Pierwszenstwo: Opublikowano: 28. IV. 1966 50869 KI. 40 a, 19/28 MKP C 22 b AAJZA UKD ^iSLIOTEKA Urzedu Patentowego Pclshicj JteypaspuliUj Luobmj Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Zygmunt Sojecki, mgr inz. Stefan Zielinski Wlasciciel patentu: Zaklady Cynkowe „Silesia" Przedsiebiorstwo Pan¬ stwowe, Katowice-Welnowiec (Polska) Sposób wytwarzania cynku metalicznego w plytach ze zgarów cyn¬ kowych Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania cynku metalicznego w plytach w znanych krótkich piecach obrotowych na przyklad typu „Thede" ze zgarów cynkowych powstalych przewaznie w plo¬ miennych piecach do stapiania cynku blokowego, w plomiennych piecach rafinacyjnych oraz w pie¬ cach do przetapiania katod cynku elektrolitycznego.Wynalazek dotyczy takze obróbki zgarów cynko¬ wych przed stapianiem ich w piecach obrotowych.Obróbka powyzsza polega na suszeniu zga¬ rów w atmosferze suchego powietrza w celu przy¬ najmniej czesciowego odparowania z nich wody hi- groskopijnej zwiazanej przede wszystkim z chlor¬ kiem cynku. Metoda obróbki zgarów cynkowych polega takze na mechanicznej przeróbce zgarów w ten sposób, ze zgary przepuszcza sie przez walce w celu zgniecenia ich w postac blaszek metalicz¬ nego cynku. Nastepnie zgary cynkowe poddane operacji walcowania przesiewa sie na przyklad w sitach bebnowych w celu oddzielenia metalicz¬ nych blaszek od drobnoziarnistego tlenku cynku.Dotychczas ze zgarów cynkowych powstalych przewaznie w plomiennych piecach do stapiania -cynku blokowego, w plomiennych piecach rafina¬ cyjnych oraz w piecach do przetapiania katod cyn¬ ku elektrolitycznego byl produkowany cynk me¬ taliczny w plytach przewaznie w piecach desty¬ lacyjnych o muflach lezacych. Zgodnie z tym spo¬ sobem zgary cynkowe byly mieszane z weglem — 10 15 20 25 30 reduktorem. Zgary cynkowe stanowily czesto takze dodatek do wsadu cynkonosnego, zlozonego z aglo¬ meratów tlenku cynku, spiekanego tlenku cynku lub speletyzowanego tlenku cynku.Nadmiar cynkonosny zawierajacy zgary cynko¬ we ladowany byl do ceramicznych mufli pieców destylacyjnych, gdzie przy odpowiedniej tempera¬ turze tlenkowe zwiazki cynku byly redukowane tlenkiem wegla lub bezposrednio weglem. Cynk otrzymywany w muflach , w postaci par wraz z gazamii poTedukcyjnymi przeplywal do ceramicz¬ nych nadstawek, gdzie z powodu obnizenia tem¬ peratury ponizej temperatury wrzenia cynku pary tego metalu skraplaly sie, tworzac plynny metal i czesciowo kondensatorowe zgary cynkowe. Nie- skroplona pozostalosc par cynku wraz z gazami poredukcyjnymi przeplywala do metalowych ba¬ lonów, gdzie cynk byl wytracany w postaci su¬ rowego pylu cynkowego a gazy poredukcyjne sca¬ laly sie w postaci plomyków.Z palacymi sie gazami poredukcyjnymi uchodzi¬ ly takze niewytracone pary cynku, które stanowily bezpowrotna strate, poniewaz skolektorowane ga¬ zy po spaleniu gazów poredukcyjnych nad balo¬ nami, nazywane gazami kominkowymi, nie byly przewaznie odpylane. Plynny cynk po zdjeciu me¬ talowych balonów z ceramicznych nadstawek jest sciagany wraz