СПОСОБ ВЕЛЬЦЕВАНИЯ ОКИСЛЕННЫХ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD OF WAELZ PROCESS OF OXIDISED ZINC-CONTAINING MATERIALS

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).
2
2
При добавке в дутье коксика в указанной зоне повышается температура за счет экзотермической реакции С+O=СО 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
2
При этом в газовой фазе печи появляется новый активный восстановитель водород (H), 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.
3
Расход паровоздушного дутья - 6600 м/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.
3
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 м/ч. Результаты опытов приведены в табл.1.
Таблица 1
Определение оптимальной температуры
Наименование способа
Температура материала, °С
Содержание в клинкере, %
Состояние материала в печи
цинк
свинец
ПРЕДЛАГАЕМЫЙ
1000
1,9
1,5
Холодный, сыпучий
1050
0,5
0,4
Сыпучий, вельцуется, горячий
1100
0,4
0,3
Сыпучий, вельцуется, горячий
1150
0,1
0,2
Сыпучий, вельцуется, горячий
1200
0,1
0,2
Сыпучий, вельцуется, перегретый
ИЗВЕСТНЫЙ
1000
2,1
2,6
Расплав, «ванна»
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
Таблица 2
Определение содержания пара по предлагаемому способу
Наименование способа
Содержание пара в паровоздушной смеси, %
Содержание в клинкере, %
Состояние материала в печи
цинк
свинец
ПРЕДЛАГАЕМЫЙ
13
1,3
1,4
Сыпучий, холодный
14
0,5
0,4
Сыпучий, горячий, вельцуется
19
0,4
0,3
Сыпучий, горячий, вельцуется
25
0,2
0,1
Сыпучий, горячий, вельцуется
26
1,2
0,9
Сыпучий, холодный
ИЗВЕСТНЫЙ
0
2,4
2,8
Расплав, «ванна»
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.