Рафинирование чернового цинка

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Рафинирование чернового цинка

31.01.2020

Маркировка рафинированного цинка по ГОСТ приведена в табл. 38.

Металл, получаемый гидрометаллургическим способом, соответствует марке ЦО, а дистилляционный цинк часто не удовлетворяет даже марке Ц3; металл марки Ц4 требуется в небольших количествах, поэтому весь цинк, получаемый пирометаллургическим способом, приходится рафинировать.
Рафинирование чернового цинка

Цинк рафинируют двумя способами — отстаиванием и перегонкой.

Электролитическое рафинирование цинка возможно, но не нашло применения из-за высокого расхода энергии; в этом случае цинк оказался бы дороже получаемого гидрометаллургическим способом.

Ликвационное рафинирование


Этот способ основан на ограниченной растворимости свинца и железа в цинке. При температуре 420—430° жидкий цинк, загрязненный свинцом, разделяется по удельным весам на два слоя. Верхний из них содержит приблизительно 99% цинка и 1% свинца, а нижний 90% свинца и 10% цинка. Таким образом, этот способ может быть применен только для цинка, содержащего более 1 % свинца. Железо выделяется в виде кристаллов химического соединения FeZn7 с промежуточным между свинцом и цинком удельным весом, поэтому кристаллы FeZn7 собираются на границе раздела слоев.

Чушковой цинк расплавляют в отражательных печах емкостью до 150 т, обычно с колосниковыми топками. Жидкую ванну выдерживают при 420—450° в течение 1—2 суток для достижения требуемой полноты расслаивания. В нижнем слое собирается свинцовоцинковый сплав. Между нижним и верхним слоями располагается кашеобразная прослойка кристаллов FeZn7, называемых твердым цинком. Около 1/3 верхнего слоя выпускают из печи через отверстие в задней торцевой ее стенке и разливают в изложницы, после чего ванну пополняют новой порцией чернового цинка. Твердый цинк и свинцовый сплав удаляют периодически по мере их накопления. Твердый цинк вычерпывают дырчатыми ложками, с кристаллами его увлекается много жидкого цинка, поэтому он обычно содержит не больше 5—6% Fe. Твердый цинк возвращают на дистилляцию. Свинцовый сплав извлекают с помощью трубы, на косом срезе которой имеются зубцы. Трубу вводят в ванну через рабочее окно и вычерпывают из нее свинцовый сплав, содержащий 93—94% Pb и 4—6% Zn.

Свинцовоцинковый сплав направляют для переработки на свинцовые заводы, где он может быть использован при рафинировании свинца от благородных металлов.

Рафинирование ректификацией


Рафинирование цинка ректификацией основано на значительном различии упругостей паров и температур кипения цинка и примесей.

Температуры кипения некоторых металлов, °C:

Ранее (табл. 36) было показано, что при температуре 1000°, при которой цинк интенсивно кипит, упругость паров свинца не больше 1 мм рт. ст., а упругости паров меди и железа ничтожно малы (10в-4 и 10в-6 мм рт. ст.).

Таким образом, довольно легко можно испарить из сплава цинк, отделив его от значительно менее летучих примесей железа и меди; труднее отделить таким путем цинк от свинца и еще труднее от кадмия.

Ректификационная колонна состоит из поставленных одна на другую карборундовых тарелок, формы и размеры которых показаны на рис. 139, а участок составленной колонны — на рис. 140. Каждая тарелка имеет сливное отверстие с порогом, удерживающим в ней ванну жидкости определенной высоты; при сборке колонны сливные отверстия тарелок располагаются в шахматном порядке. Как видно на рис. 139, тарелки бывают двух видов: с выпуклым и плоским дном. Тарелки с выпуклым днищем применяют для обогреваемой части колонны. В тарелках этого типа преобладающая масса жидкости прижата к внешней обогреваемой стенке. Тарелки с плоским дном используются в конденсирующих частях колонны.

Рассмотрим процесс отделения цинка от кадмия, проводимый в так называемой кадмиевой колонне.

Жидкий исходный сплав непрерывно заливают на тарелку 1 в; заполняя ее, сплав переливается на тарелку 1 н, а затем таким же путем попадает на тарелки 2 н, 3 н и т. д. Тарелки нижней части колонны обогреваются извне пламенем генераторного газа, на каждой из них сплав кипит. Чем ниже опускается сплав, тем выше его температура, так как температура кипения по мере испарения кадмия повышается. Пары металлов поднимаются вверх по колонне навстречу потоку жидкости и частично конденсируются на тарелках верхней необогреваемой части колонны, а полученный конденсат, переполняя тарелки, вновь сливается вниз. Тарелки верхней части колонны разогреваются только за счет тепла конденсации; на каждой из них жидкость также находится в состоянии непрерывного кипения, а так как по мере движения паров вверх содержание в них кадмия возрастает, то и температура вышележащих тарелок постепенно понижается.

С самой нижней тарелки колонны при этом будет выпускаться цинк, а с самой верхней — концентрированные пары кадмия. В случае необходимости отделить цинк от менее летучих металлов — свинца, меди и железа — пары цинка выпускают с верхней тарелки колонны, а сплав примесей — с нижней.

Предназначенную для этого колонну называют свинцовой.

Ректификацию цинка проводят в двух последовательно работающих колоннах — свинцовой и кадмиевой.

Схема установки из двух колонн показана на рис. 141.

Испаряющие и конденсирующие части каждой из колонн имеют примерно по 20 тарелок; это позволяет испарить в свинцовой колонке только около 4/5 всего цинка, остальной цинк вместе с примесями переходит в остаток дистилляции. При содержании в исходном цинке 1 % Pb остаток содержит 6—8% Pb; его направляют на отстаивание и после отделения основной массы свинца возвращают в ректификационную колонну вместе с исходным цинком.

Чистый цинк, выпускаемый с нижней тарелки кадмиевой колонны, содержит больше 99,99% основного металла и по чистоте удовлетворяет марке ЦВ.

Извлечение кадмия при ректификации часто превышает 90%; это очень существенно, если вспомнить, что при дистилляции из концентратов основное количество кадмия собирается в металлическом цинке. При ректификации кадмий получают в виде пыли в конденсаторе кадмиевой колонны. При конденсации значительная часть паров кадмия и цинка окисляется; в конденсаторе оседает смесь окислов, содержащая до 40% Cd.

Производительность ректификационных колонн зависит от размеров тарелок. Установка из трех колонн — двух свинцовых и одной кадмиевой — с тарелками 500х1000 мм выдает около 20 г чистого цинка в сутки. Выход цинка 95—96%; 4—5% его переходит в продукты ликвации и около 0,6—1 % теряется безвозвратно. Расход топлива в пересчете на условное около 40% от веса цинка.

Ректификация начала входить в практику металлургии цинка с 1956 г. и сейчас является наиболее совершенным способом рафинирования цинка. Применение ректификации устраняет один из существенных недостатков пирометаллургии цинка — невозможность получить металл высокой чистоты. Другие недостатки этого способа, как уже говорилось, могут быть в значительной мере устранены, если проводить дистилляцию в вертикальных непрерывно действующих ретортах или электрических печах.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: