способ переработки изгари цинка

Формула изобретения

Способ переработки изгари цинка, включающий ее нагрев, отличающийся тем, что нагрев ведут до температуры 540-560°С.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к обработке цветных металлов немеханическими способами и может быть использовано в технологии переработки цинксодержащих материалов.

Известен способ переработки изгари цинка, состоящей из окиси цинка, и корольков металлического цинка и заключающийся в механическом отделении окиси цинка от корольков металлического цинка с использованием специального грохота. При этом получена фракция -2,5 мм в виде окиси цинка и фракция +2,5 мм в виде корольков металлического цинка, анализ последней показал наличие в ней железа до 1,5%. Выделенную фракцию авторы предлагают без дополнительной переработки возвращать в ванну горячего цинкования [Тарасов А.В. "Переработка отходов горячего цинкования" Сталь №6 стр.57-58, 1989 г.].

К недостаткам данного способа следует отнести:

1. Трудность полного разделения фракции +25 и -25 мм, на что указывают сами авторы.

2. В корольках всегда присутствуют примеси (окись цинка) в виде вкраплений, которые возникают при застывании изгари цинка и образовании корольков.

3. Железо в корольках цинка представляет собой интерметаллические кристаллы состава Fe_хZn_у, которые назвали гартцинк, возникающие в виде твердой фазы на поверхности основы (железа) в процессе горячего цинкования [А.Г.Смирнов "Горячее цинкование" М.: Изд. литературы по черной и цветной металлургии, 1953 г., с.94-95].

Часть гартцинка в процессе горячего цинкования попадает в расплав цинка и находится в нем в виде взвеси, которая частично осаждается на дно ванны и частично захватывается изгарью цинка. При этом нужно отметить, что кроме интерметаллических соединений в изгари цинка появляется окись цинка как результат окисления цинка на поверхности ванны. Изгарь периодически снимают механическим способом. После охлаждения изгари цинка кристаллы гартцинка остаются в корольках.

При использовании корольков цинка в горячем цинковании кристаллы гартцинка, имеющие температуру плавления выше температуры цинкования (460-470°С), не плавятся, а остаются в расплаве в виде взвеси, засоряя ванну, ухудшая процесс цинкования, что отмечается в появлении на оцинкованной проволоке наплывов и отслаивании цинка от основы (железа) ("Руководство по горячему цинкованию". - М.: Металлургия, 1975 г., с.111).

Известен взятый в качестве прототипа способ переработки изгари цинка с использованием плавильной печи, из которой расплавленный цинк разливали в чушки

["Руководство по горячему цинкованию" под редакцией Огинского. - М.: Металлургия 1975 г., с.154]. По данному способу изгарь цинка, содержащую в основном цинк, окись цинка и примеси железа (до 1,5%), загружали в тигель плавильной печи, после чего загружали (700-800°С). При этом цинк плавился и стекал на дно тигля, а остаток в виде окиси цинка всплывал и его механическим способом (ковшом) снимали с поверхности расплава. Процесс добавления изгари цинка, ее переплава и снятия окислов цинка с поверхности повторяли до наполнения тигля расплавленным цинком на 80%. После указанного заполнения расплавленный цинк сливали в изложницы с получением чушек 20-25 кг.

Чушки анализировали на содержание железа, которое в среднем составило 1,33%. Данный способ позволяет переработать изгарь цинка и получить металлический цинк, содержащий 1,0-2,0% железа. Железо в металлическом цинке представляет собой кристаллы гартцинка (Fe_xZn _y), которые при температуре ведения процесса плавления изгари цинка (700-800°С) плавились вместе с цинком ["Руководство по горячему цинкованию" под редакцией М.И.Огинского. - М.: Металлургия, 1975 г., с.100-101]. В случае использования полученного цинка в процессах горячего цинкования (Т=460-480°С) кристаллы гартцинка, имея более высокую температуру плавления ["Руководство по горячему цинкованию" под ред. М.И.Огинского, М.: 1975 г., с.100-101] в виде твердой фазы (взвеси) оставались в расплаве цинка, ухудшая процесс горячего цинкования. Это выявлялось в отслаивании цинка от основы, в появлении наплывов, в ухудшении внешнего вида покрытия.

Задачей предполагаемого изобретения является разработка способа переработки изгари цинка, который позволит получить максимальное количество цинка, пригодного для использования в технологии горячего цинкования металлических изделий. Это достигается тем, что в способе изгарь цинка нагревают до температуры 540-560°С.

Техническим результатом от применения предлагаемого изобретения является выделение цинка из изгари с возможностью максимального использования его в технологии горячего цинкования.

