ПОЛУЧЕНИЕ ЦИНКА ДИСТИЛЛЯЦИЕЙ

Некоторые авторы, не ссылаясь на достоверные источники, сообщают о получении чистого цинка в Индии и Китае еще в V в. до н. э. Наряду с этим Аристотель упоминает лишь о латуни как о медном сплаве неизвестного состава, который мог быть получен восстановительной плавкой медно-цинковой руды. Свойства соединений цинка — впервые описал Парацельс (XVI в.). Получение металла дистилляцией из галмея (смесь смитсонита и каламина) разработал А. С. Маргграф в начале

XVIII в. Далее Д. Чемпион в 1739 г. получил патент на способ производства цинка из окисленных руд, а в сороковых годах того же столетия построил завод с производительностью около 200 т/год. Общая схема дистилляционного способа производства цинка показана на рис.

Получение цинка дистилляцией

Рис. Общая схема получения цинка дистилляцией из твердой шихты

Уже известно, что восстановление цинка твердым углеродом протекает через газовую фазу и слагается из двух реакций:

ZnO + СО = Zn + СО2,

СО2 + С = 2СО,

ZnO + С = Znnap + СО, ΔH0298= 238 кДж.

Равновесие суммарной реакции, достигаемое при температуре несколько выше 900° С, мало зависит от парциального давления СО и СО2

Равновесное состояние неприемлемо для производства, его необходимо сдвинуть вправо, повышая температуру и отведя конденсацией пары цинка. Из уравнения видно, что рZn = рCO, приближенным вычислением получены следующие

данные:

Температура, °С … . 927 1027 1327  

pZn, кН/м2 ……         91,2 124,4 860,0

Давления на первый взгляд кажутся невероятно высокими, однако зона реакции сообщается с конденсатором, где пары цинка ожижаются, а газы удаляются в атмосферу.

Эндотермичность восстановления вызывает необходимость постоянного подвода тепла от источника, который, естественно, должен иметь более высокую температуру. Сжигать топливо в реакционном пространстве нельзя из-за окисления и разбавления иаров металла дымовыми газами. Приходится передавать тепло через стенку, разность температур на поверхностях которой 50—100 град. Механическая прочность огнеупорных материалов при 1400° С уже заметно снижается, и нагревать шихту выше 1200—1300° С трудно. Скорость восстановления цинка контролируется диффузией СO2 к поверхности углерода. Она зависит от температуры и теплопередачи, которая с уменьшением интервала температур снижается почти независимо от способа поступления теплоты через шихту или конвекцией. В конечном счете кинетика дистилляции определяется скоростью подвода тепла.

Железо, медь, свинец и многие другие металлы в условиях дистилляции цинка также восстанавливаются, примем образование FeO подобно образованию ZnO эндотермично. Присутствие окислов железа, которых в сравнении с другими примесями, всегда много, замедляет восстановление, отнимая необходимое тепло, и разбавляет пары цинка дополнительным количеством СО.

Примеси свинца и кадмия не только восстанавливаются, но испаряются и конденсируются вместе с цинком; металл, получаемый дистилляцией, загрязнен этими элементами. Его необходимо рафинировать для улучшения свойств и извлечения примесей, особенно дорогого кадмия.

Охлаждение газов, необходимое для конденсации цинка, сопровождается диспропорционированием СО на углекислоту и сажистый углерод. Возникающие при этом взвешенные мелкие капли металла, покрываясь с поверхности слоем ZnO, ZnCО3и сажи, теряют способность сливаться. Они выносятся газами в зону сравнительно низких температур и затвердевают, образуя пусьеру.

Перед дистилляцией ZnS надо полностью окислить: сульфат цинка тоже % не восстанавливается, а вновь переходит в сульфид:

ZnSО4 + 4СО = ZnS + 4СО2

Кроме того, необходимое условие реакции —контакт СО со свободной поверхностью окиси цинка, огарок должен быть легко проницаем для газов.

34353b30424c%20413539473041-2

Рис. 2

Обжигом в многоподовых печах или печах КС удается полностью выжечь серу, но шихта получается мелкой и ложится плотным слоем. Агломерация дает пористый гозопроницаемый спек, но в нем остается сера.

Учитывая эти требования огарок получают в две стадии: концентрат обжигают в печах КС на порошок, оставляя немного серы. Затем его смешивают с оборотным агломератом и спекают на спекательных машинах. Для увеличения объемной массы кусковой спек измельчают до крупности около 1 мм. Полученные таким образом мелкие пористые частицы направляют на дистилляцию. Дополнительная газопроницаемость шихты достигается смешиванием огарка с зернистым углем-восстановителем.

Рис. 2. Схема установки для дистилляции цинка в горизонтальной реторте:

1 — алонжа: 2 — конденсатор; 3 — реторта

Дистилляция в горизонтальных ретортах

Смесь обожженного концентрата с антрацитом или коксовой мелочью загружают в реторты из шамота (рис. 2). К устью каждой из них примазан глиной керамический конденсатор, из которого периодически вычерпывают жидкий цинк. Из-за большой скорости газов, медленного отвода тепла и по другим причинам, о которых сказано ниже, часть паров металлов проходит через конденсатор; ее улавливают в железной алонже в виде пусьеры. После окончания дистилляции, длящейся до 18 ч, конденсатор и алонжу снимают, а из реторты выгребают остаток — раймовку. В последней содержится еще 6—12% цинка, который дополнительно извлекают особой переработкой. Работы по выгрузке и загрузке реторт, требующие суммарно около 6 ч, на заводе называют маневром, вместе с ним цикл-дистилляции составляет 24 ч.

Попытки изменить форму и увеличить емкость горизонтальных реторт, подобрать для них другой —более прочный и теплопроводный материал, укрупнить конденсаторы, соединив их с несколькими ретортами, приносили лишь небольшие частные успехи без коренного усовершенствования передела.

Статья на тему Получение цинка дистилляцией