Производство Zn дистилляцией
Вопрос №17. Производство Zn дистилляцией
Схема дистилляционного способа на рисунке.
Цинковый концентрат 
обжиг
Обратите внимание на лекцию "5.2 Локальные шины VLB и PCI".
Восстановление Zn тв. С протекает через газовую фазу и слагается из 2-х р-ций:
ZnO+CO=Zn+CO2 + CO2+C=2CO = Zn+C=Zn(пар)+CO
Равновесное состояние этой р-ции >900 0С. Для пр-ва она неприемлема, ее необходимо сдвинуть вправо, увеличивая t. Эндотермичность восстановления вызывает необходимость постоянного подвода тепла от источника с более высокой t. Сжигать топливо в реакционном пр-ве нельзя из-за окисления паров Zn дымовыми газами. Тепло передают через стенку, разность t 50-100 0С. Мех. прочность огнеупорных материалов при 1400 0С снижается и нагревать шихту выше 1200-1300 0С затруднительно. Кроме того Fe, Cu, Pb и др. в условиях дистилляции Zn также восстанавливается, причем образование FeO подобно образованию ZnO и окислы Fe, кот. всегда много замедляют восстановление, отнимая тепло. Примеси Pb и Cd не только восстанавливают, но и испаряются и конденсируются вместе с Zn. Ме загрязнен этими элементами. Его необходимо рафинировать для улучшения св-в и извлечения примесей, особенно дорогого Cd. Охлаждение газов необходимо для конденсации Zn сопровождается диспропорционированием на углекислоту и сажистый C. Возникающие мелкие капли Ме, покрываясь слоем ZnO, ZnCO3 и сажи теряют способность сливаться. Они выносятся газами в сторону низких t и затвердевают, образуя пусьеру (пыль). Перед дистилляцией надо полностью окислить Zn, т.к. сульфат Zn не восст., а переходит в сульфид: ZnSO4+4CO=ZnS+4CO2
Обжигом в многоподовых печах или печах КС удается полностью выжечь S, но шихта мелкая и ложится плотным слоем. Агломерация дает пористый газопроницаемый спек. Огарок получают в 2 стадии: концентрат обжигают в печах КС на порошок, оставляя немного S, затем его смешивают с оборотным агломератом и спекают на спекательных машинах. Кусковой спек измельчают до 1мм. Полученные пористые частицы направляют на дистилляцию. Дистилляция осущ. в ретортах из тв. шихты полученной в электропечах. Электротермическими способами Zn получают из тв. шихты и из расплавов, исп. шахтные печи диаметром 1,75м, высота 14м. Шихта из зернистого агломерата и крупного кокса (10-20мм) нагревается изнутри электричеством, кот. подводят графит. электродами, расположенными по высоте 7-10м друг от друга. При загрузке кокс, кот. крупнее агломерата смещается к оси печи, образуя токопроводящий сердечник; вверху и низу установлены 8-16 электродов. Температура шихты 1200 0С, в центре 1400 0С, у стенок – 900 0С. Достигается большая производительность, извлечение Zn 93%, в Ме – 86%. Отходов меньше, чем при исп. реторт. На 1т Ме расход энергии 2900 КВт*ч. Наряду с этими способами дистилляцию проводят в дуговых печах. Обожженный концентрат плавят в электропечах, смешивая с углем и флюсами при 1400 0С. Получают жид. шлак, служащий телом нагрева; в него погружают сверху графитовые электроды. Шихту сост. из обожженного концентрата, др. сырья. Кокс для плавки берут по кол-ву с выполненными расчетами. В шлаке должно быть 1,5-6% Fe. С превышением этого предела сод. С в чугуне уменьшается. Осн. сост. шлака явл. CaO и SiO2. Отношение их по массе 0,4-0,8. В чугун извлекается до 70% Fe, Cu, Ag. При малом сод. Ag сплав исп. как медистый чугун, а при большом – продувают в конвертере с медными штейнами. Затем черновой Zn рафинируют. В дистиляц. Zn может быть до 3% Pb, 0,05-0,03% Fe, 0,5% Cd, а также Cu, As, Sb.
Ликвацией Zn рафинируют от Fe, Pb. Жид. черновой Ме охлаждают в отражательных печах или стальных котлах. Растворимость примесей уменьшается, они переходят в отдельные фазы. Емкость отражательных печей до 150т. После отстаивания при 430-450 0С при растворимости Pb в жид. Zn 0,9% в течении 24-36ч. Жид. черновой Zn разделяется на 3 слоя: нижний 95% Pb, средний из FeZn, верхний пригоден для многих потребителей (1% Pb, 0,03-0,04% Fe). Марки Ц2-Ц3. Верхний слой сливают, нижние слои - по мере накопления.
Для получения Zn чистотой 99,996% и Cd в отдельном продукте исп. ректификацию. Передел дорогой, Zn такой чистоты требуется в небольших количествах.
