способ переработки цинксодержащих материалов

Формула изобретения

Способ переработки цинксодержащих материалов, включающий предварительный нагрев исходного материала в смеси с флюсующими добавками с последующей обработкой нагретой шихты в электрообогреваемой печи, отличающийся тем, что обработку шихты осуществляют плазменно-дуговым нагревом в печи постоянного тока при температуре не менее 1530°С с подачей углеродсодержащего восстановителя в количестве 0,18-0,2 от веса цинка в исходном материале.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цветной металлурги и может быть использовано при переработке цинксодержащих материалов.

Известен способ переработки цинксодержащих концентратов, в котором переработку полиметаллических коллективных цинксодержащих концентратов осуществляют плавкой с переводом цинка в шлак. Затем проводят обеднительную обработку шлака с отгонкой паров цинка и циркуляцией шлака между обеднительной и плавильной зонами. При этом массовое отношение оборотного шлака к образующемуся в процессе плавки поддерживают менее 3,0 (патент РФ №2148096, МПК С 22 В 19/00, опубл. 27.04.2000).

Недостатком известного способа является его низкая производительность, обусловленная низкой скоростью отгонки цинка, низкой степенью извлечения цинка, не превышающей 85%, вследствие высоких потерь цинка с отвальным шлаком, а также высокий расход восстановителя, что в целом отрицательно сказывается на экономичности процесса.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ переработки цинксодержащих материалов, включающий предварительный нагрев исходного материала в смеси с флюсующими добавками с последующей обработкой нагретой шихты в электрообогреваемой печи («Исследование и внедрение электротермического способа получения цинка», Москва, ЦНИИЦВЕТМЕТ, 1983, с.28-35).

Согласно известному способу шихту, состоящую из агломерата, содержащего цинк, кокса и известняка, в течение трех часов прокаливали в многоподовой печи при температуре 800-850°С, после чего она поступала в электропечь, где из агломерата восстанавливался цинк, а цинковые пары по наклонному газоходу поступали в поверхностный конденсатор, где конденсировались в жидкий металл. В качестве восстановителя использовали коксик в количестве 27% от веса цинка в исходном материале.

Существенным недостатком известного способа является низкое извлечение цинка, не превышающее 93-95%, а также, как уже отмечалось ранее, неоправданно высокий расход восстановителя. Отмеченные выше недостатки в целом делают процесс малоэффективным.

Заявляемое изобретение направлено на разработку экономичного способа переработки цинксодержащих материалов, позволяющего достигнуть высоких показателей извлечения ценных компонентов с получением товарного металлического цинка.

Указанный технический результат достигается способом переработки цинксодержащих материалов, включающим предварительный нагрев исходного материала в смеси с флюсующими добавками с последующей обработкой нагретой шихты в электрообогреваемой печи, в котором согласно заявляемому изобретению обработку шихты осуществляют плазменно-дуговым нагревом в печи постоянного тока при температуре не менее 1530°С с подачей углеродсодержащего восстановителя в количестве 0,18-0,2 от веса цинка в исходном материале.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем.

В результате проведенных исследований было установлено, что проведение плазменно-дугового нагрева обрабатываемой шихты в печи постоянного тока позволяет достигнуть высоких показателей процесса.

Подача восстановителя в «пятно» низкотемпературной плазмы сокращает время восстановления цинка, при этом существенно снижается расход восстановителя и электроэнергии.

Эксперименты показали, что проведение процесса в электропечи постоянного тока позволяет организовать в ванне расплава движение цинка, свинца и других легколетучих компонентов в направлении катода, что обеспечивает снижение содержания цинка в отвальных шлаках до 0,2-0,3%.

Было установлено, что для организации оптимального процесса существенно важными являются температурный режим и количество твердого углеродистого или углеводородного восстановителя, подаваемого в плазменное «пятно» под дугой.

Эксперименты подтвердили, что наилучшие показатели достигаются при значениях отношения расхода восстановителя к весу цинка в исходном материале, равных 0,18-0,20. При снижении этой величины <0,18 наблюдается повышение содержания цинка в отвальных шлаках. Превышение верхнего предела заявляемого диапазона >2,0 приводит к повышению расхода восстановителя, при этом содержание цинка в шлаке остается на прежнем уровне.

Аналогично, если температура процесса поддерживается ниже экспериментально установленного значения 1530°С, наблюдается повышение содержания цинка в отвальном шлаке.

Ниже приведен пример, подтверждающий возможность осуществления заявляемого изобретения с получением указанного выше технического результата.

Пример

Исследования проводили на укрупненно-лабораторной установке плазменно-дуговой печи постоянного тока с двумя полыми электродами диаметром 80 мм и садкой 40 кг.

Переработке подвергали цинксодержащие шламы Балаковского завода химического волокна, содержащие 16,5-17% Zn.

Шихта состава, %: Zn - 17; SiO₂ - 58; CaO - 25 подвергалась предварительному нагреву в трубчатой печи при температуре 900°С, после чего нагретую шихту подавали в плазменно-дуговую электропечь постоянного тока. Плавки велись в периодическом режиме при температуре 1530°С с подачей углеродсодержащего восстановителя в количестве 1,3 кг, что составляет 0,2 от веса цинка в шихте, равного 6,8 кг. Пары восстановленного цинка поступали в конденсатор. Жидкие продукты плавки выпускались через летку электропечи.

Химический состав товарного металлического цинка, %: Zn - 99,67; Pb - 0,02; Fe - 0,30.

Содержание цинка в отвальном шлаке составило 1,2%.

Степень извлечения цинка из перерабатываемого шлама составила 95%.

Результаты проведенных экспериментальных исследований приведены в Таблице.

В указанной Таблице сравниваются показатели заявляемого способа (опыты №№3, 4, 6, 7) и опытов, условия проведения которых выходят за пределы, регламентированные формулой изобретения (опыты №№1, 2, 5, 8, 9).

Таким образом, заявляемое изобретение успешно решает задачу создания высокоэкономичного способа переработки цинксодержащих материалов, позволяющего обеспечить оптимальные показатели процесса.

Таблица
№ опыта	Температура процесса	Отношение расхода восстановителя к весу цинка в исходном материале	Тип электропечи	Степень извлечения цинка, %	Содержание Zn в отвальном шлаке	Примечание
1	1500	0,2	Печь постоянного тока	92,0	1.6
2	1520	-«-	-«-	93,0	1.4
3	1530	-«-	-«-	95,0	1.2	Оптимальные результаты
4	1540	-«-	-«-	95,0	1.2	Рост энергозатрат
5	1530	0,15	-«-	93,0	1,4
6	-«-	0,18	-«-	95,0	1,2	Оптимальные результаты
7	-«-	0,20	-«-	95,0	1,2	Оптимальные результаты
8	-«-	0,25	-«-	95,0	1,2	Рост расхода восстановителя
9	-«-	0,2	Печь переменного тока	92,0	4,5