Тема: Термодинамический анализ удаления хлоридов из цинксодержащего сырья при нагреве

В настоящее время производство металлического цинка основано на извлечении цинка из руд и вторичных техногенных отходов. Поскольку рудные запасы не в полной мере обеспечивают возрастающие потребности цинка в технике, в сферу производства все больше вовлекаются вторичные ресурсы.
Одним из распространенных методов переработки вторичных ресурсов является процесс вельцевания. Продуктом вельцевания является вельц-оксид, состоящий, в основном, из оксидных соединений цинка с примесями соединений цветных и черных металлов. Среди примесей нежелательными являются галогениды (хлориды и фториды), поскольку на следующих технологических стадиях электролизного производства цинка галогениды усложняют технологический процесс.
В связи с отмеченным актуальной задачей является разработка новых и совершенствование существующих способов и технологий очистки вельц- оксида от нежелательных примесей. Широко распространенным способом очистки является окислительная прокалка вельц-оксида, в результате которой галогениды удаляются в газовую фазу. Поэтому теоретические и экспериментальные работы по изучению параметров прокалки являются актуальной научной и технической задачей.
В работе поставлена цель: выполнить термодинамический анализ химических и фазовых превращений при окислительной прокалке вельц-оксида. Для достижения поставленной цели решены задачи: проанализировано влияние температуры и влияние добавок CaO, MnO2, Н2О, углерода на химические и фазовые превращения в вельц-оксиде при прокалке.
Результаты работы могут быть использованы на практике для совершенствования существующих технологий переработки цинксодержащих материалов.

Купить

Выполнен литературный обзор по теме исследования. Проанализированы особенности существующих технологий гидрометаллургического и пирометаллургического способов очистки вельц-оксида от примесей галогенидов. Установлено, что термодинамический анализ процессов окислительной прокалки вельц-оксида выполнен для простых модельных смесей, но не для реальных составов вельц-оксида.
Выполнен термодинамический анализ окислительной прокалки вельц- оксида. Установлено, что хлориды цинка и свинца практически полностью переходят в газовую фазу. По мере нагрева масса хлорида цинка в конденсированной фазе уменьшается практически до нуля в интервале температур 500-900 °С, масса хлорида свинца - в интервале температур 600-1300 °С. Остаточная расчетная концентрация хлоридов в конденсированном вельц- оксиде составляет менее 0,03 мас.%.
Выполнен термодинамический анализ влияния добавок водяного пара на результаты окислительной прокалки вельц-оксида. Установлено, что при температуре 1000 °C водяной пар частично расходуется на взаимодействие с хлоридами, в результате чего уменьшается содержание хлоридов цинка и свинца и в вельц-окиси, и в газовой фазе.
Выполнен термодинамический анализ влияния добавок оксида кальция на результаты окислительной прокалки вельц-оксида. Установлено, что добавки оксида кальция в количестве до 5 кг СаО на 100 кг вельц-оксида при 1100 °С полностью разрушают силикаты цинка и свинца, при этом образуются силикаты кальция и оксиды цинка и свинца.
Выполнен термодинамический анализ влияния добавок оксида марганца на результаты окислительной прокалки вельц-оксида. Установлено, что добавки оксида марганца способствуют распаду силикатов цинка и свинца, но в гораздо меньшей степени, чем добавки оксида кальция. Содержание силикатов цинка и свинца уменьшается на 70-75 % при добавке 80 кг MnO2 на 100 кг вельц-оксида.
Выполнен термодинамический анализ влияния добавок углерода на результаты восстановительной прокалки вельц-оксида. Изменение состава вельц-оксида при прокалке с температурой 1100 °С нарастающими добавками углерода полностью соответствует известным закономерностям вельц- процесса по восстановительной обработке цинксодержащих материалов. Углерод полностью восстанавливает металлические элементы Zn, Pb, Cd, Fe из оксидных соединений, как из индивидуальных оксидов, так и из сложных оксидов - из ферритов и силикатов. Количество необходимого для восстановления углерода отличается для разных оксидов. Первые порции углерода, до 15 кг на 100 кг вельц-оксида, расходуются на соединения легковосстановимых Pb и Cd. Цинк Zn полностью восстанавливается при расходах углерода до 50 кг. Восстановленный цинк полностью переходит в газовую фазу.

Купить