Результат интеллектуальной деятельности: Способ переработки отходов окисленного цинкового порошка

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки отходов цинка в виде изгари после цинкования.

Известен способ [1] переработки дроссов цинка, по которому отходы загружают в расплав эквимольной смеси хлоридов натрия и калия с добавлением фторидов натрия или алюминия при температуре 740-790°С, выдерживают 15-30 мин, извлекают металлический цинк. В расплав добавляют 5-10% алюминия от массы расплава солей, извлекают алюмоцинковый сплав, а из расплава солей извлекают осадок окислов и интерметаллидов железа с алюминием и цинком.

Недостаток способа в высокой температуры процесса, при которой будут высокие потери цинка при переработке почти чистого порошка цинка.

Известен также способ [2], выбранный в качестве прототипа, переработки отходов промывкой их флюсом глицерина с 1-10% хлористого аммония, включающий перемешивание расплава конусообразными тарелями сжатыми большими основаниями.

Недостаток этого способа заключается в использования пожароопасного глицерина и высокий расход хлористого аммония, что приведет к снижению выхода металлического цинка.

Известен центробежный аппарат [3] фильтрации расплава от твердых примесей, содержащий фильтр, погруженный в ванну с расплавленным металлом, который выполнен в виде двух конусообразных тарелей, соединенных основаниями, а верхняя тарель снабжена заборными окнами и снабжена механизмом вращения.

Недостаток аппарата в том, что предназначен для отделения твердого осадка из расплава и не приспособлен для загрузки порошка.

Известен также центробежный аппарат, принятый за прототип [2], состоящий из фильтра в виде двух конусообразных тарелей, причем верхняя тарель выполнена в виде усеченного конуса и соединенных большими основаниями, с приводом их вращения, механизмом вертикального перемещения фильтра и взаимного смещения тарелей.

Недостаток аппарата в применении к нашим условиям в том, что промывочный флюс свободно заливается через верхнее основание конуса, а выброс металла и флюса осуществляется через щель сжатых оснований. В этом случае твердая фаза остается неподвижной, плотно прижатой к стенке цилиндра. Жидкая пленка металла может отделяется центробежной силой с поверхности твердой фазы, а окисная пленка остается на поверхности частиц. Отсутствует механическое воздействия на твердую пленку окисла на кристаллах в отличие от предлагаемого аппарата

Цель предлагаемого способа заключается в том, чтобы обеспечить интенсивное физико-химическое воздействие на порошок цинка в момент плавления для удаления окисной пленки с поверхности мелких частиц и оплавить в жидкий металл.

Технический результат способа достигается сочетанием существенных признаков. Для этого цинковый порошок смешивают с хлористым аммонием с расходом 0,3-0,9% от веса порошка цинка и смесь порциями вмешивают в расплавленный цинк покрытым расплавом хлористого цинка. Смесь вмешивают в расплав цинка струей расплава под давлением через щель. Окисная пленка на движущихся частицах реагирует с хлористым аммонием, поверхность очищается и капли сливаются с жидким цинком в ванне.

Отходы окисленного порошка цинка образуются как отсев мелкой фракции (менее 30 мкм), образовавшихся при распылении расплавленного цинка воздухом. Второй источник отходов при использование крупной фракции в газотермическом напылении цинка на трубы и металлоконструкции. При этом значительная часть порошка не прилипает к поверхности и окисляясь выносится в циклоны.

Мелкие частицы крупностью от 10-90 микрон по поверхности покрыты окисью цинка толщиной 2-5 микрон. Даже при нагреве выше температуры плавления цинка остаются не сливающимися каплями, так как покрыты окисной пленкой.

В отсутствии слоя хлористого цинка на поверхности расплавленного цинка в исходном покрытии при загрузке порошка в нагретый конусный цилиндр будет происходить дополнительное его окисление. После вовлечения такого окисленного порошка струей цинка он остается не смачиваемым и всплывет на поверхности ванны продолжая окисляться.

В предложенном способе переработки порошка окисная пленка на поверхности частиц цинка испытывает одновременно:

давление и высокие скорости перемещения через щель в среде суспензии твердых частиц в расплаве цинка;

нагрев до температуры плавления с химическим воздействием паров хлористого аммония с окисленной поверхностью с образованием жидкого хлористого цинка. Очищенная поверхность капли цинка от окисной пленки продолжает взаимодействовать с остатками хлористого аммония.

