Вельцевание цинковых кеков – курсовая работа

1.2.1 Переработка цинковых конценратов
Переработку цинковых концентратов в настоящее время осуществляют двумя методами: пирометаллургическим (дистиляционным) и гидрометаллургическим (электролитическим).
В 1739 г. в Англии был запатентован дистилляционный метод. Он основывался на переработке смитсонитовых руд, которые смешивали с углем и загружали в глиняную реторту, нагреваемую до 1200—1300 °С. Устье реторты соединяли с глиняным конденсатором, в котором получали жидкий металлический цинк. Довольно широкое распространение этого метода объяснялось его простотой и наличием в прошлом веке относительно больших запасов окисленных руд. С развитием дистилляционного метода улучшалась технология изготовления реторт для шихты, и увеличивался размер дистилляционных печей, которые делали вначале на 2—4 реторты, а в последующем на 400—600 реторт. По мере выработки запасов окисленных руд возрастало количество сульфидных руд, которые довольно быстро стали практически единственным источником получения цинка.
В основе пирометаллургического способа лежит процесс восстановления оксида цинка при 1000 – 10000С, т.е при температуре выше точки кипения металлического цинка, что обеспечивает выделение его в момент образования в парообразном состоянии и возгонку (дистилляцию) в виде паров: 
Пары цинка в дальнейшем конденсируют. Получение жидкого цинка дистилляцией возможно только в условиях сильно восстановительной атмосферы и полной герметизации применяемой аппаратуры.
В связи с тем, что цинковый концентрат представляет собой сульфидный материал, а восстановление цинка возможно лишь из его оксидов, дистилляции предшествует окислительный обжиг с полным удалением серы.
Возможны несколько вариантов аппаратурного оформления пирометаллургического способа получения цинка: в горизонтальных и вертикальных ретортах, в шахтных и электрических печах.
Получившийся цинк обязательно содержит большое количество металлов примесей (Pd, Cd, Fe, Cu и др.), возгоняемых вместе с ним или попадающих в него из выносимой газами пыли. Поэтому дистилляционный цинк, как и всякий черновой металл, нуждается в рафинировании. Иногда рафинирование цинка достигается простой ликвацией, в случае необходимости получения более чистого металла его подвергают ректификации, в последнее время все шире применяют химические методы рафинирования.
Принципиальная технологическая схема пирометаллургического способа получения цинка приведена на рисунке 1.
Рис.1 – Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных цинковых концентратов пирометаллургическим способом.
Пирометаллургический способ применяот с момента возникновения цинкового производства. Доля выпуска цинка этим способом из года в год сокращается и в настоящее время составляет не более 20%. Все новые цинковые заводы построены и будут строится с применением гидрометаллургической технологии.
Электролитические плавильные печи для цинка состоят из нескольких сотен камер. Часть электрической энергии преобразуется в теплоту, повышающую температуру электролита. Камеры эксплуатируются при температуре 30 - при атмосферном давлении. Часть электролита проходит через охлаждающие колонны.
Главные вредные факторы - рудная пыль, литейные газы ( в т.ч. с содержанием цинка и свинца), диоксид серы и моно оксид углерода, шум при дроблении и измельчении материалов, высокая температурная нагрузка, а также электрические факторы при электролитическом процессе.
Гидрометаллургический процесс появился в начале нашего века. В России, близ города Кельцы небольшая промышленная установка была построена инженером Лащинским еще в 1909 г. Она успешно работала до 1911 г. и только в результате финансовых затруднений и полного отсутствия поддержки со стороны царского правительства Лащинский вынужден был прекратить свои опыты. Гидрометаллургический способ, применяемый впервые в промышленном масштабе в 1915 г., является в настоящее время основным. Широкое распространение гидрометаллургии при производстве цинка обусловлено ее значительными преимуществами по сравнению с дистилляцией. К ним относятся:
более высокое извлечение цинка и сопутствующих элементов;
более высокая комплексность использования сырья;
высокое качество цинка;
высокая механизация трудоемких процессов.
Принципиальная технологическая схема получения цинка гидрометаллургическим способом приведена на рисунке 2.
Обжигают цинковые концентраты перед выщелачиванием различными способами. В начале века это делали в подовых печах с ручным и механическим перегребанием, на смену им пришли многоподовые печи с механическим перегребанием, а в настоящее время цинковые концентраты обжигают во взвешенном состоянии или кипящем слое. Обжиг проводят таким образом, чтобы огарок не спекся, частицы его существенно не укрупнились и сохранили максимальную поверхность, так как это облегчает последующее его выщелачивание. 
Рис.2 – Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных цинковых концентратов гидрометаллургическим способом.
По этому способу цинк выщелачивают (растворяют) раствором серной кислоты из предварительно-обожженного концентрата (огарка). При выщелачивании цинк переходит в раствор в виде сернокислого цинка по реакции:
При выщелачивании цинкового огарка в раствор частично переходят содержащиеся в нем компоненты (Cu, Cd, Fe, As и др.). Качество, получаемого электролитическим осаждением, цинка зависит чистоты раствора; чем чище поступает на электролиз раствор, тем более чистый получается товарный цинк. Поэтому перед электролизом раствор тщательно очищают от примесей.
Процесс электролитического осаждения цинка из очищенного раствора (электролита) протекает по следующей суммарной реакции: 
Цинк при электролизе осаждается на катоде, а на аноде регенерируется серная кислота, необходимая для выщелачивания свежих порций огарка, и выделяется кислород. Катодные осадки цинка переплавляют и разливают в слитки.
Кек (нерастворимый остаток), получаемый после выщелачивания, подвергают дополнительной переработке с целью доизвлечения из него цинка и других ценных компонентов.
Многостадийность технологических схем переработки цинковых концентратов предопределяет образование на отдельных стадиях различных промежуточных продуктов и полупродуктов производства, в которые переходит много цинка и сопутствующих элементов.
Часть полупродуктов является внутренним оборотом производства и возвращается в шихту на различных стадиях переработки концентратов, но некоторые полупродукты выводят из производственного цикла и самостоятельно перерабатывают. Это в первую очередь цинковые кеки гидрометаллургического и раймовка пирометаллургического производств, дроссы, пусьера и др. Цинковые кеки представляют собой конечный продукт гидрометаллургической переработки цинковых концентратов. Выход их зависит от состава исходного сырья.
При богатых и чистых концентратах выход кеков составляет 20—25 %, а при концентратах среднего качества 40—45 % от массы исходного концентрата. Состав кеков приведен в таблице 1.
Табл.1 – Химический состав цинковых кеков, % 

Кек	Zn	РЬ	Си	Cd	Ag, г/т	Fe
1	21,9	6,4			170	31,1
2	20,9	11,2	0,32	0,2	207	32,2
3	20	10	0,25	0,20	425	25,0
4	18,7	11,7	1,21	0,08	■	23,3
5	23,7	4,8	1,28	—	—	29,3

Продолжение табл.

Кек	Sобщ	Sso4	SiO2	CaO	MgO	Mn
1		2,33
2	4,7	2,6	—	0,40	—	1,05
3	10	5,0	.		:
4	6,4	3,48	11,9	3,19	1,24	0,46
5	5,14	1,51	11,7	1,96	0,28	0,86