МУФЕЛЬНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СУХИХ ЦИНКОВЫХ БЕЛИЛ
MUFFLE METHOD OF PRODUCING DRY ZINC OXIDE

Изобретение относится к области производства оксидов металлов из металлосодержащего сырья и может быть использовано в производстве из цинкосодержащего сырья сухих цинковых белил (оксида цинка), потребляемых для резинотехнических изделий и шин, лакокрасочных материалов, искусственной кожи и подошвенных резин, электрокабеля, стоматологических цементов, абразивных изделий для стоматологии, асбестотехнических изделий и других материалов.
Известен муфельный способ получения сухих цинковых белил, выбранный в качестве прототипа, включающий загрузку чушек металлического цинка в муфели, в которых цинк нагревают до температуры кипения и выше с целью получения парообразного цинка. Пары цинка из муфелей поступают в окислительную камеру благодаря создающему вытяжным вентилятором разрежения в системе окислительная камера - уравнительная камера - белилопровод - вытяжной вентилятор, равного 15-50 Па. Пары цинка, имеющие высокую температуру (1250-1450°С), вступают в реакцию с кислородом воздуха с образованием оксида цинка (ZnO), который, смешиваясь с воздухом, образует аэрозоль сухих цинковых белил, который транспортируется в уравнительную камеру и по белилопроводу в аспирационное отделение, где осуществляется разделение в рукавных фильтрах сухих цинковых белил и воздуха. Цинковые белила из рукавных фильтров выгружаются в бункеры, из которых их упаковывают в бумажные или полипропиленовые мешки. Через 15-20 суток работы муфели, имеющие трещины или значительные наросты настыля на внутренних поверхностях, заменяют на новые без остановки работы печи. Для этого новые муфели нагревают в отдельно построенной печи до 700°С. Старые муфели убирают из печи специальной механической установкой, этой же установкой вставляют в печь нагретые новые муфели. (Орлова О.В, Фомичева Т.Н, Окунчиков А.З., Курский Г.Р. Технология лаков и красок. Учебное пособие для техникумов.  М.: Химия, 1980 г., с.211-212, 371-372)
Известен способ производства сухих цинковых белил, в котором загрузку цинка в муфели осуществляют в виде расплава, получаемого в приставке к муфелям при температуре 500°С (авторское свидетельство SU 53566, кл. F27B 5/00, 1938 г.).
Общими недостатками известных способов получения сухих цинковых белил являются:
- трудоемкость и опасность производства сухих цинковых белил, связанная с заменой вышедших из строя муфелей, нагретых до температуры 1250-1450°С, на новые специальным приспособлением через окислительную камеру;
- нагрев новых муфелей, предназначенных для замены муфелей, вышедших из строя, в специальной печи до температуры 600-700°С;
- сложное аппаратурное оформление, связанное с применением специального приспособления для замены вышедших из строя муфелей на новые и с использованием дополнительной печи для нагрева новых муфелей перед заменой их на муфели, вышедшие из строя;
- значительные площади, занимаемые оборудованием;
- повышенный расход природного газа;
- значительные капитальные и эксплуатационные затраты, способствующие повышению себестоимости сухих цинковых белил.
Задачей предлагаемого способа получения сухих цинковых белил является устранение вышеперечисленных недостатков известных способов. Решение указанной задачи достигается тем, что для производства сухих цинковых белил используют печь, разделенную на две автономно работающие секции, муфели, имеющие насадки, устанавливают в печь с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры, загрузку цинка в муфели осуществляют в виде его расплава, получаемого в насадке к муфелям при температуре 500-550°С. Муфели нагревают до температуры 1250-1400°С.
Воздух для окисления паров цинка в оксид цинка подают в окислительную камеру нагретым до температуры 150-250°С. Замену вышедших из строя муфелей осуществляют при остановке работы секции и охлаждении муфелей до температуры 60°С.
Устройство муфеля с насадкой представлено на чертеже.
1 - муфель, 2 - насадка, 3 - клей огнеупорный, 4 - передняя вставная крышка, 5 - зазор для оттока паров цинка в окислительную камеру, 6 - расплав цинка, 7 - задняя вставная перегородка, 8 - зазор для протекания цинка из насадки в муфель, 9 - чушка цинка.
