» » Переработка цинкосодержащих полупродуктов
06.05.2015

На дистилляционных и электролитных цинковых заводах наряду с чушковым металлом получаются полупродукты, содержащие в различных количествах цинк, свинец, медь, кадмий и другие металлы. К ним относятся, раймовка, конденсаторная пыль, пусьера, цинковые кеки, пыли из газоходов и электрофильтров, цинковые дроссы медно-кадмиевые и кобальтовые кеки.
Цинковые кеки и раймовка

Известные способы переработки цинковых кеков можно разделить на три группы:
1) методы разрушения ферритов цинка действием углеродистых восстановителей (С и CO);
2) методы разложения ферритов цинка серным и сернистым ангидридом и серной кислотой,
3) методы непосредственного растворения ферритов цинка в серной кислоте
К первой группе относится способ восстановления цинка из кеков без расплавления шихты — так называемое вельцевание кеков Продуктами вальцевания кека являются свинцово цинковые возгоны, загрязненные мышьяком, сурьмой, хлором и фтором, и углеродистый клинкер, содержащий медь и благородные металлы.
На том же принципе основаны методы переработки кеков с расплавлением шихты: плавка кеков в газогенераторных печах и в шахтных печах. Кеки плавят в смеси с флюсами без добавления других металлосодержащих материалов с получением загрязненных примесями свинцово-цинковых возгонов, медно-железного штейна и шлака. На некоторых заводах цинковые кеки перерабатывают в шихте свинцовой и медной плавки.
Вторая группа методов включает обработку их сернистым газом и сульфатизацию серной кислотой. Конечными продуктами являются медно-цинковый раствор и свинцово железный кек.
Способ выщелачивания кеков в серной кислоте применяется на заводах в Келлоге (США), работающем по способу Тейнтона, и в Порто-Maprepa (Италия). В Keллоге кеки растворяют в горячей серной кислоте с содержанием H2SО4 280—300 г/л. В Порто-Mapгepa для этой цели применяют отработанный электролит стандартного процесса. Технология выщелачивания кеков на этом заводе известна.
Металлы из раймовки извлекают вельцеванием или плавкой в шахтных печах. В России цинковые кеки и раймовку перерабатывают преимущественно вельцеванием. Плавку этих материалов в шахтной печи применяют на заводе «Укрцинк».
Процесс вельцевания основан на восстановлении соединений цинка и свинца углеродом и возгонке этих металлов с последующим окислением в газовой фазе. При температуре 1100—1300 происходит интенсивное восстановление цинка из его окисленных соединений (ферритов, окислов силикатов и др.) окисью углерода по реакции
Переработка цинкосодержащих полупродуктов

Так же идет реакция восстановления твердым углеродом
Переработка цинкосодержащих полупродуктов

Над поверхностью шихты цинковые пары и окись углерода окисляются до ZnO и CO2 кислородом, находящимся в печных газах:
Переработка цинкосодержащих полупродуктов

Кеки перед загрузкой в печь подсушивают, измельчают и смешивают с восстановителем — коксовой мелочью, расходуемой в количестве 40—50% от веса кеков В раймовке содержится много свободного углерода, поэтому ее перерабатывают без добавки постороннего восстановителя. Возгоны, состоящие в основном из окислов цинка и свинца (вельцокислы). уносятся печными газами в пылеулавливающие устройства (обычно рукавные фильтры), где они улавливаются в виде пыли, содержащей 50—55% цинка и 10—15% свинца. Остаток от вельцевания — клинкер выгружают из печи через нижнее отверстие.
Для вельцевания применяют трубчатые вращающиеся печи диаметром от 2—2,5 до 3,5 м и длиной 40—60 м. Печи футерованы огнеупорным кирпичом. Скорость их вращения 1—2 об/мин. Температуру в нижнем конце печи поддерживают на уровне 900—1000°, в средней зоне она поднимается до 1100—1300°, а в верхней части — нe превышает 650°. Производительность печи диаметром 2,5 м длиной 41 м доходит до 85 г в сутки по сухому кеку. Производительность печей может быть увеличена путем применения грануляции кеков с восстановителем.
Пыли и возгоны

Большинство пылей и возгонов содержат цинк, свинец, кадмий и загрязнены вредными примесями. Состав их приведен ранее. Выщелачивание возгонов совместно с обожженным цинковым концентратом приводит к циркуляции свинца и накоплению примесей в растворах. Поэтому все современные заводы проводят раздельное выщелачивание этих продуктов. Растворы от выщелачивания пылей и окислов после очистки подвергают электролизу отдельно или совместно с растворами рудного цикла.
Технология переработки возгонов включает следующие основные стадии: подготовку сырья, выщелачивание, отстаивание пульпы, очистку растворов сульфата цинка от хлора, железа, мышьяка, сурьмы, меди, кадмия и кобальта, довыщелачивание, фильтрацию и сушку свинцовых кеков и электролиз очищенного раствора.
Схема выщелачивания показана на рис. 54. По этой схеме перерабатывают вельцокислы, пыли электрофильтров цинкового производства и возгоны шлаковозгоночных установок свинцовых заводов.
Переработка цинкосодержащих полупродуктов

На некоторых зарубежных заводах для удаления хлора, фтора и органических соединений и других восстановителей возгоны перед выщелачиванием подвергают окислительному обжигу при температуре 650— 700°.
Выщелачивание возгонов ведут с добавкой серной кислоты для компенсации безвозвратных потерь ее. Наиболее распространено нейтральное одностадийное периодическое или непрерывное выщелачивание. Для окисления восстановителей и примесей в чаны для выщелачивания добавляют марганцевую руду. Марганцевая руда может быть заменена в присутствии ионов меди в растворе кислородом воздуха. При выщелачивании необожженных окислов из реактора выделяется большое количество сернистого газа, поэтому необходима хорошая вентиляция аппаратуры. В связи с окончанием процесса при pH = 5,2/5,4 извлечение цинка в раствор понижается. Для повышения извлечения остаток от нейтрального выщелачивания (свинцовые кеки) довыщелачивают отработанным электролитом
Пульпа отстаивается в сгустителях диаметром 9—12 м. В отличие от рудного цикла здесь требуется весьма тщательное наблюдение за работой перегребного механизма, так как свинцовые кеки обладают большим удельным весом и часто при перегрузке вызывают поломку грабель.
Наиболее сложной операцией является очистка растворов от примесей. Нейтрализация пульпы в конце выщелачивания обычно не обеспечивает полноты осаждения примесей. Слив сгустителей одного из заводов России содержит, мг/л:
Переработка цинкосодержащих полупродуктов

Поэтому приходится проводить дополнительную гидролитическую очистку от железа, мышьяка и сурьмы.
Перед гидролитической очисткой из растворов удаляют хлор с помощью медного кека.
Для проведения глубокой очистки от железа, мышьяка и сурьмы в раствор вводят железный купорос. Примеси окисляют марганцевой рудой или кислородом воздуха. Окисление воздухом имеет некоторые преимущества: раствор легче фильтруется и отстаивается, уменьшается накопление марганца в растворе и др. Для улучшения фильтрации пульпу подогревают до 60—70°. Раствор после гидролитической очистки направляют на осаждение меди и кадмия и затем на электролиз
На некоторых цинковых заводах («Электроцинк». Челябинский. Флин-Флон) специальную гидролитическую очистку не применяют. Растворы после хлорной очистки или без нее направляют в кислою ветвь цикла переработки обожженного концентрата и очищают от примесей в цикле нейтрального выщелачивания при нейтрализации раствора огарком.
Свинцовые кеки после довыщелачивания серной кислотой обезвоживают на вакуум фильтрах и сушат в барабанных печах. Подсушенный кек направляют в свинцовую плавку.
Для переработки пылей, улавливаемых из газов агломерационных машин и шахтных печей свинцовых заводов, богатых свинцом, цинком, кадмием и содержащих редкие и рассеянные элементы, институтами «Гинцветмет» и «Вниицветмет» разработан метод сульфатизации концентрированной серной кислотой с одновременной грануляцией пыли На некоторых отечественных заводах этим методом успешно перерабатываются пыли свинцового производства.
Дроссы и конденсаторная пыль

Цинковые дроссы из электроплавильных печей представляют собой смесь окисленного и металлического цинка. Общее содержание цинка в них достигает 82—90%, а металлической фракции 40—50%. Дроссы являются чистым продуктом с незначительным количеством металлических примесей, однако в них содержится до 1 % хлора.
В России дроссы повсеместно направляют на обжиг концентратов в голову процесса Предварительно из него грохочением отделяют крупные включения металлического цинка. За рубежом, на заводах Рисдон (Тасмания), Монсато (США) и Флин-Флон (Канада), дроссы перед обжигом подвергают ликвации в обогреваемых барабанных печах. На заводах Трейл (Канада) и Акита (Япония) дроссы после обжига используют для приготовления цинковой пыли высокой активности. Восстановление дроссов ведут коксом в дуговой электропечи. Некоторые предприятия продают дроссы дистилляционным цинковым заводам. На польских заводах дроссы подвергают воздушной классификации. Окисленную фракцию после отмывки хлора водой направляют на выщелачивание.
Указанные способы переработки дроссов не являются самыми рациональными, так как большинство из них предусматривает возврат дроссов как оборотного продукта.
Вниицветметом разработан метод получения хлористого цинка из дроссов. В настоящее время в производстве хлористого цинка первого сорта используют чушковый метали марки Ц0 и Ц1. Проведенные исследования показали экономическую целесообразность отгрузки дроссов химическим заводам как товарного продукта с целью получения из них хлористого цинка.
Конденсаторная пыль состоит из металлических корольков, покрытых пленкой окиси цинка. Для разрушения окисной пленки пыль загружают во вращающуюся короткую барабанную печь, обогреваемую снаружи генераторным газом. При вращении барабана вследствие трения пленка окиси цинка разрушается и металлические частицы цинка сливаются в компактную массу. Внутри барабана поддерживают температуру около 450° Скорость вращения барабана 6—10 об/мин Переработка конденсаторной пыли производится отдельными порциями. Одна операция длится 6—8 час.
Медно-кадмиевые кеки и пусьеру направляют для переработки в кадмиевое производство.