способ пирометаллургической переработки цинковых кеков

Формула изобретения

1. Способ пирометаллургической переработки цинковых кеков, включающий стадии их обезвоживания на пресс-фильтрах и вельцевания с дозировкой коксовой мелочи, флюсов, оборотных пылей, отличающийся тем, что дозировку к цинковым кекам компонентов шихты выполняют в смесителе в турбулентном режиме движения с соударениями частиц при скорости вращения лопастей перемешивающего устройства от 6 до 10 об./с.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к цинковым кекам дополнительно добавляют пылевидные цинксодержащие материалы, по химическому составу рекомендованные для переработки вельцеванием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и может быть использовано для переработки цинксодержащих материалов, например промпродуктов цинкового электролитного производства - цинксодержащих кеков вельцеванием.

Известен способ переработки цинковых кеков вельцеванием, включающий фильтрацию пульпы цинкового кека на дисковых вакуумных фильтрах, с последующей подсушкой и грануляцией в сушильных барабанах, отапливаемых мазутом или газом (А.П.Снурников. Гидрометаллургия цинка. - М.: Металлургия. - 1981. - с.326-327.). Недостатками способа является высокая конечная влажность отфильтрованного кека, что требует применения тепловой сушки материала для его грануляции с существенным расходом топлива, неизбежным пылеобразованием и выносом части пыли с отходящими газами в атмосферу.

Также известен способ пирометаллургической переработки цинковых кеков, включающий смешение, скатывание и сушку цинковых кеков с твердым углеродистым восстановителем и вельцевание скатанного материала (а.с. СССР №876761 по кл. С 22 В 19/38, опубл. В Б.И, пр. от 12.02.1980 г.).

Недостатком этого способа является необходимость энергоемкой тепловой сушки материалов в процессе смешения и грануляции шихты. В результате вакуумной фильтрации пульпы получается цинковый кек влажностью 28-35%, получение гранул которого без сушки, только путем смешения с другими компонентами шихты вельцевания, при этом выдерживая их необходимые соотношения, не представляется возможным (материал остается в виде вязкой массы).

Наиболее близкий по технической сути и достигаемому результату является способ переработки цинковых кеков вельцеванием, включающий фильтрацию кека на пресс-фильтре (влажность полученного продукта - не выше 23%) и загрузку кеков на вельцевание без стадии сушки в сушильных барабанах, при одновременной подаче в печь коксовой мелочи, флюсов и оборотных пылей (см. В.В.Гейхман, Л.А.Казанбаев, П.А.Козлов и др. Исследования фильтрации цинкового кека под давлением. - Цв. металлы, 2000, №5. - с.30-32).

Недостатком указанного способа является отсутствие подготовки отфильтрованных цинковых кеков к переработке вельцеванием: смешения отфильтрованных цинковых кеков с другими компонентами шихты, формирования достаточно прочных гранул. Цинковый кек, отфильтрованный под давлением, несмотря на остаточную влажность 19-23%, механически непрочный и легко рассыпается при транспортировке. Подача такого материала в вельц-печь сопровождается интенсивным пылеобразованием в зоне подсушки и выносом тонких фракций шихты в пылевые камеры и далее - в вельц-окись.

Техническим результатом данного изобретения является сокращение пылевыноса в процессе загрузки шихты и ее досушивания в вельц-печи, попадания невозгоняемых компонентов шихты (железо, медь, кобальт, никель, кремнезем и другие) в товарный продукт - вельц-окись (например, содержание железа в окиси снижается с 3-4 до 0,5-1% по сравнению со способом по прототипу), сокращение настылеобразования.

Указанный результат достигается тем, что в способе пирометаллургической переработки цинковых кеков, включающем обезвоживание кека на пресс-фильтрах и вельцевания с дозировкой коксовой мелочи, флюсов, оборотных пылей, дозировку к цинковым кекам компонентов шихты выполняют в смесителе в турбулентном режиме движения с соударением частиц при скорости вращения лопастей перемешивающего устройства от 6 до 10 об/с. Другим отличием является то, что к цинковым кекам дополнительно добавляют пылевидные цинксодержащие материалы, по химическому составу рекомендованные для переработки вельцеванием.

В отличие от известных технологий смешения и грануляции предлагаемый способ позволяет вести процесс без тепловой сушки, что позволяет сократить около 40-50 нм³ природного газа и предотвратить выброс в атмосферу до 0,5 кг пыли на 1 т шихты.

Способ осуществляется следующим образом.

Цинковый кек, находящийся после гидрометаллургической обработки (растворение цинка в серной кислоте, предварительная отмывка от сульфатов) в виде густой пульпы, подвергается фильтрации под давлением в условиях пресс-фильтра (например, на горизонтальном пресс-фильтре финской фирмы "Larox"), где реализована непосредственно фильтрация, механическое (диафрагменное) обезвоживание при повышенном давлении (до 16 бар), подсушка путем пропускания сжатого воздуха через слой кека. Получается отфильтрованный кек влажностью 19-23% в виде плоских пластин, достаточно легко разрушающихся при падении и другом механическом воздействии.

Цинковый кек после фильтрации, коксовая мелочь (размеры кусков менее 10 мм), флюсующие добавки (в основном известняк с размерами кусков менее 10 мм), оборотные пыли, а при их недостаточном количестве - другие пылевидные (размер частиц в 80% материала не должен превышать 1 мм) цинксодержащие материалы, пригодные для переработки вельцеванием по химическому составу, с помощью дозаторов загружаются в перемешивающее устройство. Соотношение перечисленных компонентов шихты вельцевания устанавливается по их химическому составу с тем, чтобы обеспечить эффективное извлечение цинка и свинца при высокой производительности вельц-печи. Расход коксовой мелочи устанавливается, исходя из требования эффективности процесса и минимизации потерь с клинкером (в виде углеродсодержащей части).

Смешение и грануляция компонентов шихты осуществляется в смесителе, обеспечивающем турбулентный режим движения с соударениями частиц, например, в роторном либо турболопастном. Необходимый эффект пластификации влажного цинкового кека с тщательным перемешиванием его с другими компонентами шихты и формирование гранул устойчиво достигается при скорости вращения лопастей в пределах от 6 до 10 об/с.

В оптимальных режимах работы смесителя по скорости вращения лопастей и по производительности получается гранулированная шихта вельцевания с преобладанием (выше 80-85%) гранул размером от 3 до 10 мм. Влажность конечного продукта составляет от 12-13 до 17-18%.

Приготовленная по предлагаемому способу шихта загружается в вельц-печь на пирометаллургическую переработку (отгонку цинка, свинца, кадмия, индия и других ценных компонентов с переводом их в обогащенный продукт - вельц-окись).

Предложенный способ испытан в промышленных условиях.

Испытания показали, что кек, полученный при фильтрации пульпы в условиях пресс-фильтра (типа "Larox"), имеет влажность 21-22%. Он при загрузке в турболопастной смеситель хорошо пластифицируется и смешивается с коксовой мелочью, флюсами, оборотными пылями, пылевидными цинксодержащими материалами. При этом получаются гранулы преимущественным размером от 3 до 10 мм и влажностью 16-17%. Часть гранул представляет собой крупные частицы кокса, "обмазанные" кеком с включенными в него пылевыми частицами, остальные - однородную смесь пылевых частиц и кека.

В процессе испытаний оптимизированы режимы смешения: показано, что эффективно и с образованием гранул процесс идет при скорости перемешивающего устройства (лопастей) в пределах 6-10 об/с.