Предлагаемый способ заключается в следующем: изгарь цинка, возникающую в процессе цинкования металлических изделий (проволоки) на поверхности расплава цинка и далее снимаемую с нее, охлаждали. Изгарь цинка после охлаждения представляла собой куски от 20 до 300 мм и немного (до 1%) золы от сгорания древесного угля, который насыпали на поверхность расплава для снижения окисления цинка. Изгарь цинка содержала в основном окислы цинка, металлический цинк и примеси главным образом железа (1,5%-2.0%). Перед использованием изгари цинка ее разбирали и в виде кусков (50-300 мм) загружали в тигель в количестве 450-460 кг. Тигель имел на внутренней поверхности защитное покрытие, например, керамическое, а в центре дна отверстие диаметром 50 мм. Тигель с изгарью взвешивали и ставили на изложницу квадратной формы. Внутренняя поверхность изложницы имела защитное покрытие, например керамическое. Тигель ставили на изложницу, крепили к ней и всю сборку устанавливали в электрическую печь. Печь закрывали крышкой, ставили термопару, после чего печь включали. По мере нагрева, начиная с температуры плавления цинка (419°С), цинк выплавлялся из его изгари и стекал через отверстие в тигле в изложницу. После нагрева изгари цинка до определенной температуры печь отключали. Сборку выдерживали в печи (3-4 часа) и далее убирали термопару, снимали крышку, сборку вынимали и разбирали. Остатки изгари цинка в тигле увозили на склад, а слиток цинка взвешивали, анализировали на содержание железа и использовали вместо покупного цинка на участке горячего цинкования, добавляя в ванну цинкования.

Результаты опытов даны в таблице 1.

Таблица 1.
№ п/п	Способы	Температура, °С.	Вес слитка цинка, кг.	Среднее содержание железа в слитке, %	% извлечения цинка	Примечание
1	Предложенный способ	540	133	0,074	29
2	--	560	146	0,078	32
3	Граничные	620	168	0,18	37
	условия
4		500	110	0,073	24
5	Способ-прототип	720	184	1,33	40

Как видно из таблицы 1, ведение процесса по предложенному способу (опыт 1-2), позволяет, по сравнению со способом-прототипом (опыт 5), снизить содержание железа в слитке цинка в 17 раз (с 1,33% до 0,076%) и весь полученный цинк использовать в технологии горячего цинкования железных изделий

Эффект достигается за счет отсекания от цинка, выплавляемого из изгари, при определенной температуре, которая оказалась 540-560°С, интерметаллических соединений железа (гартцинка), которые имеют температуру плавления выше 560°С из-за высокого содержания в них железа. Это дало возможность получить максимальное количество цинка, содержащего железо в количествах существующих в ваннах горячего цинкования (не более 0,1%) [Л.Г. Смирнов "Горячее цинкование", М.: Изд. литература по черной и цветной металлургии, М., 1953 г., с.118].При температуре переработки изгари цинка по способу-прототипу (700-800°C) практически все интерметаллические соединения железа (гартцинк) выплавлялись из изгари цинка; что; хотя и приводит к увеличению извлечения цинка, но высокое содержание железа (1,33%) существенно снижало возможность использования цинка, выплавленного из изгари, в технологии горячего цинкования. В этом случае (способе-прототипе) появляется большое количество взвесей кристаллов гартцинка, что ухудшает в процессе горячего цинкования наложение цинка на основу (железо), вызывая отслаивание его от основы, на поверхности появляются наплывы цинка. Однако небольшое количество кристаллов гартцинка в расплаве цинка (до содержания железа 0,1%) не сказывается на качестве наложения цинка на основу и допускается [А.Г.Смирнов "Горячее цинкование". - М., Изд. литература по черной и цветной металлургии. - М.: 1953 г, с.118]. Поиск путей по переработке изгари цинка привел к мысли выделения цинка из его изгари путем выплавления только кристаллов гартцинка, имеющих небольшое содержание железа и, следовательно низкую температуру плавления. Это позволило решить поставленную цель, а именно получить в выплавляемом из изгари цинке, максимальное его количество с содержанием железа в концентрациях, допустимых в ваннах горячего цинкования (менее 0.1% по железу).

При повышении температуры нагрева (опыт 3) увеличивается доля расплавленного гартцинка и за счет этого возрастает извлечение цинка, но содержание железа при этом становится намного больше (в 2,5 раза) того количества, которое допускается в ваннах горячего цинкования. При снижении температуры нагрева (опыт 4), наоборот, снижается извлечение цинка из его изгари.

Предлагаемое изобретение внедрено в производство в 2003 г. Его использование позволит снизить потребление покупного цинка на 120-140 тонн в год.