Температуру расплава цинка в насадке (поз.2) поддерживают на уровне 500-550°С. Между насадкой (поз.2) и муфелем (поз.1) имеется задняя вставная крышка (поз.7), которая не полностью перекрывает муфель и образует зазор (поз.8), необходимый для перетока расплава цинка из насадки (поз.2) в муфель (поз.1). Наибольшая высота сегмента, образованного зазором (поз.8), составляет 50-70 мм, наибольшая высота сегмента, образованного зазором (поз.8) между муфелем и передней вставной крышкой (поз.4), составляет 70 мм. Для испарения цинка в муфелях их нагревают пламенем газовых горелок до температуры 1250-1400°С. Для полного окисления паров цинка в окислительной камере в нее подают воздух, нагретый до температуры 150-250°С. Муфели, установленные в печь, при данных условиях производства сухих цинковых белил могут находиться в работе до их замены на новые в течение 15-25 суток, в зависимости от качества перерабатываемого цинка в сухие цинковые белила, замену вышедших из строя муфелей осуществляют при остановке работы секции печи и охлаждении муфелей до температуры 60°С.
Перед тем как выключить из работы секцию печи, производят полную выработку расплава цинка из муфелей данной секции. Для этого прекращают загрузку чушек цинка в насадки к муфелям, насадки закрывают крышкой для исключения испарения из них цинка. Газовые горелки не выключают до полной выработки расплава цинка в муфелях. Полная выработка расплава цинка в муфелях и насадках обеспечивается наклоном муфелей в 2-3° в сторону окислительной камеры.
Совокупность признаков заявляемого технического решения муфельного способа получения сухих цинковых белил имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому авторы считают, что способ является новым и имеет изобретательный уровень.
Муфельный способ получения сухих цинковых белил позволяет исключить трудоемкие и опасные операции замены отработанных, нагретых до 1250-1400°С муфелей на новые, предварительно нагретые до 600-700°С в отдельной печи, специальным приспособлением, исключить из обращения отдельную печь для нагрева новых муфелей, предназначенных для замены отработанных муфелей, а также специальное приспособление, тем самым сократить производственную площадь, уменьшить расход газа, капитальные и эксплуатационные затраты.
Муфельный способ получения сухих цинковых белил осуществляют следующим образом. В печь, разделенную на автономно работающие секции, устанавливают муфели с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры, к муфелям устанавливают насадки, включают обогрев насадок и муфелей газовыми горелками. В окислительные камеры подают нагретый воздух до температуры 150-250°С. В насадки загружают чушки цинка. Температуру расплава цинка в насадках поддерживают на уровне 500-550°С, а муфели разогревают до температуры 1250-1400°С. При загрузке в насадки цинка, содержащего 98% металлического цинка, срок работы муфелей составит 15-25 суток, а при загрузке в насадки цинка, содержащего 99,7-99,9% металлического цинка, срок работы муфелей до их замены на новые составит 25-40 суток. После выхода из строя 40% муфелей, установленных в секции, производят полную выработку расплава цинка в муфелях данной секции и производят остановку работы данной секции. Для этого прекращают загрузку цинка в насадки, насадки закрывают крышками и после полной выработки расплава цинка в муфелях отключают обогрев насадок и муфелей. После охлаждения муфелей до температуры 60°С осуществляют их замену на новые. После этого данную секцию включают в работу так, как это было описано выше.
Данные технологических параметров известного (Орлова О.В., Фомичева Т.И., Окунчиков А.З., Курский Г.Р. Технология лаков и красок. Учебное пособие для техникумов. М.: Химия, 1980 г., с.211-212, 371-372) и предлагаемого способов получения сухих цинковых белил представлены в таблице 1.
Пример.
Состав гартцинка, мас.%:
Массовая доля цинка - 99,5
Массовая доля примесей - 0,5.
Таблица 1
Расход энергоносителей на 1 т сухих цинковых белил, кВт.
Массовая доля цинка в пересчете на оксид цинка в сухих цинковых белилах, %
Срок службы муфелей до его замены на новый сутки
Производительность одного муфеля по испаряемому цинку, кг/ч
По известному способу
По предлагаемому способу
По известному способу
По предлага-емому способу
По известному способу
По предлагаемому способу
По известному способу
По предлагаемому способу
800
650
99,70
99,73
15
35
24,6
28,6
760
630
99,70
99,70
12
37
23,8
29,5
790
660
99,70
99,75
17
34
25,0
28,8
Результаты технологического процесса предлагаемого способа получения сухих цинковых белил при указанных в формуле изобретения параметрах и граничных параметрах представлены в таблице 2.
Таблица 2
№№ опытов
Наименование параметров процесса
Единицы измерения
Значения параметров
Результаты технологического процесса
1.
Температура расплава цинка в насадке
°С
450
Время плавления цинка в насадке - 35 минут.
Температура в печи
°С
1350
Не соответствует режиму работы муфеля.
2.
Температура расплава цинка в насадке
°С
500
Время плавления цинка в насадке - 14 минут.
Температура в печи
°С
1350
Нормальный режим заполнения расплавом цинка.
3.
Температура расплава цинка в насадке
°С
550
Время плавления цинка в насадке - 12 минут.
Температура в печи
°С
1350
Нормальный режим заполнения муфеля цинком.
4.
Температура расплава цинка в насадке
°С
600
Время плавления цинка в насадке - 10 минут.
Температура в печи
°С
1350
Повышена интенсивность испарения цинка из насадки
5.
Температура расплава цинка в насадке
°С
500
Время плавления цинка в насадке - 15 минут.
Температура в печи
°С
1200
Скорость испарения цинка из муфеля - 580 кг/сутки
6.
Температура расплава цинка в насадке
°С
500
Время плавления цинка в насадке -15 минут.
Температура в печи
°С
1250
Скорость испарения цинка из муфеля - 610 кг/сутки. Качество цинковых белил соответствует БЦОМ по ГОСТ 202-84
Продолжение таблицы
№№ опытов
Наименование параметров процесса
Единицы измерения
Значенияпараметров
Результаты технологического процесса
7.
Температура расплава цинка
Время плавления цинка в насадке - 14 минут.
в насадке
°С
500
Скорость испарения цинка из
Температура в печи
°С
1350
муфеля - 690 кг/сутки.
Качество цинковых белил соответствует БЦОМ по ГОСТ 202-84
8.
Температура расплава цинка в
Время плавления цинка в насадке - 14 минут.
насадке
°С
500
Скорость испарения цинка из
Температура в печи
°С
1400
муфеля - 703 кг/сутки.
Цинковые белила соответствуют марке БЦОМ по ГОСТ 202-84
9.
Температура расплава цинка в
Время плавления цинка в насадке - 14 минут.
насадке
°С
500
Скорость испарения цинка из муфеля - 703 кг/сутки.
Температура в °С печи
°С
1450
Цинковые белила соответствуют марке БЦОМ по ГОСТ 202-84
10.
Температура расплава цинка в
Время плавления цинка в насадке - 14 минут.
насадке
°С
500
Скорость испарения цинка из
Температура в печи
°С
1350
муфеля - 690 кг/сутки.
Температура воздуха, подаваемого в окислительную камеру
В цинковых белилах обнаруживаются следы металлического цинка.
°С
100
По ГОСТ 202-84 - отсутствие
11.
Температура расплава цинка в
Время плавления цинка в насадке - 14 минут.
насадке
°С
500
Скорость испарения цинка из
Температура в печи
°С
1350
муфеля - 690 кг/сутки.
Температура воздуха, подаваемого в окислительную камеру
Качество цинковых белил соответствует БЦОМ по ГОСТ 202-84
°С
150
12.
Температура расплава цинка в
Время плавления цинка в насадке - 14 минут.
насадке
°С
500
Скорость испарения цинка из
Температура в печи
°С
1350
муфеля - 690 кг/сутки.
Температура воздуха, подаваемого в окислительную камеру
Качество цинковых белил соответствует БЦОМ по ГОСТ 202-84
°С
250