Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Поведение компонентов агломерата при дистилляции



Соединения цинка

Как указывалось ранее, окись цинка восстанавливается окисью углерода по реакции ZnO + CO ⇔ Zn + CO2.
Константа равновесия этой реакции может быть написана по разному для двух случаев проведения этого процесса:
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

если цинк присутствует в парообразном состоянии, в условиях, когда парциальная упругость его паров превышает равновесную, или
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

если цинк присутствует в конденсированной (жидкой или твердой) фазе, т. е. когда упругость паров цинка равна равновесной.
О температуре начала этой реакции имеются довольно противоречивые данные, но совершенно очевидно, что достаточно заметно она протекает начиная с 1000 °С. Это хорошо видно из данных рис. 36. Практически все исследовавшие эту реакцию согласились, что не она лимитирует скорость восстановления цинка, а сопутствующая ей реакция регенерации образующейся двуокиси углерода углеродом. Для успешного протекания этой второй реакции требуется температура выше 1000 °С; значительный избыток углерода с большой активной поверхностью и хорошая газопроницаемость шихты для быстрого отвода газообразных продуктов реакции. Возможно также восстановление окиси цинка твердым углеродом, но практическое значение этого процесса ничтожно.
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Окись цинка может восстанавливаться и металлическим железом по реакции
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Шихта всегда содержит окислы железа.
Исследованиями М.М. Лакерника показано, что железо в смеси окислов ZnO и Fe2O3 начинает восстанавливаться при температуре 300 °С, а при температуре 900 °С цинк и железо восстанавливаются полностью. Таким образом, окись цинка в смеси с окисью железа восстанавливается при более низкой температуре и быстрее, чем чистая ZnO. Это объясняется тем, что окись цинка восстанавливается железом в два раза быстрее, чем окисью углерода.
Тем не менее в процессах, при которых стремятся получить остатки дистилляции в твердом виде, железо — вредная примесь, так как оно способствует образованию легкоплавких шлаков, восстанавливаясь, образует легкоплавкий чугун, а при наличии серы — штейн. Все эти продукты интенсивно разрушают стенки реторт. Для предотвращения этих осложнений в шихту дистилляции приходится вводить дополнительное количество угля, впитывающего жидкие продукты, но при этом уменьшается полезный объем реторт.
Окись цинка может восстанавливаться также водородом, метаном, природным газом и углеводородами.
Восстановление окиси цинка водородом протекает по реакции
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

уже при 450 °С. Константа равновесия этой реакции выражается уравнением
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Восстановление окиси цинка метаном протекает по реакции ZnO + CH4 ⇔ Zn + CO + H2 и константа ее выражается уравнением
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Все перечисленные реакции протекают при низких температурах в начальный период дистилляции и существенного значения в получении цинка не имеют.
Феррит цинка, по данным некоторых авторов, восстанавливается труднее, чем структурно свободная окись, хотя при 1050 °С наблюдается полное его восстановление.
По данным М.М. Лакерника, окись цинка, связанная в ферритную форму, восстанавливается быстрее и при более низкой температуре, чем свободная окись цинка. Автор показал, что феррит взаимодействует с железом по уравнению ZnFe2O4 + 2Fe = Zn + 4FеО, причем реакция протекает так же, как и для окиси цинка.
Феррит цинка восстанавливается окисью углерода по уравнениям:
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

и полностью завершается при температуре 1000—1100 °С.
Силикаты цинка присутствуют в агломерате в небольшом количестве в виде природных минералов и в виде силикатов, образовавшихся при обжиге. Они хорошо восстанавливаются в условиях дистилляции при температуре выше 1000 °С и не вызывают осложнений в процессе.
Сульфидный цинк, находящийся в агломерате, полностью теряется, так как он, не восстанавливаясь, переходит в раймовку. Сульфидный цинк в некоторой степени реагирует с железом, которое восстанавливается в процессе.
Сульфат цинка содержится в агломерате в небольшом количестве и при взаимодействии с углеродом восстанавливается с образованием сульфида; ZnSO4 + 2С = ZnS + 2СO2. В случае диссоциации сульфата образующийся сернистый ангидрид восстанавливается до элементарной серы, связывающей цинк в сульфид.
Таким образом, сульфатная сера так же вредна в шихте, как и сульфидная.
Соединения железа

Железо в агломерате преимущественно содержится в виде Fe2O3 или Fe3O4, которые при дистилляции восстанавливаются до FeO и далее до металлического железа, о поведении которого было сказано ранее.
Соединения свинца

В цинковых концентратах иногда содержится до 3—4% Pb и в агломерате он находится преимущественно в силикатной и ферритной формах. При дистилляции эти соединения легко восстанавливаются и часть полученного металлического свинца испаряется, так как упругость его паров довольно заметна:
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Испарившийся свинец конденсируется вместе с цинком и вынуждает в дальнейшем рафинировать цинк от этой примеси.
Большая часть свинца остается в реторте. Он фильтруется через шихту и, достигая стенок реторты, разъедает их, и в этом случае для впитывания свинца приходится увеличивать в шихте содержание угля, уменьшая тем самым ее полезный объем.
Соединения меди

Медь в агломерате содержится в виде окислов, которые легко восстанавливаются при дистилляции. Медь нелетуча и вся остается в раймовке, а при расплавлении шихты — в штейне.
Соединения кадмия

Кадмий содержится в обожженном концентрате в виде окиси, которая восстанавливается при более низкой температуре, чем окись цинка:
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Эти реакции протекают с заметной скоростью уже при 700—750 °С.
Упругость паров кадмия выше, чем цинка.
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

В момент восстановления кадмий, как и цинк, получается в парообразном состоянии и улетучивается из реторты. Часть его остается в цинке, но значительная доля переходит в пусьеру, которая заметно им обогащена и иногда служит источником получения кадмия.
Соединения мышьяка и сурьмы

Мышьяк и сурьма содержатся в агломерате в виде нелетучих пятиокисей, антимонатов и арсенатов типа MeOAs2O5 и MeOSb2O5. При дистилляции эти соединения восстанавливаются до летучих трехокисей и металлов и частично возгоняются, загрязняя цинк и пусьеру.
Золото и серебро

Золото и серебро при дистилляции шихты без ее расплавления остаются в твердых остатках процесса — раймовке. При расплавлении шихты золото и серебро переходят в свинец и штейн.
Кремнезем и глинозем

Кремнезем при температуре дистилляции образует силикаты с FeO, CaO и др., способствуя одновременно разложению сульфатов, ферритов и алюминатов.
Глинозем менее активен, чем кремнезем, однако он способен образовывать тугоплавкую шпинель (ZnO*Al2O3), из которой цинк при ретортном процессе не восстанавливается. Кремнезем и глинозем остаются в раймовке или переходят в шлак при расплавлении шихты.
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Во всех процессах дистилляции цинка, проводимых с получением твердых остаточных продуктов (дистилляция в горизонтальных и вертикальных ретортах, в вертикальных электрообогреваемых ретортах), окись цинка восстанавливается в твердой фазе.
При электротермической переработке цинковых концентратов или при шахтной плавке свинцово-цинковых концентратов шихта расплавляется и возникает проблема восстановления окиси цинка из расплава.
Исследования М.М. Лакерника (рис. 37) показали, что если агломерат нагревать и плавить в атмосфере окиси углерода, то примерно через 1 ч из исследуемой навески восстанавливается и отгоняется 600 мг цинка. Если этот агломерат нагревать и расплавлять в атмосфере азота и полученный расплав подвергнуть воздействию окиси углерода, за это же время отгоняется около 300 мг цинка, т. е. в два раза меньше. Это определило стремление технологов вести процесс так, чтобы шихта плавилась уже после того, как из нее будет отогнана основная масса цинка, так как в этом случае общие энергетические затраты на процесс будут ниже.
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Очень большое влияние на степень восстановления цинка из расплава имеет и состав шлака, в частности отношение в нем содержания SiO2 к СаО. При 1250 °С эта зависимость представлена кривыми рис. 38. Как видно из рисунка, при отношении в шлаке CaO:SiO = 1 за 1 ч возгоняется цинка в три раза больше, чем из шлака с отношением CaO:SiO2 = 0,3.
Выше указывалось на резко отрицательную роль железа, присутствующего в шихте дистилляции. Однако при проведении процесса с расплавлением шихты, когда вредное действие железа как компонента, разрушающего стенки реторты, снимается, а способность его восстанавливать цинк усиливается, оценка роли железа несколько изменяется.
Как известно, чем выше содержание FeO в шлаке, тем больше растворимость в нем ZnO. Однако в условиях восстановительной атмосферы цинк из более железистых шлаков восстанавливается быстрее, чем из менее железистых. Это хорошо видно из графиков рис. 39 и объясняется тем, что железо, восстанавливающееся из шлака, реагирует с окисью цинка, восстанавливая ее до металла. Чем больше масса восстанавливающегося железа, тем быстрее возгоняется цинк из шлака.
Поведение компонентов агломерата при дистилляции

Именно поэтому дистилляционные процессы, проводимые с расплавлением шихты, позволяют перерабатывать значительно худшие по качеству материалы, чем процессы без расплавления (в частности, по содержанию железа в концентрате), и вот почему они позволяют получать более высокое прямое извлечение цинка в процессе дистилляции.
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