z kondensatorowymi zgarami cyn- 5086950869 kowymi do niewielkich kielni (wózków odlewni¬ czych).W przypadku przeróbki zgarów cynkowych w piecach destylacyjnych o muflach lezacych wy¬ posazonych w kondensatory scianowe, pary cynku kondensuja w postaci plynnego metalu i czescio¬ wo kondensatorowych zgarów cynkowych. W cza¬ sie takiego procesu kondensacji nie otrzymuje sie surowego pylu cynkowego, chociaz gazy poreduk- cyjne sa odpylane, ale odzysk surowego pylu cyn¬ kowego jest bardzo maly.Wada tych sposobów otrzymywania cynku me- "• talicznego w plytach ze zgarów cynkowych jest to, ze przewaznie zgary cynkowe powstale w plomien¬ nych piecach rafinacyjnych oraz w piecach do przetapiania katod cynku elektrolitycznego i w plo¬ miennych piecach do stapiania cynku blokowego zawieraja pewne ilosci chlorku cynku i chlorku amonu. Chlorek cynku w procesie redukcji tlen¬ kowych zwiazków cynku w piecach destylacyjnych o muflach lezacych przewaznie przechodzi do su¬ rowego pylu cynkowego i czesciowo do konden¬ satorowych zgarów cynkowych.Chlorek amonu powoduje tworzenie chlorku cynku po zetknieciu sie przede wszystkim z para¬ mi cynku. Zawartosc chlorku cynku w kondensa¬ torowych zgarach cynkowych powoduje, ze otrzy¬ mywanie cynku metalicznego w plytach w piecach obrotowych (Thede) jest utrudniona i ogólnie z te¬ go powodu wydajnosc tych agregatów znacznie sie obniza. W pyle cynkowym zawierajacym chlorki cynku po dluzszym jego stykaniu z wilgocia za¬ warta w atmosierze spada znacznie ilosc cynku metalicznego, tak ze surowy pyl cynkowy moze sie okazac nieprzydatny po przesianiu (przesiewa¬ ny pyl cynkowy) nawet do cementacji kadmu i miedzi z roztworu siarczanu cynku. Pyl cynko¬ wy zawierajacy chlorki cynku w czasie jego sta¬ piania w krótkich piecach obrotowych (Thede) po¬ woduje takze obnizenie wydajnosci tych agregatów.Niekorzystne zjawisko utleniania surowego pylu cynkowego oraz kondensatorowych zgarów cynko¬ wych zawierajacych chlorek cynku jest spowodo¬ wany tym, ze zwiazek ten (ZnCl2) jest bardzo hi- groskopijny, co z kolei powoduje utlenianie cynku zgodnie z reakcja: Zn + H20=ZnO + H2, w takim stopniu, ze moze spowodowac zapalenie skladowa¬ nego surowego pylu cynkowego oraz nawet nie¬ kiedy wybuch szczególnie surowego pylu cynko¬ wego.Nalezy zaznaczyc, ze sposób otrzymywania cyn¬ ku metalicznego w plytach ze zgarów cynkowych w piecach destylacyjnych o muflach lezacych przez redukcje tlenkowych zwiazków cynku polaczony byl ze znacznymi nieuchwytnymi stratami cynku, przy jednoczesnym teoretycznie nieuzasadnionym znacznym zuzyciu wegla — reduktora.Celem wynalazku jest usuniecie niedogodnosci stosowanych sposobów otrzymywania cynku meta¬ licznego ze zgarów cynkowych oraz bezposrednie stapianie cynku metalicznego, zawartego w zga¬ rach cynkowych.Zadanie wytyczone w celu zmniejszenia poda¬ nych niedogodnosci zostalo rozwiazane zgodnie 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 65 z wynalazkiem w ten sposób, ze zgary cynkowe powstale przewaznie w plomiennych piecach do stapiania cynku blokowego