Oblast techniky
Vynález se týká způsobu separace zinku z pozinkovaného šrotu destilací do proudu horkého plynu.
Dosavadní stav techniky
Výroba oceli je v současné době založena z větší části na přepracování recyklovaného železného šrotu, který obsahuje významný podíl pozinkovaných dílů. Při ocelářském procesu se šrot taví a pomocí kyslíku se zbavuje uhlíku a dalších prvků, které přecházejí do strusky (např. křemíku, fosforu, síiy). Zinek a další méně obvyklé kovy (kadmium, olovo apod.) se rovněž oxidují a vytvářejí částice, které jsou spolu s oxidy železa vynášeny plynem z vsázky jako ocelářské odprašky. Na tunu vyrobené oceli vzniká asi 10 až 20 kg odprašků, které při současné míře recyklace pozinkovaného šrotu obsahují vedle převážného podílu oxidů železa okolo 10 % zinku. Zinek v odprašcích z běžných ocelářských zařízení (konvertory, elektrické obloukové pece) je však z velké části ve formě franklinitu (ZnFe2O4), který je chemicky natolik stálý, že není ekonomicky zajímavý ani jeho rozklad hydrometalurgickou ani prometalurgickou cestou. Možnost získání těkavých kovů (mimo jiné i zinku) touto cestou uvádí i patent CS 48 789. Způsob, který CS 48 789 popisuje, je určený pro Waelzovy pece a jako činidlo používá přídavek redukovadel, pomocí nichž tyto stabilní sloučeniny rozkládá.
Jistý podíl zinkitu (ZnO) byl nalezen u odprašků z procesu v zařízeních, kde ocelářský proces probíhá ve dvou etapách: (1) předehřátí šrotu, (2) kyslíkový proces v roztaveném kovu. To je technologie, provozovaná v zařízeních, označovaných jako tandemové pece. Avšak ani zde se dosud nevyplatí odprašky zpracovávat, takže jsou nákladně skládkovány jako nebezpečný odpad.
Způsob podle vynálezu tento problém řeší bez ohledu na použité zařízení i bez potřeby přídavku dalších činidel.
Podstata vynálezu
Na rozdíl od stávajících technologií obohacování zinku ze suroviny obsahující zinek a železo nebo recyklace zinku z ocelárenských odpadů, navrhovaný postup je založen na ohřevu šrotu v oxidačním prostředí při teplotách 800 až 1200 °C, při kterých zinek destiluje, zatímco železný šrot zůstává v pevném skupenství. Přitom ohřev je zajišťován horkým plynem z ocelářského procesu, probíhajícího v oddělené pánvi. Realizace takového postupu probíhá např. v tandemových ocelářských pecích. Analýzou odprašků z tandemové pece bylo zjištěno, že v průběhu cyklu zpracování vsázky se složení odprašků mění a že v jiné etapě je možno odebrat i vysoce čistou frakci, obsahující přes 40 % zinku ve formě ZnO. To již odpovídá velmi kvalitní surovině pro metalurgii zinku.
Teoretickým rozborem probíhajících tepelných a chemických procesů bylo zjištěno, že klíčovou podmínkou pro vznik na zinek bohaté frakce je dosažení teploty, při níž se zinek ze šrotu již odpařuje, zatímco železo zůstává neroztavené. To odpovídá určité definované etapě cyklu zpracování vsázky, během níž je účelné odprašky selektivně odebírat a separované zpracovat. Tenze par zinkuje při 700 °C již 8 kPa, a při 800 °C je to významných 31 kPa, což ke kvantitativní separaci zinkové vrstvy z povrchu šrotu postačuje.
Podstatou vynálezu tedy je separace zinku z pozinkovaného šrotu destilací do proudu horkého plynu, ve kterém se díky přítomnosti kyslíku vytvoří částice pevného oxidu zinečnatého. Plyn od-1 CZ 305001 B6 cházející z kyslíkového procesu zkujňování oceli sice unáší také žhavé částice oxidů železa, při kondenzaci zinku však nedochází k masivní tvorbě feritu zinečnatého a významný podíl zinku zůstane ve formě oxidu zinečnatého.