При недостаточном расходе хлористого аммония (менее 0,3%) процесс замедляется, так как образовавшаяся пена из суспензии не слившихся капель медленно разрушается циркуляцией и трением с образованием окиси цинка (черной, а не белой).

При избыточном расходе хлористого аммония (более 0,9%) происходит излишнее хлорирование капель цинка после очистки от окиси. Выход металлического цинка уменьшается, а увеличивается излишнее количество хлористого цинка.

Целью центробежного аппарата является обеспечение способа механическим воздействием на порошок циркулирующим расплавом путем продавливания через узкую щель в момент его оплавления с последующим вмешиванием очищенных капель в общую массу циркулирующего расплава.

Технический результат аппарата достигается сочетанием существенных признаков в том, что нижняя тарель снабжена окнами забора расплава, а фильтрующая щель между тарелями вначале имеет свободный зазор для циркуляции суспензии расплава с порошком и сжимается в момент необходимости фильтрации.

Способ реализуется в центробежном аппарате (чертеж), который содержит обогреваемый котел 1 для расплава, съемный фильтр состоящий из нижнего конуса 2 и верхнего конусного цилиндра 3, соединенных большими основаниями с образованием фильтрующей щели 4. Нижний конус 2 соединен валом 5 с приводом 6. Двигатель 6 установлен на кулисном механизме 7 для осевого вертикального перемещения вместе с тарелью 2. Зазор щели 4 вначале свободный 0,5-1 мм и в конце процесса регулируется сжатием тарели 2 с конусным цилиндром 3 пружинным фиксатором зазора 8 до размера щели 0,1 мм. Нижняя тарель у оси снабжена окнами 9 для захвата расплава. Верхний конусный цилиндр с помощью крестовины 10 крепится к трубчатому ротору 11, который соединен в верхней части с муфтой подшипником 12 с пружинным фиксатором зазора 8. Котел 1 накрыт съемной крышкой 13 для сбора осадка.

Способ осуществляется с помощью центробежного аппарата следующим образом. В котел загружается первичная навеска цинка на треть объема емкости котла. Цинк нагревается до температуры 450-470°С, затем на поверхность расплава догружается слой 0,5-1 см хлористого цинка. Зазор щели 4 устанавливается свободным в заданном зазоре 0,5-1 мм фиксатором 8. В котел с расплавом при помощи кулисного механизма 7 погружается фильтр со щелью 4 под уровень расплава и приводится во вращение. В полость конусного цилиндра порциями загружается смесь отходов окисленного порошка цинка с расходом 0,3-0,9% хлористого аммония. При вращении фильтра расплав засасывается через окна 9 в нижней тарели, омывает оплавляемую шихту и в виде расплава выбрасывается через щель 4.

По мере накопления расплавленного цинка его разливают в слитки из под слоя флюса. После наполнении емкости котла расплавом сжимают основания тарели и большого основания конусного цилиндра до размера 0,1 мм. Вращают фильтр в расплаве в течение 5-10 мин без подгрузки шихты для наполнения осадка в полости. Фильтр не прекращая вращения поднимают выше крышки и освобождают сжатие зазора щели. Под действием центробежной силы щель расширяется и осадок выбрасывается. Цикл отделения осадка при необходимости повторяют до прекращения наполнения полости фильтра. Жидкий цинк вычерпывают из под слоя флюса и разливают в слитки.

На заключительной стадии не прореагировавший разгруженный фильтростаток с добавкой 0,9% хлористого аммония от веса загружают в верхний конусный цилиндр и оплавляют циркуляцией оставшегося в котле расплава и флюса.

При вращении фильтра в расплаве в полости фильтра за счет разницы центробежных сил у окон конуса и на периферии щели фильтра возникает всасывание расплава через окна и под давлением выбрасывается через щель. После загрузки шихты в конусный цилиндр порошок увлекается циркулирующим расплавом и суспензия порошка с расплавом под давлением выбрасывается через щель фильтра. При этом происходит разогрев частицы порошка до температуры плавления, испарение хлористого аммония (327°С) и воздействие его паров на окисную поверхность оплавленной частицы порошка. Происходит одновременное воздействие на окисную поверхность частиц порошка, оплавление, механическое воздействие давления прохождением через щель, химическое воздействие испаряющегося хлористого аммония.

Обычная загрузка порошка на расплав под мешалку значительная часть хлористого аммония испаряется, очищает часть порошка от окиси, оплавляется, но основная масса не смачивается и остается в виде пены на расплавленном цинке, постепенно дробится и хлорируется. Такая загрузка шихты под мешалку проходит медленно, недостаточно полно, так как образуется пена из расплавленных частиц покрытых окисной оболочкой мешающей слиянию.

Повышение температуры более 470°С ускоряет реакцию, но увеличивает задымление. Снижение температуры менее 440°С повышает вязкость и увеличивает количество пены. Для отходов с крупной фракцией частиц зазор щели увеличивают до 5 мм, а для партий с мелко дисперсным порошком зазор устанавливают до 1 -2 мм для обеспечения повышенного давления циркуляции расплава.

Примеры. В котел загружено 20 кг цинка, нагревают до температуры 450°С. В отходы весом 5 кг окисленного порошка, содержащего 0,19%кислорода смешивают с 0,9% хлористого аммония от веса порошка. Фильтр диаметром 130 мм со свободным зазором щели приводят во вращение со скоростью 360об\мин. В полость фильтра через конусный цилиндр порциями 0,5 кг загружается шихта отходов. Вращение осуществляют в течение 10 мин. После загрузки последней порции партии шихты загрузку прекращают. Зазор щели сжимают и фиксируют до зазора 0,1 мм по щупу. Фильтр вращают в расплаве 5-10 мин для наполнения осадка в полости. Наполненный фильтр не прекращая вращения поднимают выше крышки и освобождают сжатия щели. Под действием центробежной силы щель расширяется и осадок выбрасывается. Жидкий цинк вычерпывают из под слоя флюса и разливают в слитки.

В опыте 1 отходы порошка с добавкой вмешивались в ванну без наплавления начального слоя хлористого цинка.

В опыте 8 вместо нижней тарели на резьбу вала поставлена лопастная мешалка для вмешивания шихты в расплав.

По весу отфильтрованного фильтростатка в виде сплесок пены в отношении к весу партии определяли долю оплавленного порошка, как показатель использования цинка.

При вмешивании отходов на ванну без предварительного наведений слоя хлористого цинка доля оплавленного порошка составила 18,2% и перемешивание пены 200 мин.

При вмешивании порошка цинка без хлористого аммония доля оплавления 8,3%. В ванне расплава цинка образуется густая пена, которая перемешивалась 160 мин.

Повышение расхода хлористого аммония до 1,3% незначительно повышает оплавление порошка, но излишне повышает хлорирование металлического цинка.

Предлагаемый способ и аппарат позволяет на 90,4% оплавить порошок цинка и тем самым снизить потери цинка при переработке порошковых отходов цинка.

Цитируемая литература

1. Патент RU 2147322 Заяв: №99107789, от 09.04.1999; Способ переработки отходов цинка-Казанцев Г.Ф. Барбин Н.М. Моисеев Г.К. Ватолин Н.А., С22В 19 Опуб. 10.04.2000 Бюл. №10.

2. Пат РФ №1015674 заявка №3358405 от 20.08.81 - Дьяков В.Е., Корюков Ю.С., Яковлев М.А., Зыкус М.Ю. - Способ переработки индиевых отходов и устройство для его осуществления; С22в 58\00; Опубл. 10.11.2011 БИ №31-11-c. 1127.

3. Ав св №463334; заяв №1374168 от 4.11.69. Сутурин С.Н., Долгов А.В., Дьяков В.Е. Бауэр Е.Т., Семенов А.Е., Деев С.Л., Перкис Л.В, Коновалов Л.В., Войцеховский Б.В, НОЗ, ИГ СОАН, Аппарат для рафинирования расплавленных металлов от нерастворимых примесей. М.кл C22b 9\02; // опуб. Оф. бюл. "Откр изобр, пром. образцы, тов. знаки". - М.ЦНИИПИ, оп 16.08.77№23. 1977 - С. 201.