Введение I. Теоретические сведения

1.5.Процесс велцевания цинковых кеков. Структура велцовых печи.


Вельцевание (от нем. wälzen — катать, перекатывать) — процесс извлечения металлов (Zn, Pb, Cd и др.) отгонкой при нагреве во вращающейся печи полиметаллических отходов свинцового, медного и оловянного производств.
Перерабатываемые продукты измельчаются и смешиваются с измельчёнными углеродосодержащими материалами (кокс, антрацит и другие). При непрерывном перемешивании смесь подвергается нагреву до 1200—1300 °C во вращающейся горизонтальной трубчатой печи (вельц-печи). При этом происходит восстановление из оксидов некоторых металлов, после чего они переходят в газовую фазу. В парообразном состоянии металлы окисляются кислородом воздуха и углекислым газом. Эти оксиды металлов (возгоны) уносятся газами из печи и собираются в пылеуловителях. После этого их перерабатывают и извлекают металлы. Нелетучие металлы (обычно медь), остаются в твёрдом продукте (клинкере), который затем отправляют на медеплавильные заводы.
Сущность процесса состоит в том, что цинксодержащий дисперсный материал смешивают с коксиком и при максимальной температуре, исключающей плавление материала, перемешивают шихту для равномерной газификации коксика и отгонки цинка по всей массе шихты. Такой процесс углетермического восстановления протекает интенсивно благодаря сильно развитой межфазной поверхности взаимодействующих веществ и тесному контакту восстановителя с восстанавливаемыми фазами при участии активного СО в момент его образования, а также благодаря отводу продуктов реакций из зоны протекания процессов восстановления.
 При вельцевании возгоны окисляются в непосредственной близости от поверхности шихты. Поэтому теплозатраты на эндотермические реакции восстановления в значительной мере компенсируются тепловыделением при окислительных реакциях. Непрерывное перемешивание шихты и противоток газа и шихты во вращающейся печи обеспечивают хороший теплоотъем шихтой от футеровки печи и от газового слоя вблизи шихты, который разогрет за счет сгорания возгонов.
Благодаря этому вельц-процесс требует сравнительно небольшого удельного расхода коксика как топлива, главным образом на компенсацию тепло потерь с отходящими газами и через стенки вельц-печи.
Вследствие перечисленных особенностей процесса вельцевание эффективно для переработки твердых дисперсных и небогатых по цинку промпродуктов цинкового, свинцового и других производств, перерабатывающих цинксодержащее сырье, а также промпродуктов обогащения и богатых окисленных цинковых и медно-цинковых руд. Процесс не ограничивает влажность исходных шихт. Он не требует высокой квалификации обслуживающего персонала благодаря устойчивости режима.
Еще одним из способов является плавка цинковых кеков в шахтных и электрических печах.
Кеки плавят в шахтной печи – газогенераторе. Восстановителем и топливом служит кокс, вводимый в количестве 40 – 45% от массы кека. Для лучшей отгонки цинка в шихту вводят известняк и кремнисты флюсы. Шихту перед плавкой брикетируют.
В ходе плавки получают шлак, штейн, а также пыль. Пыль улавливают в рукавных фильтрах и подвергают выщелачиванию на цинковом заводе. Очищенные от пыли печные газы, содержащие 23 – 25% СО. Используют как топливо для подогрева воздуха и других нужд.
Заслуживает внимание способ электротермической переработки шлаков. Цинковые кеки агломерируют с добавкой 15 – 20% гранулированных шлаков свинцовой плавки. Агломерат смешивают с остальной частью подсушенного шлака и плавят в закрытой электропечи с добавкой в шихту 2 – 3% кокса. Пары цинка и свинца конденсируются в жидкий металл в конденсаторе. В результате плавки получают металл, шлак и штейн. Шлак плавят с добавкой извести и кокса на чугун. Вторичный шлак можно использовать как строительный материал.
Вельц-процесс проводят во вращающихся трубчатых печах, в которых шихта перекатывается по внутренним стенкам барабана (отсюда и название, от немецкого слова walzen — катать, перекатывать).
Процесс проводят при температуре 1000—1200°С и верхний предел температуры ограничивается жидкоплавкостью шихты, которую сохраняют в течение всего процесса в твердом состоянии. Остатки вельцевания — клинкер, разгружают из печи также в нерасплавленном виде. При температуре вельцевания парциальное давление паров металлического цинка достигает атмосферного, в то время как окисленные соединения цинка малолетучи. Поэтому необходимо в шихту вводить восстановитель, обычно уголь и кокс.