» » Электротермический способ получения цинка
06.05.2015

Электротермические методы получения цинка разрабатывались еще в конце прошлого века. В Швеции и Норвегии, располагающих дешевой гидроэлектроэнергией, они получили промышленное применение еще в 1903 г. На шведском заводе в Троллхэттэне спустя 10 лет действовало 18 электропечей мощностью около 600 квт каждая В США первый цинковый завод, основанный на электротермическом методе, был пущен в 1931 г. в Джозефтауне (Пенсильвания).
В России исследования этого процесса осуществлены под руководством Д.M. Чижикова. С 1956 г. на Беловском цинковом заводе ведутся испытания на промышленной печи мощностью 1000 ква, производительностью до 5—6 т цинка в сутки. Процесс возгонки цинка в электропечи из полиметаллических концентратов осваивается также в промышленном масштабе на Иртышском полиметаллическом комбинате.
Электротермический способ значительно отличается от дистилляции цинка в ретортах. Для электротермии характерны непосредственный нагрев шихты, восстановление окислов металлов при более высокой температуре и небольшой расход восстановителя. Все это создает условия для повышения производительности агрегата и снижения себестоимости продукции.
На рис. 21 изображена трехфазная электропечь с погруженными электродами, применяемая на цинковом заводе компании Нью Джерси в Стерлинг Хилл США Внутренние размеры печи в плане 9753 на 4877 мм, высота ее до верхней точки свода 3048 мм. Толщина боковых стен 610 мм, а арочного свода 381 мм. Под имеет форму обратного свода. По длинной оси печи расположены три графитовых электрода диаметром 610 мм. Номинальная мощность печи 6000 ква, а максимально потребляемая 4500 квт.
Электротермический способ получения цинка

Схема электротермического производства цинка показана на рис. 22. В условиях плавки сырой шихты возрастают трудности конденсации паров цинка из-за присутствия в газах паров воды и СО2. Поэтому прокаливание шихты перед плавкой является обязательной операцией.
С целью удаления влаги, летучих восстановителей и кальцинации измельченный цинковый агломерат (либо огарок), коксовую мелочь и известняк перемешивают и прокаливают в барабанной печи при температуре 850—900°. Горячую шихту загружают в электропечь периодически через отверстия в своде, расположенные вблизи стен. Температура расплава в печи 1400—1500° Под действием углерода и высокой температуры окислы восстанавливаются в печи До металлов. Восстановление окиси цинка происходит как в твердой, так и в жидкой фазе. Большое, значение для полноты возгонки цинка из расплавленной массы имеет реакция восстановления окиси цинка металлическим железом
ZnO + Fe = Zn + FeO.

На Беловском заводе было установлено, что чем полнее восстанавливается железо до металла, тем выше извлечение цинка в металл и, наоборот, чем выше содержание FeO в шлаке, тем меньше степень восстановления цинка. Графически эта зависимость представлена прямой на рис. 23.
С другой стороны, на заводе в Пальмертоне (США) замечено, что при снижении содержания закиси железа в шлаке до определенного предела в электропечи могут возгоняться такие элементы, как кремний, магний и даже кальций При температуре конденсации эти вещества не растворимы в цинке и вызывают нежелательное образование пусьеры.
Восстановление окиси цинка облегчается при увеличении отношения CaO*SiO2 в шлаках.
Электротермический способ получения цинка

Возможность восстановления окиси цинка в жидкой фазе через реакцию с металлическим железом позволила осуществить в 1943 г. в промышленном масштабе электротермическую переработку шлаков свинцовой плавки на заводе Геркуленеум (США) с извлечением цинка и свинца. Вместе с цинком возгоняется до 90% свинца, кадмий, примерно две трети серебра и другие летучие металлы. Медь, железо, золото и остаток серебра сплавляются в медистый чугун и скапливаются на подине печи (при наличии серы может образоваться штейн), а остальные компоненты шихты переходят в шлак. Медистый чугун, шлак и штейн выпускают из печи по мере их накопления. Пары цинка, свинца и кадмия вместе с газами непрерывно поступают в конденсатор, где конденсируются в жидкий металл.
Конденсация цинковых паров из газов электропечи представляет большие трудности. Долгое время в результате электротермической плавки получали только цинковую пыль и окись цинка (при сжигании паров цинка в газоходе). В последние десятилетия процесс конденсации был значительно усовершенствован. Просасыванием цинковых паров под вакуумом через слой расплавленного цинка либо путем орошения газов жидким цинком в конденсаторе удалось поднять выход цинка в жидкий металл до 80%. Выходящие из конденсатора газы почти на 100% состоят из окиси углерода и после очистки в скруббере используются как топливо.
Суточная производительность описанной выше промышленной электропечи (см. рис. 21) равна 35 т цинка при общем извлечении цинка 95%. В печи расходуется не более 3300 кв*ч и на вспомогательных операциях — 165 кв*ч на 1 т цинка. Расход электродов составляет 6,5—7,5 кг на 1 т цинка.
Технико-экономические показатели при электротермии следующие:
Электротермический способ получения цинка

Все применяемые в промышленности электротермические процессы подробно описаны в литературе К недостаткам электротермии цинка относятся: ограниченный срок службы футеровки печей, получение загрязненного цинка и образование пусьеры. На Беловском цинковом заводе освоено пока электротермическое получение цинковой пыли.