Металлургия цветных металлов

ную форму брикетов. Для загрузки шихты и отвода паров цинка над ретортой делают камеру из огнеупорного кир­ пича. Нижняя часть реторты заканчивается железным ко­ робом с водяным затвором.

Рис. 69. Вертикальная реторта для непрерывной дистилляции цинка:

/ — карборундовая реторта; 2 — камера сгорания газа; 3 — за­ грузочное устройство; 4 — водяной затвор для выгрузки раймозки; 5 — конденсатор; 6 — стены из огнеупорного кирпича

Шихту готовят из обожженного цинкового концентра­ та, антрацита, коксующегося угля и связующего вещест­ ва, например каменноугольной смолы. После тщательного перемешивания шихту пропускают через брикетный пресс. Далее брикеты нагревают до 750—900° С; камен­ ный уголь и смола при этом коксуются, упрочняя брикеты и придавая им необходимую пористость.

Д и с т и л л я ц и я в э л е к т р о п е ч а х . Один из не­ достатков вертикальных реторт заключается в необходи­ мости передачи тепла через стенки, которые поэтому име­ ют более высокую температуру, чем шихта, и быстро из-

оС в

нашиваются. В связи с этим возникла идея нагревания шихты электрическим током, пропускаемым через нее, что привело к развитию электротермии цинка.

Электротермическим способом цинк получают в высо­ ких шахтных печах (12—14 ж), сложенных из высокос0рт-

ва; в него погружены сверху графитовые электроды (рис. 71).

При высокой температуре ванны еще до начала плав­ ления шихты из нее восстанавливаются не только окислы меди и цинка, но и железо. Железо, растворяя в себе уг­ лерод и медь, образует на подине слой медистого чугуна. Общее извлечение цинка в газы достигает 95%, но только 4/б его удается получить в виде металла, остальной пере­ ходит в пыль и окислы.

Расход энергии здесь выше, чем при дистилляции из твердой шихты, он достигает 3300 кет • ч на тонну цинка вместо 2550—2900 кет • ч по первому способу. Преимуще­ ства дистилляции с расплавлением шихты — в меньших требованиях к качеству сырья и большей комплексности его использования.

Надо заметить, что медистый чугун находит потреби­ теля, но извлечь из него благородные металлы трудно.

В связи с развитием электротермии цинка были разра­ ботаны конструкции конденсаторов, позволяющих полу­ чить основную массу цинка в виде металла даже из до­ вольно бедных газов. Для этого газы просасываются через ванну расплавленного цинка или в конденсаторе вращающимися мешалками разбрызгивается жидкий цинк.

Большая поверхность жидкого металла способствует конденсации паров, даже значительно разбавленных га­ зами.

Д и с т и л л я ц и я ц и н к а в ш а х т н ы х пе ч а х . При обычной свинцовой восстановительной плавке до 4/5 цинка остается в шлаке и штейне, остальной теряется с газами. В нижней части шахтной печи, где температура выше 1000° С, цинк интенсивно восстанавливается по ре­ акциям:

ZnO + С ^ Zn + СО,

ZnO + C O ^Zn 4“ СО2.

Пары металла, поднимаясь с газами по шахте, вновь окисляются до окиси, оседающей на кусках шихты: с по­ нижением температуры вторая из приведенных выше ре­ акций быстро протекает в обратном направлении справа налево.

В Англии на заводе Эвонмаут были найдены условия плавки, позволяющие получить цинк в виде металла. Шихту и кокс перед загрузкой в печь подогревают до 800° С, а воздушное дутье до 600° С. Плавку ведут с повы­ шенным расходом кокса. В результате этого в газы пере­ ходит до 90% цинка и он не окисляется: температура ко-

Рис. 72. Схема установки для дистилляции цинка в шахтной печи:

ник для жидкого цинка; 10 — летка для выпуска цинка; // — воздухонагрева­

тели

лошниковых газов поддерживается на уровне 1000° С также и в результате сжигания части оборотного конден­ саторного газа. Горячие газы, содержащие 8—10% С02 и 5—6% паров цинка, поступают в большие конденсато­ ры, где резко охлаждаются. Чтобы предупредить конден­ сацию цинка в виде пыли, в конденсаторах интенсивно разбрызгивают жидкий свинец установленными для этого вращающимися мешалками. Конденсируясь на мелких каплях свинца, цинк образует с ним сплав (2,26% Zn), который непрерывно перекачивают насосами в раздели­

тельную ванну. Охлаждаясь здесь, сплав разделяется на

в конденсаторы, а верхний на рафинирование.

Для получения 1 т цинка требуется разбрызгивание в конденсаторах около 400 тсвинца. При нормальном ре­ жиме работы до 9/ю цинка получают из газов в виде жид­ кого металла и только Vio — в порошке и окислах; По­ следние возвращают в шихту. В шлаках шахтной плавки содержится 0,5% РЬ и до 5% Zn. Схема установки пока­ зана на рис. 72.

Дистилляция цинка в шахтных печах — новый про­ грессивный передел; в ближайшие годы он может занять весьма важное место в практике переработки свинцово­ цинковых концентратов и шлаков.

На наших заводах цинк пока получают только дистил­ ляцией в горизонтальных ретортах и в электропечах с расплавлением шихты.

Рафинирование чернового цинка

В цинке, получаемом дистилляцией, обычно содер­ жатся примеси в следующих пределах: 1—3% РЬ; 0,03—0,5% Cd; 0,05—0,3% Fe; 0,05—0,1% Си; 0,0003— 0,05% As.

Наиболее простое и дешевое рафинирование цинка ликвацией основано на снижении растворимости приме­ сей при охлаждении металла до 430—450° С. После от­ стаивания в течение 24—36 ч, жидкий черновой цинк раз­ деляется на три слоя: нижний содержит до 96% РЬ, сред­ ний, состоящий из твердых кристаллов FeZn7, включает основное количество примеси железа, а верхний по соста­ ву пригоден для многих потребителей — в нем остается до 1% РЬ и 0,03—0,04%) Fe, что соответствует маркам Ц2 и ЦЗ ГОСТ 3640—65.

Ликвацию проводят в отражательных печах емкостью до 150 т. На поверхности ванны от окисления цинка печ­ ными газами образуются порошкообразные съемы, воз­ вращаемые на дистилляцию. Черновой цинк периодически загружают в ванну и сливают из нее верхний отстой. От­ ходы, накапливающиеся в нижних слоях ванны, удаляют периодически. Свинцовый сплав пригоден для рафини­ рования свинца от благородных металлов, а железистый

продукт возвращают на дистилляцию. Кадмий этим спо­ собом не удаляется, а остается в цинке и теряется.

Другой способ рафинирования — ректификация — позволяет получить цинк чистотой 99,996% и извлечь из него кадмий. Ректификация —дорогой передел, а спрос на такой весьма чистый цинк ограничен, поэтому на опи­ сании этого способа мы не останавливаемся.

Гидрометаллургия цинка

Параллельно развитию техники дистилляции цинка с 1915 г. начали внедрять в производство гидрометаллур­ гический способ. Тогда он был привлекателен возмож­ ностью получения весьма чистого цинка.

Для гидрометаллургической переработки цинковые концентраты тоже обжигают, а затем выщелачивают раз­ бавленной серной кислотой. Цинк переходит в раствор по реакции

ZnO -}- H2SO4—>- Z11SO4 “f" Н2О.

Кремнезем и основная масса окислов железа остаются в нерастворимом остатке.

Полученный раствор сернокислого цинка очищают от примесей и подвергают электролизу. При этом на като­ дах осаждается чистый цинк, на анодах выделяется кис­ лород, а в растворе накапливается серная кислота, снова пригодная для выщелачивания обожженного концен­ трата.

Количество серной кислоты, выделяющееся при элек­ тролизе, должно соответствовать расходу ее на выщела­ чивание огарка. Этот баланс регулируют условиями об­ жига, оставляя часть серы в виде Z11SO4 в огарке, не тре­ бующего затрат кислоты при выщелачивании и во время электролиза, образующего ее.

Реакции электролиза можно показать следующей

На рис. 73 приведена схема гидрометаллургического способа получения цинка, которым получают цинк ма­ рок ЦВ, ЦО, Ц1 (ГОСТ 3640—65), содержащий соответ­ ственно Zn, %; 99,99; 99,975 и 99,95.

электролит

Переплавки

Цинк

Рис. 73. Краткая схема гидрометаллургнческого производства цинка

§ 38. Обжиг цинковых концентратов

Основная реакция обжига сульфида цинка 2ZnS + 302-^ 2ZnO + 2S02.

Попутно при каталитическом действии окислов ме­ таллов сернистый газ частично окисляется до S03:

2S02 + 0 2 — 2SO?,

Серный ангидрид связывает окись цинка в сульфат: ZnO + SO o^ZnS04.