Калциниране на цинкови концентрати
Министерство на образованието на Руската федерация
КРАСНОЯРСКА ДЪРЖАВНА АКАДЕМИЯ ЗА ЦВЕТНИ МЕТАЛИ И ЗЛАТО
Катедра:Металургия на тежките цветни метали
Тема:Металургия на оловото и цинка.
"Печене на цинкови концентрати".
Ръководител на проекта:Колмаков А.А.
Проектиран от студент:Путинцева М.Ю.
КРАСНОЯРСК 2004г
2. Технологична схема за получаване на цинк
2.1 Калциниране на цинкови концентрати в KS пещи
2.1.1 Влияние на условията на изпичане върху технологичните параметри на процеса
2.1.2 Фактори, влияещи върху качеството на цинковата сгурия
2.2 Оборудване за печене на Zn концентрати
3. Начини за подобряване на процеса на изпичане в КС
3.1 Стрелба с обогатен с кислород взрив.
3.2 Кислородно дифузно запалване
3.3 Системи за зареждане на заряда, прахоулавяне, газоочистване и отвеждане на топлина.
4. Теоретични основи на процеса на изпичане
4.1 Химия на процеса на печене на цинкови концентрати
4.2 Термодинамика на процесите
4.3 Кинетика на процесите на изпичане
5. Избор и обосновка на технология
6. Изчисляване на процеса на изпичане на цинков концентрат в пещ с кипящ слой.
7. Избор и изчисляване на количеството оборудване
8. Списък с литература.
Източникът на производство на цинк са рудните суровини, които обикновено са в сулфидно състояние, а цинкът е представен главно от сфалерит (ZnS). Рудите винаги са комплексни, съдържат освен цинк, олово, мед, желязо, сребро и др. Напоследък в страните с високо потребление се използват вторични суровини.
Приблизително 50% от световното производство на цинк се използва за покриване на продукти от желязо, за да ги предпази от ръжда.
Повече от 30% от цялото производство на цинк в света се използва за производството на сплави. Сплав от цинк с мед и калай се нарича бронз. Различни степени на бронз се използват широко в машиностроенето. Сплавите на цинк с мед и никел се наричат мелхиор и никел. Благодарение на способността да произвежда сплави със сребро и злато, цинкът се използва в металургията за извличане на благородни метали.[6, c.187]
Цинковият прах се използва за утаяване на злато и сребро от разтвори, когато са получени по хидрометалургичен път, за пречистване на разтвори от мед и кадмий преди електролиза на цинкови разтвори.
Цинковият оксид се използва широко в производството и обработката на каучук. Подобрява качеството на гумите и редица други каучукови изделия. Чистият цинков сулфат се използва широко в производството на гуми с кордова ос.
Съединенията на цинка, по-специално неговия антимонид, се използват като интерметални полупроводници в устройства за преобразуване на електрическа енергия в топлинна енергия. Цинковият антимонид се използва и за точково охлаждане на детекторни инструменти при изследване на космоса.
В промишлеността окисленият ZnS се обработва за получаване на ZnO чрез хидрометалургичен метод, който се състои в това, че воден разтвор на ZnSO4 * aq, получен чрез киселинно разтваряне на ZnO, се подлага на електролиза при температура на електролита не по-висока от 40 ° C. [1, c.128, 216]
При хидрометалургичния метод за получаване на цинк се извършва изпичане за получаване на прах от сгурия при температура 800-1000С. Високата дисперсност на сгурията допринася за нейното бързо и пълно излугване в разтвор на сярна киселина.
Печенето е хетерогенен процес на топлинна обработка на цинкови суровини. Този процес е бил и остава основният метод за окисляване на сулфидни суровини. Обширни проучвания обаче показват възможността за окислениеконцентрати с разтворен кислород в подкиселени водни пулпи при T> 100°C и Ptot> 10 5 Pa (автоклавни условия). По отношение на хидрометалургичната технология това има своите предимства: комбинация от окисляване и излугване на суровини, получаване на сяра в елементарна форма и др. Но този метод има значителни недостатъци, които възпрепятстват разпространението му. По този начин печенето е най-разпространеният и използван процес. 1
Целите на този курсов проект включват преглед на процеса на печене на цинкови концентрати, осигуряване на високи технически и икономически показатели, изчисляване на необходимите показатели, избор на схема за изпичане и избор на основно оборудване за изпълнение на производствената програма, както и изчисляване на материалния и топлинен баланс.
Основната задача на печенето е бързо, по-пълно и с най-ниски разходи да превърне сулфидния цинк в оксид, от който е по-рационално да се възстанови цинкът. В същото време сгурията трябва да бъде получена в такова състояние, че да бъде най-благоприятно за изпълнението на следващите етапи на технологията и в крайна сметка да осигури високи технически и икономически показатели на производството като цяло [1, c.134].
2. Технологична схема за получаване на цинк
Хидрометалургичният метод за обработка на калцинирани цинкови концентрати се състои в разтваряне на цинков оксид с воден разтвор на сярна киселина и последващо утаяване на цинк чрез електролиза. Поради това хидрометалургичният метод понякога се нарича електролитен. При производството на цинк чрез електролиза, цинковият концентрат се подлага предварително на окислително изпичане. Получената сгурия се излугва с отработен електролит, съдържащ сярна киселина. Полученият разтвор на цинков сулфат се пречиства от вредни примеси и се изпраща за електролиза. В същото време, цинксе отлага върху катода и сярната киселина се регенерира в разтвора, който се връща отново за излугване. [6, c.190]
Ако изпичането на цинковия концентрат предшества излугването, тогава целта е цинковият сулфид да се превърне възможно най-пълно в цинков оксид, който е разтворим в разредени разтвори на сярна киселина.
Излугването на сгурията се извършва с отработен електролит, съдържащ сярна киселина и получен чрез електролиза на цинков разтвор. В процеса на преразпределение загубите на сярна киселина са неизбежни (както механични, възникващи поради загубата на разтвора, така и химични, причинени от факта, че сярната киселина се изразходва непродуктивно за разтваряне на примеси). Тези загуби се попълват от факта, че в сгурията се получава известно количество цинков сулфат, който е лесно разтворим във вода. За целта е достатъчно в калцинирания концентрат да има около 2-4% сулфатна сяра. [6, c.241]
Около 70% от световното производство на цинк се получава по този начин. Това се обяснява с факта, че електролитният метод, с добра механизация на трудоемките процеси и висок процент на извличане, произвежда цинк, който е по-чист, отколкото чрез дестилация. Освен това се улеснява възможността за комплексно използване на ценните компоненти на концентрата.
Суровината е цинков концентрат. Като изходен материал се използват не само минерални и вторични, но и съдържащи цинк продукти от други индустрии: шлака и прах от металургичните индустрии на олово, мед, калай, чугун. Тези продукти са много по-бедни на цинк от цинковите концентрати и въпреки това са включени в цинковите суровини. Доскоро цинковите шлаки се считаха за отпадъчни продукти, въпреки че съдържат значително количество цинк, особено в оловните шлаки (10-17% цинк).
Технологична системапроизводството на цинк включва следните етапи:
Печене, което се извършва за получаване на сгурия за последващо излугване. В допълнение към сгурията се получава и газ, който се изпраща за преработка за получаване на сярна киселина, която от своя страна участва в процеса на излугване. Получената сгурия на прах се изпраща за излугване. Трябва да отговаря на следните изисквания:
Металният цинк се получава от пречистен разтвор на ZnSO4 чрез електролиза. Това преразпределение е по същество крайната технология, тъй като след претопяването на електролитно редуциран цинк се получава търговски метал. Електролизата е най-скъпият етап в производството на цинк (51-56% от общата цена на технологичните процеси). Следователно, намаляването на окисления цинк от разтвор на ZnSO4 за получаване на висококачествен метал при възможно най-ниски разходи е основната цел на електролизата.
Основни показатели на процеса са специфичната консумация на електроенергия, kW/h катоден цинк; токов добив на цинк, т.е. ефективност текущо използване, %; качество на катоден цинк. 2 [1, стр.250]
Полученият метал се проверява за качество, маркира се и се изпраща за продажба или за други цели.
2.1 Изпичане на цинкови концентрати в KC пещи
Първият етап от технологичната схема за получаване на Zn е изпичането на Zn концентрати в КС пещи, чиято основна цел е превръщането на неразтворимия ZnS във водоразтворим ZnO. Изпичането дава възможност за прилагане на хидрометалургична технология за преработка на цинкови концентрати. По време на изпичането те се стремят да получат сгурия, която отговаря на изискванията на следващите хидрометалургични процеси. Много е важно продуктът за печене да е прахообразен.