Общие сведения и методы получения

ЦИНК

Восстановительная электроплавка свинца

Реакционная электроплавка свинца

Электроплавка свинца

При плавке агломерата в электропечи получаются черновой свинец и шлак, который выпускают из печи один или два раза в сутки. Свинец, загрязненный PbS, поступает в конвертеры, при этом сульфид свинца окисляется или испаряется и в результате получается сравнительно чистый свинец.

Электроплавка свинца на заводе Реншер по своей химической сущности — реакционная плавка, при которой подавляющее количество свинца получается в результате реакций взаимодействия сульфидов и окислов свинца, присутствующих в шихте. Некоторая часть окислов свинца восстанавливается коксиком, который загружают в шихту плавки.

Плавка осуществляется в результате выделения тепла при пропускании тока через расплавленный шлак, служащий телом сопротивления.

Состав отвального шлака, %: 36 СаО, 22 SiO₂, 12 Zn, 23 FeO, MgO и AI₂O₃.

Потери свинца не превышают 1,6% от общего содержания в концентрате. Температура шлаковой ванны достигает 1400°С, в результате чего свинец интенсивно возгоняется в виде сульфида.

Восстановительная электроплавка свинца — новый металлургический процесс, пока еще не применяющийся в промышленном масштабе.

Восстановительная плавка в электропечи и в шахтной печи— процессы различные. В шахтной печи тепло, необходимое для плавки и перегревания продуктов плавки, образуется в результате сжигания углеродистого топлива (кокса), а газы для восстановления металлических окислов получаются в результате неполного сгорания этого топлива, причем главным восстановителем является окись углерода. При восстановительной электроплавке главный источник тепла — электроэнергия, а восстановитель — преимущественно твердый углерод кокса.

Для более полного восстановления окислов свинца необходимо па поверхности расплава иметь слой восстановителя — кокса. На границе расплав — кокс образуется основная часть окиси углерода, создающей в печи необходимую восстановительную атмосферу.

Черновой свинец-главный продукт свинцовой плавки. Он содержит обычно 96-99 % Pb и 1- 4 % примесей: золота, серебра, висмута, меди, мышьяка, сурьмы, олова и цинка.

Цинк (Zn)-тяжелый легкоплавкий металл синевато-белого цвета. Содержание цинка в земной коре 0,005 %. (по массе).

Известно 66 минералов цинка, находящихся в полиметаллических рудах содержащих свинец, медь и железо. Важнейшие из этих минералов цинкит (красная цинковая руда) ZnO, сфалерит (или цинковая обманка) ZnS, виллемит Zn₂SiO₄, каламин H₂Zn₂SiO₄, смит-сонит ZnCO₃, франклинит ZnFe₂O₄(Fe, Zn, Mn)O(Fe, Mn₂O₃).

В настоящее время половину производимого в мире цинка получают гидрометаллургическим способом, а половину — пирометаллургическим. Независимо от способа получения, производство цинка начинается с обогащения цинковых руд, так как они содержат небольшие количества цинка (обычно 1-3 %). При селективной флотации получают цинковые концентраты с 48-58 % Zn, 1-2 % Pb, <2 % Cu, 5-10 % Fe и около 30 % S и одновременно пиритные, медные и свинцовые концентраты.

Первая стадия переработки концентратов - обжиг. На всех современных заводах обжиг ведут в кипящем слое или во взвешенном состоянии. В результате получают газы, содержащие 4-6 % SO₂, которые поступают на производство серной кислоты.

При пирометаллургическом производстве обжиг совмещают с агло-мерацией, добиваясь, чтобы шихта для последующей дистилляции была кусковой и газопроницаемой. Дистилляцию ведут в ретортах нагревом до 1250-1300 °С смеси обожженного концентрата с коксом. Цинк при этом восстанавливается и испаряется. Пары цинка в смеси с оксидом углерода направляются в конденсатор, в котором при температуре 450-500 °С образуется жидкий цинк.

Цинк полученный дистилляционным способом, содержит от 1 до 3 % примесей, и его подвергают рафинированию сначала ликвацией (от свинца и железа), затем ректификацией (от свинца, кадмия, меди, мышьяка и других примесей). После ректификации металл содержит 99 995 % Zn.

Предварительно очищенный и подвергнутый 26-кратной зонной плавке в токе азота металл содержит 99,999995 % Zn.

В соответствии с ГОСТ 3640—79 цинк поставляют в виде чушек и блоков. Химический состав-см. табл. с. 123. Цинк марки ЦВОО изготовляют в виде чушек массой 5 и 10 кг, цинк марок ЦВО, ЩН, ЦВ, ЦОА, ЦО, Ц1, Ц2, ЦЗ —в виде чушек массой 19—25 кг или в виде блоков массой до 1 т.

Химический состав цинка, %, ПО ГОСТ 3640—79

Марка	Zn, не менее	Примеси не более
РЬ	Fe	Cd	Cu	Sn	As	Bceгo
ЦВОО*	99,997	0,00001	0,00001	0,002	0,0001	0,0001	_	0,003
ЦВО	99,995	0,003	0,002	0,002	0,001	0,001	—	0,005
ЦВ1	99,992	0,004	0,003	0,002	0,001	0,001	—	0,008
ЦВ	99,990	0,005	0,003	0,002	0,001	0,001	0,0005	0,010
ЦОА	99,980	0,011	0,003	0,004	0,001	0,001	0,0005	0,020
ЦО	99,975	0,013	0,005	0,004	0,001	0,001	0,0005	0,025
Ц1	99,95	0,02	0,010	0,010	0,002	0,001	0,0005	0,050
Ц2**	98,7	1,0	0,05	0,20	0,005	0,002	0,01	1,3
ЦЗ**	97,5	2,0	0,10	0,20	0,05	0,005	0,01	2,5

* Содержание Al, Bi, Ni и Sb должно быть неболее 0,00001 каждого.

** Содержание Sb<0,02 %.

Цинк марки ЦВОО хранят в закрытой rape, a остальных марок — в сухом и чистом помещении.

Кроме компактного цинка, выпускается цинковый порошок, который изготовляется ректификацией или распылением жидкого металла. Его используют в химической или металлургической промышленности, а также для производства химических источников тока. Маркируются порошки так же, как и компактный цинк, но впереди ставится буква «П», например ПЦВ, ПЦО и т. д. Порошок упаковывают в герметичные металлические барабаны; масса нетто порошка в барабане 30, 40, 50 кг, Хранить порошок следует в сухих закрытых помещениях.