Металлургия цинка

1. Полиметаллические руды и концентраты, основные минералы цинка, химические составы цинковых концентратов.

Сейчас по масштабам производст¬ва цинк занимает среди цветных металлов третье место после алюминия и меди. Цинковые концентраты – это довольно богатое сырье (до 60 % Zn, до 33 % S и не более 15 % пустой породы) и дальние перевозки сырья экономически оправданы в цинковом производстве.

Тпл=419 С, Ткип=905 С

Главным источником получения цинка является рудное сырье (вторичное сырье). В природе цинк встречается главным образом в виде сульфидов в меньшей степе¬ни - в виде кислородных соединений. Наибольшее промышленное значение имеют свинцово-цинковые сульфидные полиметаллические руды, содержа¬щие, кроме цинка и свинца, также медь, кадмий, благородные и редкие металлы. Сейчас промышленную переработку включают цинковую руду с содержанием 1,5 % Zn, полиметаллическую свинцово-цинковую руду с содержанием 1 % Zn и 0,4 % РЬ. Основным способом первичной пе-реработки сульфидных свинцово-цинковых руд является селективное флотационное обогащенное получением цинкового, свинцового, а иногда медного и ипритного кон-центратов.

Обычно залежи сплошных сульфид¬ных руд перемежаются более или менее значительными зонами вкрапленников, а в верхней части переходят в зону окисленных минералов. Сульфидные руды содержат цинк главным образом в форме сфалерита (низкотемпературная модификация ZnS), а иногда в форме вюрцита (высокотемпературная модификация ZnS). Желе¬зистые разновидности ZnS называют марматитом. Содержание железа в марматите существенно влияет на извлечение цинка из сырья при гидрометаллургическом про¬изводстве цинкаДВ окисленных цинковых рудах цинк представлен|главным образом в форме карбонатов (смитсонит ZnCO3 и гидроцинкит ZnCO3•3Zn(OH)2 с изо¬морфными примесями железа и меди) и силикатов (виллемит Zn2SiO4 и каламин Zn4(OH)2*[Si2O7]*H2O). Извлечение цинка в цинковый концентрат обычно составляет 70-85 % от содер¬жания в сульфидных свинцово-цинковых рудах. Состав концентратов %: Zn 40-60; РЬ 0,2-3,5; Си 0,15-2,3; Fe 2,5-13: S 30-35; Cd 0,1-0 5-As 0,03-0,3; Sb.0,01-0,07;. Co 0,001 -0,013; In 0,001-0,07. Плотность (3,4-4,3 г/см3 в зависимости от минералогического состава), насыпная масса (1;9— 2,9 г/см3 в зависимости от дисперсного состава), влажность (10-16 % или после подсушки 6-8 %). В рудах содержиться Аu: 10-30 г/т, Ag: 100-200 г/т, редкие Ме.

2. Принципиальная технологическая схема получения цинка пирометаллургическим способом.

В зависимости от способа восстановления окисленного цинка различают пирометаллургическое и гидрометаллургическое получение цинка. При пирометаллугическом способе в конечном счете получают огарок в виде пористых кусков, т.е агломерат. Для спекания материала необходимо, чтобы в слое развивалась температура 1300-1400⁰С. Пористость и кусковатось агломерата обеспечивают ему необходимую газопроницаемость для последующего углетермического восстановления цинка. Восстановителем служит газифицированный углерод (СО). Процесс ведут с отгонкой образующегося парообразного металлического цинка(дистиляция). При этом расходуется значительное количество высококачественного топлива.

Технологическая схема: 1) Обжиг с получением агломерата Т=1300-1400⁰С газы идут на производство газы идут на производство Н₂SO₄.

2) Восстановление и дистиляция цинка в горизонтальных ретортах,вертикальных ретортах,электрических и шахтных печах

3) Конденсация возгонов с получением металлического цинка

Если сопоставить пирометаллургическое и гидрометаллургическое получение цинка,то можно сделать следующее заключение. Главное и немаловажное преимущество пирометаллургии состоит в компактности основной аппаратуры благодаря высокой удельной производительности аппартов. Недостатками метода являются высокие расходы на топливо,ремонт оборудования,подготовку материалов к основным операциям,обезвреживание технологическиз газов.

3. Основные стадии пирометаллургической схемы переработки сульфидных цинковых концентратов на чушковой металл.

В зависимости от способа восстановления окисленного цинка различают пирометаллургическое и гидрометаллургическое получение цинка. При пирометаллугическом способе в конечном счете получают огарок в виде пористых кусков, т.е агломерат. Для спекания материала необходимо, чтобы в слое развивалась температура 1300-14000С. Пористость и кусковатось агломерата обеспечивают ему необходимую газопроницаемость для последующего углетермического восстановления цинка. Восстановителем служит газифицированный углерод (СО). Процесс ведут с отгонкой образующегося парообразного металлического цинка(дистиляция). При этом расходуется значительное количество высококачественного топлива.

Технологическая схема: 1) Обжиг с получением агломерата Т=1300-14000С газы идут на производство газы идут на производство Н2SO4.

2) Восстановление и дистиляция цинка в горизонтальных ретортах,вертикальных ретортах,электрических и шахтных печах

3) Конденсация возгонов с получением металлического цинка

Если сопоставить пирометаллургическое и гидрометаллургическое получение цинка,то можно сделать следующее заключение. Главное и немаловажное преимущество пирометаллургии состоит в компактности основной аппаратуры благодаря высокой удельной производительности аппартов. Недостатками метода являются высокие расходы на топливо,ремонт оборудования,подготовку материалов к основным операциям,обезвреживание технологическиз газов.

4. Обжиг цинковых концентратов перед пирометаллургической переработкой.

Обжиг цинковых концентратов перед пиромет. переработкой. Цели обжига: удаление серы (до < 900— 1000°С окисление ZnS идет по реакции: ZnS+1,5O2 = ZnO+SO2 +Q (или ZnSO4) Однако при больших температурах обнаруживается возгонка материала при обжиге ZnS: ZnSTB+О2 =Zn(nap) +S02. Далее пары цинка окисляются. Изоморфное железо при окислении (Zn, Fe)S сразу образует ZnFe2O4. (железо полностью связывается с цинком в феррит). 2FeS2 + 5.5O2 = Fe2O3 + 4SO2 + Q Fe2O3 + ZnO = ZnO*Fe2O3 ZnO + S03 = ZnSO4, ZnFe2O4 + SO3 = ZnS04 + Fe2O3 Вторая стадия- агломерация. На агломерацию после КС поступает горячий огарок. Агломашины бывают с прососом и с продувом. Огарок слегка увлажняют для уменьшения пылевыноса. Необходим огарок-агломерат с низким содержанием сульфидной серы (она снижает извлечение цинка), свинца и кадмия (они загрязняют цинк), высокой пористость и достаточной прочностью (для эффективного взаимодействия с газообразным восстановителем). Материал, подвергаемый агломерирующему обжигу, должен обладать оптимальной теплотворной способностью. Ее избыток вызывает преждевре- менное оплавление материала, что препятствует достаточной десульфуризации агломерата. Недостаток теплотворности не обеспечивает достаточную прочность агломерата, так как из-за низкой температуры обжигаемого материала плохо формируется силикатная связка. Поэтому цинковый концентрат нельзя непосредственно подвергать агломерационному обжигу, а надо сначала обжечь для десульфуризации, а затем обжечь для агломерации, обжиг в две стадии. Потому что первая стадия (обжиг) имеет высокую производительность, позволяет утилизировать серу и исключает загрязнение окружающей среды сернистым газом. Назначение первой стадии обжига в КС состоит не только в удалении и утилизации серы (обжиг в КС обеспечивает получение достаточно кон- центрированных по S02 газов, пригодны для получения H2SO4 контактным способом), но и отгонколетучих примесей (свинец, кадмий), загрязняющих цинк при дистилляции. Поскольку рафинирование дистилляционного цинка существенно усложняет и удорожает его производство, то сокращение загрязнения - важный для технологии вопрос. Крупность и прочность агломерата, предназначенного для дистилляционного извлечения цинка, должны быть различными в зависимости от способа дистилляции. Рациональный состав цинкового агломерата, %: ZnO -56, ZnFe2O4 - 24, ZnS – 2, Fe2O3 – 6, ост. –оксиды Pb, Si, Mg, Ca, (Cd и S).