Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЕЛЬЦЕВАНИЯ ОКИСЛЕННЫХ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано при переработке цинксодержащих материалов с высоким содержанием свинца вельцеванием, например цинксодержащих пылей медеплавильного производства.

Известен способ вельцевания окисленных цинксодержащих материалов, согласно которому с целью повышения тепловой инерции печи, позволяющей снизить расход коксика и содержание цинка в клинкере, уменьшается диаметр разгрузочного отверстия с 1400 мм до 1000 мм (см. Дорофеев В.М., Козлов П.А. и др. / Цветная металлургия. Бюл. ЦНИИ ЭНЦМ. 1978. №12. С.44-45).

Недостатком указанного способа является:

- увеличение время переработки материала в печи;

- снижается производительность печи;

- снижается степень отгонки свинца и цинка.

Наиболее близким по технической характеристике к заявленному является способ вельцевания цинксодержащих материалов во вращающейся трубчатой печи с подачей в разгрузочную часть печи в зону температур 950-1000 (воздуха низкого давления Р=0,1÷0,2 атм) с добавкой кислорода (см. Лакерник М.И., Пахомова Г.Н. // Металлургия цинка и кадмия - М.: Металлургия, 1969, с.401).

Недостатком указанного способа является высокий расход коксика и существенные потери цветных металлов с клинкером (цинка и свинца). В указанной зоне наиболее высокое содержание легкоплавких силикатов и наиболее низкое содержание коксовой мелочи, одним из назначений которой в вельц-процессе является поглощение жидкой фазы и придание материалу способности вельцеваться (перекатываться).

При добавке в дутье коксика в указанной зоне повышается температура за счет экзотермической реакции С+O₂=СО₂ и снижается содержание углерода в шихте.

Из-за увеличения количества легкоплавких соединений и образования «жидкой ванны» нарушается процесс отгонки свинца и цинка из шихты, и для нормализации процесса необходимо увеличить расход коксовой мелочи.

В основу патентуемого способа положена задача разработки такого способа, который позволил бы снизить при переработке вельцеванием окисленных цинксодержащих материалов с высоким содержанием свинца, потери свинца и цинка с клинкером и расход топливно-энергетических ресурсов, в частности коксовой мелочи.

Это достигается тем, что в известном способе вельцевания цинксодержащих материалов во вращающейся трубчатой печи, включающем подачу коксика в шихту и воздушное дутье с добавкой, где в качестве добавки используют водяной пар в количестве, обеспечивающем его содержание в дутье 14-25% и направляемом в зону температур 1050-1150°С.

При подаче пара в печь в зоне температур 1050-1150°С протекает эндотермическая реакция

При этом в газовой фазе печи появляется новый активный восстановитель водород (H₂), который, попадая в реакционную зону вместе с окисью углерода (СО):

- увеличивает протяженность реакционной зоны и сокращает протяженность зоны разложения сульфатов;

- восстанавливает сульфаты свинца до легковозгоняемых сульфидов; при этом увеличивается возгоночная способность печи при переработке богатых по свинцу материалов;

- увеличивается степень отгонки цинка и свинца, а также, производительность печи без увеличения температуры реакционной зоны.

При подаче по прототипу кислорода в зону температур 950-1000°С отгонка свинца и цинка, а также производительность печи увеличиваются за счет повышения температуры в реакционной зоне с 1200-1300 до 1350-1450°С (расходуется углерод необходимый для впитывания образующейся при повышенной температуре жидкой фазы и требуется дополнительный расход углерода на образование восстановителя).

Пары воды обладают высокой излучательной способностью, увеличивают тепловую инерцию печи, поэтому, несмотря на эндотермичность реакции (1), температура шихты не снижается ниже 1050°С. Повышение температуры выше 1150° не увеличивает положительный эффект, так как высокая протяженность реакционной зоны позволяет вести вельц-процесс без повышения температуры более 1150°С.

При подаче пара в зону температур менее 1050°С резко снижается скорость реакции (1) и происходит увеличение потерь свинца и цинка с клинкером.