Klíčovou výhodou je zisk suroviny s vysokým podílem oxidu zinečnatého. Přitom jde o proces nevyžadující další zdroje energie ani pomocná činidla a jedinou investicí je paralelní větev pro separované zpracování příslušné části odprašků. Pokud se využívá zachycování odprašků do vody, jde o poměrně málo náročné aparáty pro sedimentaci a odvodnění vzniklého kalu.
Objasnění výkresů
Na obr. 1 je znázorněný protiproudý předehřev šrotu v tandemové peci.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
V ocelárně je zpracován netříděný šrot tak, že je prakticky mžikově převáděn na teplotu tání oceli buď stykem s roztaveným surovým železem, nebo elektrickým obloukem. Zpomalením procesu ohřevu šrotu se dosáhne postupně nejprve požadované teploty varu zinku (906 °C), při které zinek selektivně přechází do par a uniká ze směsi. Pokud se k ohřevu použije horký plyn, přechází zinek do plynu již při podstatně nižší teplotě. Ze zinkové páry vzniká v oxidačním prostředí polétavý oxid zinečnatý v pevném skupenství a ten se následně odlučuje filtrací nebo sedimentací.
Příklad 2
Z ocelářské pánve v kyslíkovém procesu zkujňování oceli odchází plyn o teplotě vysoce přesahující teplotu tání železa (1500 °C). Tepelná energie tohoto plynu protiproudně předehřívá šrot. Zachycením všech pevných podílů odprašků vzniká směs, mající koncentraci zinku 5 až 15 %. Selektivním odběrem v časovém intervalu, v němž je teplota vsázky šrotu právě okolo 800 °C, se získá směs s více než 40 % zinku, převážně ve formě oxidu zinečnatého, použitelného pro další metalurgické nebo chemické procesy.
Příklad 3
Protiproudý předehřev šrotu v tandemové peci podle obrázku 1. Pec je tvořena dvěma stejnými oddíly i a 2. Do oddílu i se nasazuje železný šrot (proud A). V oddílu 2 je roztavené železo, vzniklé ze šrotu z minulé tavby a surového železa (proud B). Do oddílu 2 se zavádí kyslík (proud C), čímž dochází k procesu zkujňování oceli. Horký ocelárenský plyn (proud D) obsahující odprašky je veden oddílem i přes šrot, který se tím předehřívá. Dále plyn postupuje (proud E) do pračky 3, kde jsou proudem vody (proud F) odlučovány odprašky. Vyčištěný plyn jde k dalšímu použití jako proud G. Voda s odprašky je vedena do procesu usazování jako proud H. Ve vhodném časovém intervalu se odvádí suspenze s vysokým podílem zinku jako proud J a zpracovává se separátně. Po skončení tavby se vypustí z oddílu 2 struska (proud K) a tavenina oceli (proud F), přívody a odvody materiálů se přepojí a cyklus začíná znovu s vyměněnými funkcemi oddílů la2.
Při konkrétní tavbě byly odprašky z tandemové pece jímány ve Venturiho pračce do vody. Hrubé, snadněji sedimentující částice obsahovaly především oxidy železa a méně než 2 % Zn. Jemná
-2 CZ 305001 B6 frakce kalu obsahovala průměrně asi 10 % Zn. V časové etapě 20 až 30 minut po zahájení dmýchání kyslíku a předehřevu šrotu byl odběrem získán výhradně kal jemný s koncentrací přes 35 % Zn s maximem 48 % Zn.
Průmyslová využitelnost
Postup podle vynálezu je využitelný pro výrobu kovového zinku nebo pro sloučeninu zinku. Produkt postupu podle vynálezu, oxid zinečnatý, je také využitelný jako bazické neutralizační činid-