Дистилляция цинка
Один из недостатков вертикальных реторт связан с необходимостью передачи тепла через стенки, которые поэтому горячее содержимого и быстро изнашиваются. Отсюда родилась идея нагревания шихты пропусканием через нее электрического тока, которая привела к развитию электротермии.
Электротермическими способами цинк получают из твердой шихты и расплавов. По первому из них работают в круглых шахтных печах диаметром 1,75 м и высотой до 14 м. Шихта, состоящая из зернистого прочного агломерата (~9 мм) и сравнительно крупного кокса (9—20 мм), нагревается изнутри электрическим током, который подводят двумя комплектами графитовых электродов, расположенными по высоте на расстоянии 7—10 м один от другого. При загрузке кокс, так как он крупнее агломерата, смещается к оси печи и как бы образует здесь токопроводящий сердечник. Вверху и внизу установлено по 8—16 электродов. Средняя температура шихты 1200° С, в центре сечения она достигает 1400, а у стенок 900° С.
Электротермическая дистилляция цинка выгодно отличается от дистилляции в вертикальных ретортах большей производительностью (до 45 т цинка в сутки из одной печи) и меньшим выходом пыли. Общее извлечение достигает 93%, в металл 86%; оба показателя лучше, чем при дистилляции в вертикальных ретортах. Отходов меньше, но они богаче цинком. На 1 т металла расходуется 2900 кВт•ч электроэнергии.
Дистилляция плавкой в дуговых печах
Обожженный концентрат плавят в электропечах в смеси с углем и флюсами при температуре 1400° С, получая жидкий шлак, служащий телом нагрева, в него погружены сверху графитовые электроды. Если несколько приподнять их над шлаком, возникают электрические дуги и печь переходит и дуговой режим работы. В первом случае шлак нагрет до высокой температуры, металлы из него восстанавливают полнее, но и больше разрушается футеровка печи. В дуговом режиме значительная часть цинка возгоняется еще из тверд шихты, загружаемой на шлак, последний при этом менее перегрет и содержит больше невосстановленных окислов. Практически чередуют то и другое.
Шихту составляют из обожженного концентрата или иного сырья, содержащего окись цинка. Кокса для восстановления берут теоретически необходимое количество по расчету на цинк, кадмий, свинец и часть железа. Избыток углерода недопустим из-за возможности восстановления кремнезема и глинозема с образованием летучих окислов — Аl2О и SiO; загрязняя пары цинка, они могли бы нарушить режим конденсации. Для экономии энергии шихту перед загрузкой подогревают в трубчатой печи, сжигая газ или другое топливо.
В шлаке должно оставаться 1,5—6% железа. С превышением этого предела содержание углерода в чугуне снижается, а температура плавления его возрастает, затрудняя выпуск. Если шлак слишком беден железом, начинается восстановление кремния до SiO. Основные составляющие шлака СаО и SiO2, отношение их по массе от 0,8 до 1,4.
В чугун извлекается до 70% железа, меди и серебра. При малом содержании серебра этот сплав можно использовать как медистый чугун, а при большом продувать в конверторе, вместе с медными штейнами.
Пары цинка уходят из печи при температуре 1000° С, которая предупреждает окисление их углекислотой. Применяют конденсаторы с мешалками из графита или карборунда, разработанные для вертикальных реторт. Извлечение цинка в металл достигает 95%, но он сильно загрязнен свинцом и кадмием.
На 1 т металла затрачивается 3000 кВт•ч основной и 150кВт•ч вспомогательной электроэнергии, значительно больше, чем при дистилляции из твердой шихты. Наряду с этим для электроплавки требуется менее тщательная подготовка шихты, достаточен одностадийный обжиг в печах КС и пригодны более дешевые низкосортные огнеупоры.
Статья на тему Дистилляция цинка из твердой шихты в электропечах