Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Пирометаллургические способы получения цинка

Пирометаллургические способы получения цинка


Обычно в результате выветривания горных пород верхняя часть рудных месторождений, особенно выходящих на поверхность или близких к ней, окисляется. Так, и в цинковых месторождениях верхняя их часть представлена смитсонитом — карбонатом цинка.
При нагревании смитсонита до 700—900 °С он диссоциирует с образованием окиси цинка, а при нагревании до более высокой температуры окись цинка в присутствии восстановителя восстанавливается до металла. Нагревание окиси цинка при отсутствии восстановителя, даже при очень высокой температуре, не ведет к ее изменениям, так как равновесное значение упругости кислорода при разложении по реакции ZnO ⇔ Zn + 0,5 О2 ничтожно мало. Цинк кипит при температуре 906 °С, и поэтому в момент восстановления при 1000—1100 °С удаляется в виде паров и отделяется таким образом от компонентов пустой породы. В дальнейшем пары при охлаждении конденсируются в жидкий металл.
Столь своеобразные свойства цинка определили историю развития и технологию его производства.
В 1739 г. в Англии был запатентован дистилляционный метод. Он основывался на переработке смитсонитовых руд, которые смешивали с углем и загружали в глиняную реторту, нагреваемую до 1200—1300 °С. Устье реторты соединяли с глиняным конденсатором, в котором получали жидкий металлический цинк. Довольно широкое распространение этого метода объяснялось его простотой и наличием в прошлом веке относительно больших запасов окисленных руд. С развитием дистилляционного метода улучшалась технология изготовления реторт для шихты и увеличивался размер дистилляционных печей, которые делали вначале на 2—4 реторты, а в последующем — на 400—600 реторт.
По мере выработки запасов окисленных руд возрастало количество сульфидных руд, которые довольно быстро стали практически единственным источником получения цинка. Эти руды сравнительно легко обогащаются флотацией с получением концентратов, содержащих около 50% Zn и 30% S, т. е. содержат около 80% ZnS.
Пирометаллургические способы получения цинка

Металлический цинк можно получать из его сульфида восстановлением различными восстановителями, но реакция восстановления сульфида цинка начинается практически только при 1200—1300 °С, когда основная масса концентрата уже расплавилась и сульфид цинка переходит в расплав, из которого извлечь его очень трудно. Задача восстановления цинка значительно облегчается, если ZnS предварительно перевести в ZnO, т. е. если сначала сульфидный цинковый концентрат обжечь. И если в конце прошлого века предварительный обжиг концентратов применяли в сравнительно небольшом объеме, в настоящее время он — обязательная и необходимая операция, предшествующая дистилляции. Принципиальная схема пирометаллургического способа получения цинка приведена на рис. 1.
Уже с 1880 г. сульфидные руды начали обжигать в муфельных печах и газы использовать для производства серной кислоты. С 1917 г. огарки муфельных печей с содержанием 8—9% S начали подвергать агломерации и агломерат смешивать с углем-восстановителем. Полученную шихту подвергали дистилляции. Обычная схема восстановительной реторты и конденсатора приведена на рис. 2.
Пирометаллургические способы получения цинка

За последние 100 лет (до шестидесятых годов) менялись форма и размеры реторт, материал, из которого их изготовляли, машины, которыми их формовали, но принципиальная аппаратурная схема не изменялась.
Шихту в ретортах постепенно нагревали до высокой температуры (1250—1300°С) и окись цинка при этом восстанавливали по реакциям:
ZnO+ С ⇔ Zn + CO,
ZnO + CO ⇔ Zn + CO2.

Двуокись углерода, полученная по второй реакции, раскисляется по реакции CO2 + C = 2СO, в результате чего в реторте в течение всего процесса дистилляции поддерживается восстановительная атмосфера.
Сконденсированный цинк периодически вычерпывают из коденсатора и очищают от примесей рафинированием.
Дистилляционный процесс производят периодически (обычно по суточному графику), он связан с применением тяжелого физического ручного труда при загрузке в реторты шихты и разгрузке остатков дистилляции — раймовки. Получаемый цинк содержит много примесей свинца, кадмия и других металлов. Для изготовления реторт требуется много высококачественной глины, а при дистилляции расходуется много угля, служащего восстановителем и тугоплавкой добавкой в шихту, препятствующей сплавлению отдельных размягчающихся частиц. В последующем этот уголь затрудняет переработку раймовки для извлечения из нее меди и остатков цинка.
Все эти недостатки предопределили поиски другого процесса, построенного на иных принципах. Таким процессом оказался гидрометаллургический процесс переработки концентратов, который получил применение в двадцатых годах нынешнего века. Этот процесс будет описан ниже.
Однако преимущества пирометаллургического способа, связанные с низкой температурой кипения цинка, определили значительное его развитие за последние 40 лет.
На смену периодическому процессу дистилляции в горизонтальных ретортах пришел процесс дистилляции в вертикальных ретортах. Применение вертикальных реторт заметно улучшило условия труда при получении цинка и позволило сделать его непрерывными.
В дальнейшем были освоены вертикальные реторты, обогреваемые электрическим током, проходящим через шихту, служащую телом сопротивления.
И первоначальный процесс в горизонтальных ретортах, и дистилляция в вертикальных ретортах, обогреваемых газом и электричеством, предусматривали нагрев шихты без ее расплавления и разгрузку остатков дистилляции в твердом виде.
Был освоен также процесс плавки цинксодержащей шихты в руднотермических электропечах, позволяющий перерабатывать самые низкосортные концентраты. Наконец, в последние годы освоен и находит широкое применение процесс плавки цинково-свинцовых концентратов в шахтной печи с прямой конденсацией цинка в жидкий металл. Шахтные печи позволяют получать до 100—150 т цинка в сутки в одном агрегате, полностью механизированы, в значительной степени автоматизированы и сильно отличаются от дистилляционной печи с горизонтальными ретортами. Ho и в вертикальных ретортах, и в шахтных печах сохраняется первоначальный пирометаллургический принцип — возгонка цинка из окиси в момент его восстановления и конденсация паров в жидкий металл.
Усовершенствуется и процесс получения цинка в горизонтальных ретортах. Появились механизмы для загрузки и разгрузки реторт, индивидуальные конденсаторы сменились общим для всех реторт, появились и другие усовершенствования, которые позволяют в настоящее время эксплуатировать дистилляционные печи с горизонтальными ретортами с достаточно высокими технико-экономическими показателями, конкурирующими с новыми способами.
Во всех случаях получаемый пирометаллургическим способом цинк содержит большое количество металлов-примесей, возгоняемых вместе с ним при дистилляции или попадающих в конденсат с механически уносимой из шихты пылью. Поэтому дистилляционный цинк нуждается в рафинировании от этих примесей.
Иногда рафинирование цинка достигается простой ликвацией в случае необходимости получения более чистого металла его подвергают ректификации, в последнее время все шире применяют химические методы рафинирования.
В настоящее время около половины добываемого в мире цинка получают пирометаллургическим способом.
Добавлено Serxio 14-02-2017, 22:09 Просмотров: 2 069
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent