способ получения цинка из цинкового дросса

Формула изобретения

Способ получения цинка из цинкового дросса, включающий его расплавление и выдержку полученного расплава, отличающийся тем, что расплавление дросса осуществляют в присутствии борсодержащих компонентов и полученный расплав выдерживают при температуре, равной 1,2 - 1,8 температуры плавления цинка, в течение 2 - 8 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии - получению металлов, более конкретно получению цинка из цинкового дросса (отходов горячего цинкования стальных полос).

Цинковый дросс содержит в своем составе до 90% цинка в основном в виде соединений его с железом (Fe_xZn_y), алюминием (FeAl_xZn_y), свинцом (Pb_xZn_y), окислом (ZnO), а также ряда других соединений.

Известен способ переработки отходов горячего цинкования [1], указанный в ж. "Сталь" N 2, 1993 г., стр. 89-90, включающий нагрев и расплавление цинка в электропечи сопротивления с последующим введением алюминиевого лома для связывания избыточного железа в соединениях Fe_xZn_y и обработкой флюсом. После снижения температуры производят добавление алюминиевого лома и обработку флюсом. При этом производят выдержку расплава под обработкой в течение 15 ч.

Способ обладает рядом существенных недостатков: применяемые флюсы экологически вредные, большая длительность обработки одной партии отходов (только процесс отстаивания расплава в течение 15 ч), содержание железа 0,16%, низкая чистота получаемого цинка 98,7%, что не удовлетворяет требованиям к его чистоте для обеспечения высокого качества цинкового покрытия в агрегатах горячего цинкования (АГЦ). Существенным недостатком является также то, что алюминий, присутствующий в цинке, удаляется. При цинковании в ванне горячего цинкования его необходимо вводить вновь, что удорожает процесс.

Известен способ получения цинка, описанный в журнале "Сталь" N 5, 1995 г. , стр. 82-83, в среде защитного газа, в агрегате, включающем три вставленные одна в другую изложницы. Недостатком этого способа является его энергоемкость, сложность процесса, дороговизна и ухудшение условий труда из-за вредных газовыделений.

Задача, на решение которой направлен предлагаемый способ, является получение цинка с высоким содержанием основного вещества с содержанием алюминия простым, недорогим, экономичным способом, исключающим вредные газовыделения в окружающую среду.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу извлечения цинка из дросса, он включает расплавление дросса и его обработку борсодержащими компонентами. При этом температура выдержки расплава составляет 1,2-1,8 от температуры плавления цинка и время выдержки от 2 до 8 ч.

Способ осуществляется следующим образом: затвердевший слиток дросса помещают в специальный тигель (например, из углеродистой стали, чугуна с нанесенным на поверхность огнеупорным покрытием) и устанавливают в плавильную печь, сверху засыпают борсодержащие компоненты, которые одновременно являются флюсом и веществами, создающими восстановительную среду, в результате чего ускоряются процесс разложения комплексов цинка, выделение цинка из отходов производства и исключается выделение вредных веществ в окружающую среду из-за отсутствия в своем составе соединений хлора, аммиака, фтористых соединений. В качестве борсодержащих компонентов используется борная кислота и борнокислый натрий (бура).

Способ основан на химическом взаимодействии комплексных соединений цинка с флюсом, в результате которого образуются цинк и шлак.

При взаимодействии с флюсом окисная пленка на поверхности металлических конгломератов, кусков корольков растворяется, что способствует слиянию корольков и более быстрому выделению цинка.

Процесс взаимодействия флюса - борной кислоты - можно представить следующим образом:

ZnO + H₃BO₃---> Zn + B₂O₃ + H₂

Выделяющийся водород и борсодержащие соединения создают восстановительную среду и способствуют более полному разложению комплексов Fe_xZn_y Al_xFe_yZn_n

FeZn₁₁ + H₃BO₃----> FeOZnO + B₂O₃ + H₂

FeO Zn + Al ----> Fe₂O₃ + Al₂О₃ + Zn

FeZn₇ + H₃BO₃ ---->Zn + Fe₂O₃ + B₂O₃ + H₂

Часть выделившихся комплексов соединений железа взаимодействует с соединениями алюминия и переходит в шлак.

При нагревании буры происходит отщепление частиц борного ангидрида:

Na₂B₄O₇ ----> Na₂O B₂O₃+B₂O₃,

который в момент выделения энергично взаимодействует с окисью цинка по реакции:

B₂O₃ + ZnO ---->ZnO B₂O₃

соли N₂O и ZnO B₂O₅,

имея меньшую плотность по сравнению с Zn, всплывают и переходят в шлак, при этом из-за содержания Na₂O шлак разжижается. Совместное использование борной кислоты и борного ангидрида для обработки расплава способствует более полной очистке цинка от железа, окислов цинка, получению высокого содержания основного вещества.

Температура расплава дросса не превышает 810^oC, что не приводит к выгоранию цинка, а при более низких температурах, границей которых является температура плавления цинка из дросса, выделяется только свободный цинк.

После расплавления дросса расплав выдерживают в течение 2 - 8 ч при температуре 1,2 - 1,8 от температуры плавления чистого цинка. После окончания процесса цинк через сливное устройство в тигле, через фильтрующий элемент вытекает в металлоприемник. Наличие фильтрующего элемента приводит к очищению расплава цинка от неметаллических включений и способствует получению чистого цинка.

При использовании борсодержащих компонентов создается восстановительная среда за счет выделяемого водорода и борсодержащих соединений, которые предохраняют металл от окисления и способствуют более полному разложению комплексов ферритов цинка, алюминия и очистке от железа и окислов цинка.

На основе экспериментальных данных установлено, что выдержка расплава менее 2 ч при температуре меньше 1,2 от температуры плавления цинка не обеспечивает полное разложение комплексов цинка и очистку от железа, а выдержка расплава при температуре более 1,8 от температуры плавления цинка и более 8 ч приводит к уменьшению содержания алюминия и свинца в расплаве за счет их перехода в шлак, при этом увеличивается расход электроэнергии.

Пример. Опробование способа поводилось на ОАО "НЛМК". После горячего цинкования стальных полос марки 08Ю, 08ГСЮТ в линии агрегата непрерывного цинкования (АГЦ) ОАО "НЛМК" дросс в виде сформированных слитков помещали в специально изготовленные металлические тигли с огнеупорным покрытием. В днище тигля имелось сливное отверстие для выпуска жидкого цинка, куда вставлялась вставка с фильтрующим элементом. Масса загружаемого дросса 500 кг. Сверху загружали флюс с борсодержащими элементами.

Образующийся в процессе обработки дросса цинк сливается в металлоприемник через сливное устройство в дне тигля. Цикл выплавки и обработки одного 500 кг слитка дросса составил 4 ч с выдержкой расплава при температуре 560^oC.

Многократный анализ проб ванны цинкования показал, что чистота цинка в ванне составляет 99,4 - 99,7%, а по прототипу 98,7%, содержание алюминия 0,1 - 0,12%, железа 0,01 - 0,03%, свинца - 0,005 -0,1%. Высокое содержание цинка, получаемого по предлагаемому способу, удовлетворяет требованиям к его чистоте для агрегатов горячего цинкования, обеспечивающих высокое качество покрытия.

Присутствие в составе цинка алюминия и свинца способствует сокращению количества вводимых технологических добавок алюминия и свинца в ванну цинкования и снижению стоимости продукции.

Предлагаемый способ позволяет получать высокое содержание цинка, при этом процесс экологически чистый, простой и высокопроизводительный, не требующий специального оборудования.