
Дистилляция цинка в вертикальных ретортах

Конденсатор состоит из двух частей, работающих в различных температурных условиях. В первой, выполненной в виде канала из карборундовых блоков, происходит быстрое охлаждение паров цинка, чему способствуют высокая теплопроводность карборунда и турбулентное движение газов вокруг перегородок. Во второй, зумпфовой части конденсатора, скапливается жидкий металл; во избежание образования большого количества пусьеры газы здесь охлаждаются медленно. Регулирование температуры в конденсаторе достигается путем теплоизоляции части поверхности конденсатора. Выходящие из конденсатора газы проходят через скруббер, орошаемый водой. В скруббере из них извлекаются остатки цинка в виде шлама. Очищенные газы, содержащие до 90% CO, сжигаются в нагревательных камерах печей.
Процесс дистилляции протекает в вертикальной реторте следующим образом Горячие брикеты из коксовальных печей периодически загружают в верхнюю часть реторты. Иногда к брикетам добавляют немного крупного кокса для раскисления СО2. В обогреваемую зону брикеты опускаются с температурой около 1000°. Здесь они быстро нагреваются до 1270—1300°. Продолжительное пребывание брикетов в зоне нагрева (около 30 час.) и высокая температура процесса обеспечивают достаточно полное восстановление окиси цинка.
Цинковые пары и газы, поднимаясь вверх, проходят через столб брикетов и поступают в конденсатор, где цинковые пары конденсируются в интервале температур 850—870° на входе и 530—560° на выходе. Для облегчения отвода паров цинка из реторты в нижнюю часть ее вводят небольшое количество воздуха или нейтральных газов. Жидкий металл стекает в зумпф конденсатора и по мере накопления выпускается.
Производительность вертикальной реторты по цинку составляет 3—5 т/сутки. Извлечение металла выше, чем в горизонтальных ретортах, и достигает 90% и более. З. Соецкий приводит следующие техникоэкономические показатели работы вертикальной реторты в ПНР:
Дистилляция цинка в вертикальных ретортах

Чушковый металл получается значительно чище, чем при дистилляции в горизонтальных ретортах. По данным Беловского завода, в нем содержится: 99,42% Zn, 0,42% Pb, 0,12% Cd, 0,03% Fe и 0,004% Cu.
Кампания вертикальных реторт длится от 3 до 5 лет. К основным преимуществам процесса следует отнести непрерывность и стабильность, высокую степень механизации, повышенное качество металла, повышенное извлечение цинка, высокую производительность труда, возможность использования ретортных газов как топлива.
Более прогрессивный по сравнению с дистилляцией в горизонтальных ретортах этот процесс обладает, однако, рядом существенных недостатков. организация его связана со значительными капитальными за тратами и большим расходом дорогостоящего карборунда; производительность реторты низка и подготовка шихты сложна.
В силу этого дистилляция в вертикальных ретортах не может быть признана наиболее совершенным и экономичным пирометаллургическим процессом производства цинка.