1.4. Переработка цинксодержащих шлаков вельцеванием.

Сущность процесса состоит в том, что цинксодержащий дисперсный материал смешивают с коксиком и при максимальной температуре, исключающей плавление материала, перемешивают шихту для равномерной газификации коксика и отгонки цинка по всей массе шихты. Такой процесс углетермического восстановления протекает интенсивно благодаря сильно развитой межфазной поверхности взаимодействующих веществ и тесному контакту восстановителя с восстанавливаемыми фазами при участии активного СО в момент его образования, а также благодаря отводу продуктов реакций из зоны протекания процессов восстановления.

Сохранение до конца процесса восстанавливаемого материала в твёрдом состоянии исключает растворение остаточных цинк содержащих фаз в общей массе материала. Поэтому вельцивание позволяет достичь низких остаточных концентраций цинка в переработанном материале.

Дисперсность твёрдого восстановителя и твёрдых восстанавливаемых материалов исключает значительное возрастание внутридиффузионных сопротивлений процессу. Благодаря этому достигаются при достаточно больших скоростях восстановления низкие остаточные концентрации цинка в шихте.

При вельцивании возгоны окисляются в непосредственной близости от поверхности шихты. Поэтому теплозатраты на эндотермические реакции восстановления в значительной мере компенсируются тепловыделением при окислительных реакциях. Непрерывное перемешивание шихты и противоток газа и шихты во вращающейся печи обеспечивают хороший теплоотъём шихтой от футеровки печи и от газового слоя вблизи шихты, который разогрет за счёт сгорания возгонов. Благодаря этому вельц-процесс требует значительно небольшого удельного расхода коксика как топлива, главным образом на компенсацию теплопотерь с отходящими газами и через станки вельц-печи.

Вследствие перечисленных особенностей процесса вельцивания эффективно для переработки твёрдых дисперсных и небогатых по цинку промпродуктов цинкового, свинцового и других производств, перерабатывающих цинксодержащие сырьё, а также промпродуктов обогащения и богатых окисленных цинковых и медно-цинковых руд. Процесс не ограничивает влажность исходных шихт. Он не требует высокой квалификации обслуживающего персонала благодаря устойчивости режима.

Для осуществления процесса используют вельц-печь – трубчатую вращающуюся вокруг своей оси печь, имеющую небольшой угол наклона к горизонту для создания направленного перемещения шихты от верхнего загрузочного торца к нижнему разгрузочному торцу, через который выгружают твёрдый остаток перерабатываемой шихты – клинкер.

Для нормальной работы вельц-печи необходима в шихте создавать восстановительную газовую среду, а в газовом потоке над шихтой – окислительную. Кислород в дутьё расходуется на газификацию восстановителя, на сжигание коксика и на окисление возгонов. При полном использовании газообразного кислорода, попадающего в шихту, в казовом потоке не должно быть СО, а содержание СО₂, О₂ в потоке связано с объёмной и линейной скоростями подаваемого в печь воздуха, а также с температурой газового потока в печи. Изменение параметров показано на рис. 5. Из рисунка видно, что в потоке воздуха, поданного в печь, энергично расходуется кислород на экзотермические реакции. За счёт этого и частично за счёт раскалённой шихты резко разогревается газовый поток, но на расстоянии 12 м от загрузочного торца печи расходуется практически весь кислород (остаточная концентрация < 3 %). Далее газ служит лишь носителем тепла и возгонов (выгрузка через пылеуловитель).

Так как возгоны содержат компоненты с разной способностью к окислению, то для полноты окисления возгонов, что повышает их качество, приходится повышать концентрацию кислорода в отходящих газах путём подачи подсосом вторичного воздуха на выходе газов из печи. Для интенсификации горения коксика, а также повышения концентрации кислорода в отходящих газах может быть использовано обогащение первичного воздуха кислородом. Промышленные испытания показали, что при увеличении концентрации кислорода в воздухе, проходящем через печь, до 25,7 % повышает производительность печи на 20 %, повышает максимальную температуру шихты на 100 – 150 ⁰С, улучшает качество возгонов, отпадает надобность в подтопке печи горелкой.

Главной причиной нарушения процесса вельцивания является образование настылей, снижающих производительность печи и нарушающих нормальное движение шихты в ней.

Продуктами вельцивания материалов являются вельц-оксид – промежуточный продукт, грубая пыль – оборотный продукт, клинкер, который при достаточном содержании меди является полупродуктом, и перерабатывается в медном производстве, а в противном случае является отвальным продуктом и хранится в отвалах предприятия ( содержит благородные металлы, свинец, цинк).