Рафинирование цинка ликвацией
|
Современная техника предъявляет высокие требования к чистоте металлического цинка. Приведенный в табл. 35 ГОСТ на цинк предусматривает получение марок цинка с содержанием в чушковом металле от 97,5 до 99,997% Zn. Потребность в цинке различной степени чистоты определяется характером его потребления. Для оцинкования железа требуется не очень чистый металл, но эта статья потребления цинка не превышает обычно 20—30% общего его производства. Остальной цинк расходуется в виде чистого металла.  Поэтому цинк, полученный дистилляционным методом, рафинируют. В настоящее время в промышленности применяют три способа рафинирования; рафинирование ликвацией, химическое рафинирование и рафинирование ректификацией. Ликвационное рафинирование основано на изменении растворимости металлов-примесей или их соединений в цинке и разделении полученных фаз по плотности. Ликвацией цинк рафинируется от свинца и железа и в основе процесса лежат диаграммы состояния Zn—Pb и Zn—Fe, приведенные на рис. 61 и 62. Свинец ограниченно растворим в цинке и чем ниже температура, тем меньше взаимная растворимость. Для более полного разделения следует поддерживать температуру расплава, близкую к температуре затвердевания эвтектики (417,8 °С). Однако на практике ликвацию проводят при температуре 430—450 °С, которой соответствует содержание в цинке около 1 % Pb.  Цинк образует с железом ряд химических соединений. При охлаждении расплавленного цинка, содержащего железо, кристаллизуются твердые растворы и химические соединения, обогащенные железом. Выделившиеся кристаллы более тяжелые, чем цинк, опускаются на дно цинковой ванны, образуя пропитанную цинком губчатую массу так называемого железистого, или твердого, цинка (гартцинка). В жидкой ванне при ликвации обычно образуются три слоя: 1) нижний — жидкий сплав свинца с цинком, содержащий 5—6% Zn; 2) средний — железистый цинк; 3) верхний — жидкий рафинированный цинк. Кроме того, на поверхность жидкого цинка всплывают окислы цинка — дроссы. Обычно ликвацию проводят в отражательных печах емкостью от 30 до 150 т, отапливаемых углем, нефтью или генераторным газом. В печи расплавляются чушки чернового цинка, ванну выдерживают при температуре 430—450 °С в течение 24—36 ч. После этого поверхность ванны освобождают от дроссов и часть цинка из верхней части ванны выпускают из печи и разливают по изложницам, а ванну дополняют новыми порциями чернового цинка. Получаемый после ликвации цинк обычно содержит 0,8—1,2% Pb и 0,03—0,04% Fe. По мере накопления железистый цинк удаляют из печи шумовкой, а свинец с донной части ванны вычерпывают через трубу, вставляемую через свод в ванну печи. Извлечение цинка при рафинировании в готовый металл составляет около 60%, причем распределяется он между продуктами рафинирования следующим образом.  Цинковистый свинец, содержащий 5—6% Zn, направляют на свинцовые заводы, на которых его обычно загружают в рафинировочные котлы на стадии обессеребрения свинца. Дроссы, удаляемые с поверхности ванны, возвращают в шихту дистилляционных печей. Вычерпываемый из ванны железистый цинк содержит 4—5% Fe и 94% Zn. Рационального способа переработки железистого цинка нет. На некоторых заводах железистый цинк подвергают дистилляции и возгоны окисляют с получением окиси цинка, на других подвергают дистилляции с получением металлического цинка. Так как железистый цинк содержит не более 4—5 % Fe, каждая единица железа выводит из процесса около 24 единиц цинка. В литературе сообщается о ряде патентов, предлагающих извлекать железо из цинка с помощью алюминия. Предложения эти основаны на свойствах системы железо — алюминий, в которой образуется ряд интерметаллических соединений, всплывающих на поверхность цинковой ванны. Все эти патенты относятся к очистке от железа цинковых дроссов, полученных при оцинковании железа. Применение их для металлического цинка ограничено растворимостью алюминия в цинке. После снятия железо-алюминиевого дросса цинк содержит около 2 % Al и его необходимо рафинировать от этой примеси. Алюминии из цинка может быть удален при помощи добавок хлористого алюминия или хлористого цинка, однако на практике такое рафинирование не применяют. |
