Электротермия в металлургии меди свинца и цинка

в движение маховиком эксцентрикового механизма, закреплен­ ным на выступающем из питателя конце вала маятника. При движении 'маятника агломерат ссыпается с обеих сторон стола и поступает в течку 3. Изменяя амплитуду колебаний маятника, можно в широком диапазоне регулировать производительность питателя.

Течка 3 перекрыта сферической крышкой в форме полубоч­

Штейновая и свинцовая летки защищены коническими втул­ ками из плотного магнезита или графита. Втулки крепят шпу­ ровой плитой и их установка предупреждает проедание леток расплавом и возможность неорганизованного выпуска его. До установки втулок наблюдались аварийные выпуски расплавлен­ ной массы из печи и трудности при прикрывании леток. Кожух в зоне расплавленного шлака непрерывно орошается водой, что

Конденсация

Орошаемый свинцом конденсатор (рис. 87) представляет прямоугольную, выложенную из шамотного кирпича камеру длиной 3,4 м, шириной 1,5 ж и высотой 0,6 м; он соединен с пе"- чью прямоугольным стояком. Газы, покидающие конденсатор, удаляются по металлическому газоходу диаметром 400 мм и пос­ ле очистки в инерционном пылеуловителе и мокром безнасадочном скруббере выбрасываются в атмосферу.

Ванна конденсатора на глубину 150—200 мм заполнена ме­ таллическим свинцом. Через свод конденсатора проходит и на 70—100 мм погружается в свинец импеллер (рис. 88) диамет­ ром 200 мм и с числом оборотов 680 в минуту. Он интенсивно разбрызгивает свинец. Потребляемая мощность разбрызгива­ теля около 20 кет. Брызги заполняют свободный объем конден­ сатора и, ударяясь о стены и свод, отражаются от них. Пары цинка, проходя через конденсатор, резко охлаждаются свинцом и температура их понижается с 1000° С при входе до 450° С на выходе. Быстрое охлаждение паров (закалка) препятствует их окислению вследствие взаимодействия с окисью углерода. Кон­ денсирующийся цинк растворяется в свинце, образуя свинцово­ цинковый сплав.

ф310

Рис. 88. Разбрызгиватель:

/ __ чугунный импеллер; 2 -т вал; 3 — пробка; 4 — подш ипник

Тепло конденсации цинковых паров ассимилируется свин­ цовой ванной, температура которой быстро повышается. Одно­ временно растет содержание цинка в свинце. Для отъема тепла от ванны и регулирования таким образом температуры в кон­ денсаторе сплав выкачивают насосом и подают на водоохлаж-

мощностью 2 ква и 980 об/мнн. Охлажденный с 550 до 450° С сплав проходит через большой зумпф, в -котором он отстаивает­ ся. При этом отликвировавший в результате охлаждения и по­ нижения растворимости цинк всплывает иа поверхность ванны, а свинец по донному каналу возвращается в конденсатор. Цинк периодически сливается с поверхности ванны и отливается в чушки.

Приход тепла регулируется производительностью печи и со­ ответствующим количеством паров цинка, поступающих в кон­ денсатор, а расход — интенсивностью охлаждения сплава в же­ лобе.

Сплав, выкачиваемый из конденсатора, содержит 3% Zn, возвращаемый в конденсатор— 2,5% Zn. При низком содержа­ нии цинка сплав не агрессивен по отношению к железу, и в ис­ следованных условиях стальные и чугунные детал,и разбрызги­

вводились разбрызгиватели. Необходимая степень интенсивно­ сти разбрызгивания оценивается по перепаду температуры вна­ чале и конце конденсатора. При остановках разбрызгивателя или ослаблении его работы температура в конце конденсатора с нормальных 350° быстро поднималась до 650—700°€. При ра­ боте разбрызгивателя плавающие на поверхности ванны дроссьт собираются в конце конденсатора, что облегчает задачу меха­ нического их удаления из конденсатора.

При принятой производительности печи достаточно было работы одного разбрызгивателя. При увеличении производи­ тельности печи и соответственно увеличении прихода тепла для отвода его могут -быть введены в работу два импеллера и уси­ лен отвод тепла при охлаждении сплава.

По одной стороне конденсатора, по всей его длине, располо­ жено четыре зумпфа. Зумпф (рис. 90) донным каналом 6 сое­ динен с ванной конденсатора, и расплавленный свинец в нем находится на одном уровне со свинцом в ванне. Этот зумпф не сообщается с остальными. На бортах зумпфа установлен насос, всасывающая часть которого погружается в металл. Насос по­ дает сплав на подковообразный кессон-ированный желоб 9. Включая отдельные секции кессонов, можно регулировать коли­ чество отнимаемого от сплава тепла.

Охлажденный сплав поступает в зумпф 10, в котором он рас­ слаивается. Металлический цинк, содержащий небольшое ко­ личество свинца, всплывает на поверхность ванны и перетекает через порог 11 в зумпф 12. Отде­ лившийся тяжелый свинец по рас­ положенной у дна зумпфа графи­ товой трубе 13, минуя зумпф 12, поступает в зумпф 14, из которого по донному каналу 15 он возвраща­ ется в конденсатор. В боковой стен­ ке вертикального газохода имеются два окна 7, расположенных одно над другим и служащих для очист­ ки газохода, производящейся раз в

7суток.