При меньших скоростях перемешивания сил соударения частиц недостаточно для эффективного разрушения и пластификации - смесь остается сыпучей, коксовая мелочь (особенно крупные частички размером более 5 мм) не "обмазывается" кеком, и при вельцевании эффективность использования кокса снижается, что проявляется повышением содержания углерода в клинкере. При скоростях вращения более 10 об/с пластификация кека происходит очень быстро, образующаяся вязкая масса не гранулируется и, не успевая выгружаться, "заматывает" рабочие органы смесителя.

Загрузка гранулированной шихты в вельц-печь в течение 14 суток показала положительные результаты применения предложенного способа - выход оборотного материала в печи снизился с 6-7 до 2-3% - получаемого оборота не хватало для необходимого снижения влажности шихты при смешении, поэтому дополнительно добавляли пылевидные цинксодержащие материалы, по химическому составу рекомендованные для переработки вельцеванием.

Содержание железа в вельц-окиси с наблюдаемой печи (основной показатель, по которому оценивается механический пылевынос) с началом загрузки гранулированной шихты снизилось с 3-4 до величины менее 1% (до испытаний в печь раздельно грузили кек после пресс-фильтра и коксовую мелочь, смешанную с флюсом и пылевидными материалами путем грейферной шихтовки, оборотную пыль грузили отдельно). Замеры температуры кожуха печи за период испытаний не показали роста настыли.

За счет близкого контакта частиц кокса и цинксодержащего материала в гранулах эффективность действия углеродистого восстановителя увеличилась. Загружая шихту, приготовленную по предлагаемому способу, удалось устойчиво вести процесс вельцевания при расходе коксовой мелочи 350-400 кг на 1 т цинксодержащего материала (до этого обычная норма расхода была 430-450 кг/т).

Проверку способа осуществляли следующим образом.

В трубчатую вращающуюся печь размером 41×2,5 м загружалась шихта, состоящая из цинкового кека, коксовой мелочи, оборотных материалов, известняка, пылевидных цинксодержащих материалов через течку, установленную на верхней головке печи. Шихта за счет вращения и наклона печи продвигалась по длине печи, проходя последовательно зоны сушки, восстановления металлов и формирования клинкера. В противоток движению шихты проходил пылегазовый поток. Пыль улавливалась рукавными фильтрами, а очищенный газ выбрасывался через трубу в атмосферу. С разгрузочного конца печи, где происходила выгрузка клинкера, дополнительно подавался в печь воздух для обеспечения необходимого количества в реакционном пространстве печи кислорода для горения твердого углеродистого восстановителя (коксика) и окисления паров металлов и сернисто-органических соединений.

Шихта в печь поступала разными способами: путем грейферной шихтовки коксика, флюсов и пылевидных материалов с подачей смеси через отдельный бункер, цинкового кека, отфильтрованного на пресс-фильтре LAROX - через другой бункер, оборотного материала - через отдельную течку с элеватора. По предложенному способу шихта была тщательно перемешана и гранулирована в турболопастном смесителе. Соотношение компонентов шихты в испытаниях выдерживалось следующим: на 1 т цинкового кека приходилось 400 кг коксовой мелочи, 50 кг известняка, 70 кг - оборотной пыли или оборотной пыли вместе с пылевидными материалами.

Ниже в таблице приведены сравнительные данные по вельцеванию шихты, приготовленной разными способами.

Таблица
Испытуемый способ	Влажность кека/шихты, %	Влажность коксика, %	Производительность печи (по шихте), т/час	Выход оборотного материала, % к весу шихты	Выход вельц-окиси от кека, %	Железо в вельц-окиси, %
Предлагаемый	17	-	6,86	2-3	29-31	0,5-1,0
Без смешения и грануляции (кек после пресс-фильтра, остальные компоненты перемешаны грейфером)	22	12	6,6	6-7	33-35	3-4

Из приведенных выше данных следует, что при смешении и грануляции кека действительно увеличивается производительность вельц-печи, снижается выход оборотного материала, улучшается качество вельц-окиси (на примере снижения содержания невозгоняемого компонента - железа).