w plomiennych piecach rafinacyjnych oraz w piecach do przetapiania ka¬ tod cynku elektrolitycznego, zawierajace 60% do 70% wagowych cynku metalicznego laduje sie do bebnów pieców „Thede". Cynk metaliczny zawar¬ ty w zgarach cynkowych w temperaturze do 600°C stapia sie na plynny metal w czasie ruchu obrotowego bebna pieca „Thede". Po pewnym czasie beben zatrzymuje sie i wypuszcza z niego cynk do pieca odstojowego lub rafinacyjnego.W piecach tych w temperaturze od 430—450°C dokonuje sie rafinacji likwacyjnej w celu od¬ dzielenia cynku od olowiu oraz zelaza. W bebnie pieca „Thede" po wypuszczeniu plynnego metalu pozostaja popioly cynkowe, które usuwane sa z bebna. Popioly cynkowe zawieraja przede wszyst¬ kim tlenek cynku, czesciowo takze cynk metalicz¬ ny oraz chlorek cynku i po zmieszaniu z we¬ glem — reduktorem poddaje sie je oddzielnie pro¬ cesowi redukcji w piecach destylacyjnych o muf¬ lach lezacych. < Otrzymane w procesie redukcji popiolów cyn¬ kowych kondensatorowe zgary cynkowe w nad¬ stawkach i surowy pyl cynkowy w metalowych balonach, obok cynku hutniczego kierowane sa do stapiania w piecu obrotowym lub zawracane sa do namiaru zlozonego z popiolów cynkowych, pow¬ stalych w procesie stapiania zgarów cynkowych wedlug wynalazku. Kondensatorowe zgary cynko¬ we i surowy pyl cynkowy zawracany jest do na¬ miaru pieców destylacyjnych az do chwili, kiedy zawartosc chloru w nich nie przekroczy 3% wa¬ gowych. Gdy ilosc chloru w zgarach cynkowych jest powyzej tej granicy, wtedy kondensatorowe zgary cynkowe i surowy pyl cynkowy poddaje sie odchlorowaniu za pomoca wapna palonego. Pro¬ ces odchlorowania prowadzony jest w odpowied¬ niej temperaturze z tym, ze mozna dla przyspie¬ szenia procesu odchlorowania oddzialywac na zga¬ ry cynkowe para wodna, która powoduje szybsze uzyskanie odpowiedniej temperatury, w której chlorek cynku rozklada sie, a chlor wiaze sie wap¬ niem. Proces odchlorowania mozna takze przepro¬ wadzic przez rozpuszczenie chlorku cynku w wo¬ dzie, nastepnie osuszenie odchlorowanych konden¬ satorowych zgarów cynkowych i surowego pylu cynkowego. W przypadku przekroczenia 3% wa¬ gowych chloru w popiolach cynkowych uzyska¬ nych w procesie stapiania w piecach „Thede" zga¬ rów cynkowych powstalych przewaznie w plomien¬ nych piecach do stapiania cynku blokowego o plo¬ miennych piecach rafinacyjnych oraz w piecach do przetapiania katod cynku elektrolitycznego pod¬ daje sie je odchlorowaniu.Wytyczone zadanie moze byc takze rozwiazane w ten sposób, ze przed zaladowaniem zgarów cyn¬ kowych do bebna pieca „Thede" suszy sie je w at¬ mosferze suchego powietrza w celu odparowania z nich wody niezwiazanej oraz przynajmniej cze- rciowe odparowanie z nich wody higroskopijnej, zwiazanej przede wszystkim z chlorkiem cynku.Wytyczone zadanie moze byc takze rozwiazane-50869 6 w ten sposób, ze zgary cynkowe przepuszcza sie przez walce, w celu zgniecenia w postaci blaszek cynku metalicznego. Po tej operacji zgary cynko¬ we poddaje sie przesiewaniu na przyklad w sitach bebnowych, gdzie nastepuje oddzielenie blaszek cynku metalicznego od drobnoziarnistego tlenku cynku. Blaszki metalicznego cynku stanowia wsad do pieców obrotowych „Thede", a drobnoziarnisty tlenek cynku zawierajacy znaczne ilosci chlorku cynku i pewne ilosci chlorku amonu poddaje sie ewentualnie po odchlorowaniu redukcji w piecach destylacyjnych o muflach lezacych.Popioly cynkowe uzyskane w bebnach pieców „Thede" w czasie stapiania zgarów cynkowych oraz drobnoziarnisty tlenek cynku w procesie prze¬ siewania poddanych walcowaniu zgarów cynko¬ wych przed ich procesem redukcji w piecach de¬ stylacyjnych o muflach lezacych poddawane sa speletyzowaniu, w celu poprawy przewiewnosci wsadu w czasie procesu redukcji.Przedmiot wynalazku jest dokladniej wyjasnio¬ ny na podstawie jego przykladów wykonania.Przyklad I. Zgary cynkowe powstale prze¬ waznie w plomiennych piecach do stapiania cyn¬ ku blokowego, w plomiennych piecach mfinscyj- nych oraz w piecach do przetapiania katod cynku elektrolitycznego, zawierajace 60%, do 70% wago¬ wych cynku metalicznego laduje sie do bebna pie¬ ca obrotowego przez otwór w jego dennicy.Po napelnieniu bebna zamyka sie otwór w jego dennicy i uszczelnia mase hutnicza. Zaladowany beben wprowadza sie w ruch obrotowy i wsad poddaje przeponowemu ogrzewaniu do tempera¬ tury 600° C. W czasie ruchu obrotowego poszcze¬ gólne metaliczne ziarna zawarte w zgarach cyn¬ kowych najpierw scieraja otoczke tlenkowa o k^r- borundowa wymurówke bebna a nastepnie stapia¬ ja sie, tworzac wieksze granulki, kt5re z kolei tworza plynny metal.Po okreslonym czasie, przewaznie od 6 do 8 go¬ dzin beben zatrzymuje sie i przebija otwór spusto¬ wy w dennicy bebna po uprzednim zalozeniu ryn¬ ny spustowej, laczacej beben pieca obrotowego z piecem odstojowym lub rafinacyjnym. Tempera¬ ture w piecach odstojowych lub rafinacyjnych utrzymuje sie stale w granicach od 430 do 450° C.W takiej temperaturze cynk otrzymany w bebnie pieca obrotowego rafinuje sie metoda likwacji i tworzy trzy warstwy: olowiu cynkowego, war¬ stwe posrednia cynku twardego i warstwe cynku rafinowanego. Po wypuszczeniu plynnego metalu w bebnie pozostaja popioly cynkowe, które sa wy¬ ciagane z bebna pieca obrotowego po wyjeciu z je¬ go dennicy ksztaltki szamotowej.Popioly cynkowe, jezeli zawieraja ponizej 3% wagowych chloru, poddawane sa speletyzowaniu i nastepnie po zmieszaniu z weglem — reduktorem laduje sie je do mufli pieców destylacyjnych, gdzie tlenek cynku redukuje sie w temperaturze do oko¬ lo 1150° C. Produktami tej redukcji jest cynk hut¬ niczy w plytach, kondensatorowe zgary cynkowe i surowy pyl cynkowy. Jezeli kondensatorowe zga¬ ry cynkowe i surowy pyl cynkowy zawieraja po¬ nizej 3% wagowych chloru, a korzystniej jest, aby zawartosc chloru nie przekraczala 2% wagowych,, kierowane sa do stapiania w bebnach pieców obro^ towych.Jezeli natomiast ilosc chloru w popiolach cyn- 5 kowych, kondensatorowych zgarach cynkowych i surowym pyle cynkowym przekracza. 3% wago¬ wych, kazdy ten material cynkonosny poddaje,siej oddzielnie odchlorowaniu za pomoca wapna pa¬ lonego lub sposobem mokrym przez rozpuszczanie 10 chlorku cynku i chlorku amonu w wodzie. Odchlor rowane kondensatorowe zgary cynkowe i surowy pyl cynkowy oraz po speletyzowaniu popioly cyn¬ kowe stanowia wsad dla oddzielnych pieców de¬ stylacyjnych, gdzie poddawane sa redukcji tlen- 15 kowe odpady cynku (popioly cynkowe) powstale w procesie stapiania zgarów cynkowych w krót¬ kich piecach obrotowych.Przyklad II. Zgary cynkowe powstale prze¬ waznie w plomiennych piecach do stapiania cynku blokowego, w plomiennych piecach rafinacyjnych oraz w piecach do przetapiania katod cynku elek¬ trolitycznego, zawierajace 60% do 70% cynku me¬ talicznego, suszy sie w atmosferze suchego powie- 25 trza, w celu odparowania z nich wody nieTwiaza- nej oraz przynajmniej czesciowego odiparowania z nich wody higroskopijnej zwiazanej przede wszystkim z chlorkiem cynku. Proces suszenia prowadzi sie w takiej temperaturze, aby cynk me- 3o taliczny nie ulegal utlenieniu. Temperatura ta nie powinna przekroczyc 200° C. Podsuszone zgEiy cynkowe poddaje sie nastepnie obróbce, tak Jak w przykladzie I.Przyklad III. Zgary cynkowe powstale prze- 35 waznie w promiennych piecach do stapiania cyniku: blokowego, w plomiennych piecach rafinacyjnych. oraz w piecach do przetapiania katod cynku elek¬ trolitycznego przepuszcza sie przez walce. Cynk metaliczny zawarty w zgarach cynkowych ulega. 40 splaszczeniu, tworzac placki w ksztalcie blaszek.Nastepnie po tej operacji zgary cynkowe kieruje sie na sita bebnowe, na których blaszki cynku metalicznego tworza nadziarno, a drobnoziarnisty tlenek cynku podziarno. Blaszki cynku metalicz- 45 nego kierowane sa do bebna pieca obrotowegor gdzie poddawane sa stopieniu w temperaturze da G00° C, a otrzymany plynny metal poddaje sie ra¬ finacji likwacyjnej. Drobnoziarnisty tlenek cyn¬ ku, uzyskany w procesie przesiewania jako pod¬ ziarno — jezeli zawiera powyzej 3% wagowych 'chloTu — poddawany jest odchlorowaniu za po¬ moca wapna palonego lub sposobem mokrymi przez rozpuszczenie chlorku cynku i amonu w wo¬ dzie. Po tej operacji obróbki material ten podda¬ je sie speletyzowaniu.Drobnoziarnisty tlenek cynku zawierajacy po¬ nizej 3% wagowych chloru, a korzystniej jezeli za¬ wartosc chloru nie przekracza 2% wagowych, eo bezposrednio poddaje sie speletyzowaniu po pro¬ cesie przesiewania. Zgranulowany w operacji pe- letyzacji tlenek cynku po zmieszaniu z weglem — reduktorem, kieruje sie na piece destylacyjne o muflach lezacych, gdzie poddaje sie go redukcji 65 w temperaturze do 1130° C. Takze popiól cynko- 5550869 7 wy uzyskany w czasie stapiania blaszek cynku me¬ talicznego poddany olbróbce odchlorowania i pele- tyzacji kierowany jest na piece destylacyjne.Z kondensatorowych zgarów cynkowych i suro¬ wego pylu cynkowego, uzyskanych na piecach de- 5 stylacyjnych otrzymuje sie cynk w plytach jak w przykladzie I.Dzieki zastosowaniu jednego z przykladów wykonania wynalazku przy otrzymywaniu cynku metalicznego ze zgarów cynkowych, zmniejszyly ie sie straty nieuchwytne cynku oraz zuzycie energii cieplnej. PL