При содержании пара в дутье ниже 14% не обеспечивается полное извлечение свинца в возгоны. При содержании пара в дутье более 25% положительный эффект не увеличивается, а наоборот происходит охлаждение материала и увеличивает потери цинка с клинкером.

Таким образом, патентуемый способ позволяет снизить потери свинца и цинка с клинкером, снизить расход топлива восстановителя, исключить расплавление материала, перерабатывать окисленные цинксодержащие материалы с высоким содержанием свинца.

Способ осуществляется следующим образом.

Цинксодержащий материал, например пыли медеплавильного производства, состава, %: цинк - 18-20, свинец - 20-25; железо - 1-5; оксид кремния - 2-4 в смеси с твердым углеродистым восстановителем загружают в трубчатую вращающуюся печь и подвергают вельцеванию. В разгрузочный конец печи через форсунку, установленную параллельно по оси печи, подают в зону температур 1050-1150°С паровоздушное дутье с содержанием пара 14-25%.

Выгружаемый из печи клинкер охлаждают и направляют потребителю. Цинксодержащие возгоны улавливают в газоходной системе и используют в гидрометаллургическом производстве цинка.

Пример 1.

Определение оптимальной температуры по предлагаемому способу

Цинксодержащие пыли медеплавильного производства состава, %: цинк - 18.7, свинец - 23.4, железо - 2.6, оксид кремния - 3.1 одновременно с коксовой мелочью подавали в загрузочную течку вельц-печи (диаметр - 4,0 м; длина - 60,0 м).

Через горизонтальную форсунку, установленную в разгрузочном отверстии печи параллельно оси печи, подавали паровоздушную смесь с содержанием пара 19% в зону температур 1050-1150°С.

Расход паровоздушного дутья - 6600 м³/ч, загрузка печи - 15 т/ч пыли медеплавильного производства и 4,5 т/ч коксовой мелочи, или 300 кг/ч коксовой мелочи на тонну цинксодержащей пыли медеплавильного производства.

Для сравнения проводили опыт по прототипу.

Пыли указанного состава загружали в печь вместе с коксовой мелочью в количестве 300 кг/т пыли, подавали вентиляторный воздух, обогащенный кислородом до содержания 25% в количестве 6600 м³/ч. Результаты опытов приведены в табл.1.

Как видно из таблицы 1, при подаче паровоздушной смеси в зону температур 1000°С увеличивается содержание цинка и свинца в клинкер. При подаче в зону температур 1200°С (содержание цинка 0,1%, свинца - 0,2%) положительный эффект не увеличивается, однако материал перегревается.

При проведении опыта по прототипу происходит расплавление материала в печи, что приводит к резкому увеличению свинца с 0,2-0,4 до 2,6%, а цинка с 0,1-0,5 до 2,1%.

Для нормализации процесса необходимо увеличить загрузку топлива-восстановителя до 6,7 т/ч или до 446 кг/т пыли.

Пример 2.

Определение влияния содержания пара в дутье по предлагаемому способу.

Опыт проводили с пылями на оборудовании и при расходе коксовой мелочи, загрузке пыли медеплавильного производства, как было описано выше.

Паровоздушную смесь подавали в зону температур 1100°С, расход пара в паровоздушной смеси составлял, %: 13, 14, 19, 25, 26.

Определение содержания пара по предлагаемому способу

Как видно из таблицы 2, при снижении содержания пара в смеси менее 14% содержание цинка и свинца увеличивается соответственно с 0,2-0,5 до 1,3 и с 0,1-0,4 до 1,4%. Материал не удается полностью разогреть.

При увеличении содержания пара в смеси более 25% материал охлаждается и увеличивается содержание цинка и свинца в клинкере соответственно до 1,2 и 0,9%.

При проведении опыта по прототипу, но без добавки пара материал в печи расплавляется и для нормализации процесса необходимо было, как и в примере 1, увеличить загрузку коксовой мелочи.