Вконденсаторах барботажного

иструйного типа, применяемых в металлургии цинка, в качестве раз­ брызгиваемого металла служит цинк. Перерабатываемые концен­

в 7^-8 раз больше. При одинаковой* производительности по цинку во столько же раз больше коли­

чество поступающих в конденсатор горячих газов, несущих значительное количество тепла.

Чтобы отнять это тепло, необходимо создать мощный поток

теплоносителя, в качестве которого был использован свинец. Можно считать, что свинец был выбран прежде всего потому, что для его разбрызгивания, перекачивания, устройства для охлаждения и пр. можно применять высокопроизводительную стальную аппаратуру, в то время как для цинка это невоз­ можно.

Перечисленные доводы в значительной степени справедливы при переработке медно-свинцово-цинковых концентратов з элек­ тропечах.

Эти концентраты бедны цинком и содержат много свинца. Кроме того, в процессе шахтной плавки вследствие создания фильтрующего слоя относительно холодного агломерата в верх­ ней части печи созданы условия, ограничивающие переход свинца в конденсатор. При электротермическом процессе, в ус­ ловиях которого создание такого слоя невозможно, предотвра­ тить значительную возгонку свинца и попадание его в конден­ сатор трудно. Более того, в то время как при шахтной плавке свинцово-цинковых концентратов, не содержащих меди, исполь­ зуется агломерат, не содержащий серы, при плавке полиметал­ лических концентратов агломерат содержит заметное количест­ во серы, необходимой для образования медного штейна. Фазо­ вый анализ такого агломерата показывает, что некоторая часть содержащейся в нем серы связана со свинцом в виде сульфида (следует отметить, что «и сульфатная сера, связанная со свин­ цом, в условиях восстановительной атмосферы печи также бы­ стро восстанавливается до сульфидной). Упругость паров суль­

ских концентратов [378] показало, что они содержат значитель­ ное количество металлического свинца и сульфида цинка — компонентов, обладающих относительно низкой упругостью па­ ров. Это явление связано с взаимодействием в газовой фазе между сульфидом свинца и металлическим цинком по реакции PbS + Zn = Pb + ZnS.

Таким образом, в процессе электротермической переработки полиметаллических концентратов можно ожидать заметный пе­ реход металлического свинца в конденсатор. В связи с этим использование свинца для разбрызгивания вполне обосновано.

По аналогии с цинковым конденсатором предполагалось, что горячие газы и пары, пронизывая толщу свинцовых капель, за­ полняющих объем конденсатора, быстро охлаждаются и кон­ денсирующийся цинк образует свинцовоцинковый сплав.

Эта точка зрения на механизм процесса не разделяется Уорнером [386], который провел опыты по контактированию па­ ров цинка в струе азота с расплавленным свинцом.

Очевидно, что переход цинка из .газовой фазы в жидкий сви­ нец является процессом массопередачи, который контролирует­ ся диффузией. Цинк должен продиффундировать из объема печных газов, через ламинарную газовую пленку на поверхности раздела газ — жидкий свинец в объем свинцовой фазы. Таким образом, при удалении цинка из печных газов стадии образова­ ния отдельных частиц «не существует.

Образование капелек цинка в газовой фазе возможно при условии, что температура в объеме газа падает ниже точки росы, отвечающей данной концентрации паров цинка. Прини­ мая во внимание, что падение температуры связано с передачей тепла от горячих газов к более холодному свинцу и что содер­ жание цинка уменьшается приблизительно экспоненциально по мере продвижения газов по конденсатору, трудно допустить, что температура в массе газа падает ниже точки росы паров цинка в данной газовой смеси. Мало вероятно также местное охлаж­ дение и образование цинкового тумана на поверхности свинца, так как при высоких скоростях массопередачи следует предпо­ ложить существование значительного градиента парциального давления цинка в газовой пленке у поверхности свинца.

Уорнер считает, что процессы, протекающие при контакти­ ровании свинца и паров цинка, имеют абсорбционную природу и не связаны с конденсацией. Им был получен сплав при тем­ пературе на 50—60° С выше, чем точка росы цинка в исследо­ ванных условиях.

Подобное явление наблюдалось и автором при исследовании процесса конденсации. Видимо в конденсаторе, орошаемом свин­ цом, параллельно протекают оба процесса — абсорбции и кон­ денсации.

Конденсатор, орошаемый цинком

Опыт эксплуатации конденсатора со свинцовым орошением наряду с известными преимуществами этого агрегата выявил некоторые его недостатки. При конденсации образуется значи­ тельное количество дроссов, богатых свинцом. Убыль свинца, удаляемого с дроссами, необходимо пополнять металлом, за­ гружаемым в конденсатор. В процессе происходит значитель­ ная циркуляция свинца, связанная с дополнительными потерями этого металла, поскольку отдельная переработка дроссов или возвращение их в шихту агломерации не iMoryT обойтись без по­

терь.

Поэтому интересен опыт применения конденсатора с цинко­ вым орошением к коллективным концентратам.

Плавку вели в описанной выше круглой электропечи, а кон­ денсатор, орошаемый цинком, приведен на рис. 91. Конденса-

Рис. 91. Струйный конденсатор, орошаемый цинком: