Opublikowano: 28.111.1969 57044 KI. 40 a, 19/32 MKP C 22 b UKD 669.54 «h* W Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Zdzislaw Radzikowski, inz. Mieczy¬ slaw Kitala, inz. Zbigniew Ochmanski Wlasciciel patentu: Zaklady Cynkowe „Silesia*' Przedsiebiorstwo Pan¬ stwowe, Katowice — Welnowiec (Polska) Sposób rafinacji cynku i urzadzenie do stosowania tego sposobu Przedmiotem wynalazku jest sposób rafinacji cynku i innych stopów cynkowych w karborundo- wych kolumnach rektyfikacyjnych metoda redesty- lacji sposobem ciaglym, w którym proces defleg- macji glównie w olowiowej kolumnie rektyfika¬ cyjnej prowadzi sie poprzez zmniejszenie szybkosci par cynkowo-kadmowych w górnej czesci defleg- matora oraz przepuszczenie ich przez filtr na przy¬ klad zlozony z pretów karborundowych.Wynalazek dotyczy takze urzadzenia sluzacego do realizacji deflegmacji zanieczyszczonych par cynku przez zainstalowanie w górnej czesci defleg- matora komór umozliwiajacych zmniejszenie szyb¬ kosci przeplywajacych par oraz filtra.Dotychczas cynk hutniczy otrzymany przez re¬ dukcje tlenkowych zwiazków cynku na drodze ogniowej przewaznie w piecach destylacyjnych o muflach lezacych oraz cynk otrzymany w obro¬ towych piecach „Thede" z kondensatorowych zga¬ rów cynkowych oraz innych zgarów cynkowych lub popiolów cynkowych i metalicznego pylu cyn¬ kowego jest rafinowany w kolumnach rektyfika¬ cyjnych w celu otrzymania cynku co najmniej o czystosci 99,99°/© Zn. Piec do rafinacji metoda redestylacji sposobem ciaglym sklada sie przewaz¬ nie z trzech kolumn rektyfikacyjnych. Kadmowa kolumna rektyfikacyjna jest usytuowana w srod¬ ku dwu olowiowych kolumn rektyfikacyjnych za¬ instalowanych na jednej linii prostej po obu stro¬ nach kadmowej kolumny rektyfikacyjnej. Cynk wsadowy stapia sie w temperaturze do 600°C w piecach do stapiania usytuowanych na górnym po¬ ziomie roboczym przy olowiowej kolumnie rekty¬ fikacyjnej i nastepnie przez skrzynke posrednia 5 plynny metal nadaje sie do olowiowej kolumny rektyfikacyjnej.W olowiowej rektyfikacyjnej kolumnie w odpar- niku zlozonym ze skrzynek karborundowych w ksztalcie litery „W" usytuowanych w komorze io ogniowej nastepuje 'odparowanie cynku i kadmu od innych metali o wyzszej temperaturze wrzenia od cynku. Pary cynku i kadmu zanieczyszczone niewielka iloscia olowiu wznosza sie ku górze i przechodza do deflegmatora. Karborundowe 5 skrzynki deflegmatora posiadaja ksztalt prostokat¬ ny o dnie niemal plaskim .W skrzynce takiej nie gromadza sie duze-ilosci zanieczyszczonego meta¬ lu. Plynny metal splywa przez otwór skrzynki karborundowej w .'"dól do nizej usytuowanej skrzyn¬ ki gdzie zatrzymuje sie na krótko nie podlegajac zbytniemu odparowaniu. Karborundowe skrzynki w olowiowej kolumnie rektyfikacyjnej przylegaja do siebie z tym, ze sa obrócone w stosunku do sie¬ bie o kat 180°, wskutek czego frakcje zarówno pa¬ rowe jak i plynne musza przechodzic przez ko¬ lumne rektyfikacyjna torem zygzakowatym. W deflegmatorze w temperaturze obnizonej nastepuje kondensacja par metali stanowiacych zanieczysz¬ czenie par cynku i kadmu. Metale zanieczyszcza- 30 jace cynk i kadm posiadaja wysoki punkt wrze- 20 25 57 0443 57 044 4 nia jak na przyklad olów i zwykle sa osrodkiem kondensacji takze dla par cynku. Z tego powodu im wyzej znajduje sie karborundowa skrzynka de- flegmatora tym mniej olowiu zawieraja pary cyn¬ ku i kadmu a za tym w wiekszym stopniu sa uwolnione w ogóle od zanieczyszczen.Proces oczyszczania nastepuje glównie w wyniku zetkniecia sie par cynkowokadmowych oraz mgly olowiowej ze sciankami pólek deflegmatora oraz z metalem uprzednio skroplonym, splywajacym w dól kolumny. Stykanie sie czastek gazowej fazy ze s1;aif| lub ciekla faza odnosi sie w zasadzie do tych czastek, które znajduja sie w najblizszym sasiedz¬ twie scianek pólek deflegmatora, wzglednie ciekle¬ go metalu. Jednak nie pozwala to na wydzielanie z par cynkowo-kadmowych mniejszych zawartosci zanieczyszczen metali o wyzszym od cynku punk¬ cie wrzenia a przede wszystkim olowiu. Stan ten jest spowodowany tym, ze pary cynku i kadmu przeplywaja przez ,deflegmator prawie ze z jedna¬ kowa predkoscia, która nie sprzyja koagulacji mgiel cynkowo-olowiowych.Dotychczas deflegmacje par cynku i kadmu do¬ konuje sie w deflegmatorze stanowiacym górna czesc olowiowej kolumny rektyfikacyjnej. Defleg- mator zlozony jest z jednakowych skrzynek przy czym wieksza nieco pojemnosc posiada skrzynka górna do której podlaczone jest korytko laczace deflegmator z kondensatorem. Deflegmatory sa od góry oblozone wymurówka z cegly izolacyjnej.Wymurówka jest zwykle usztywniona konstrukcja stalowa. Odleglosc miedzy zewnetrznymi scianka¬ mi karborundowych skrzynek deflegmatora a wy¬ murówka wynosi okolo 20 mm. Pomiedzy karbo- rundowymi skrzynkami deflegmatora z wymurów¬ ka w czasie eksploatacji kadmu kolumny rektyfi¬ kacyjnej nie przeplywa medium gazowe. Dolna czesc deflegmatora od jego podstawy do wysokosci okolo 600 mm to jest do wymurówki izolacyjnej górnej czesci deflegmatora w czasie eksploatacji kolumny rektyfikacyjnej jest praktycznie pozba¬ wiona izolacji, poniewaz prowizoryczne budowane przed uruchomieniem pieca scianki izolacyjne po kilku lub kilkunastu dniach normalnej pracy pie¬ ca sa usuwane.W obu olowiowych kolumnach rektyfikacyjnych w trzy kolumnowym piecu rektyfikacyjnym w wy¬ niku procesu destylacji cynku i kadmu w odpar- niku oraz deflegmatorze par cynku i kadmu okolo 75% wagowych cynku wsadowego wraz z cala za¬ wartoscia kadmu w postaci par przeplywa do kar¬ borundowych kondensatorów skad po skondenso¬ waniu w postaci plynnego cynku splywa do kad¬ mowej kolumny rektyfikacyjnej. W kadmowej ko¬ lumnie rektyfikacyjnej nastepuje sposobem ciag¬ lym rozdzial cynku i kadmu (redestylacja), przy czym cynk splywa w dól kolumny do zbiornika cynku czystego a glównie pary kadmu i czesc par cynku wedruja w góre kolumny gdzie cynk skrapla sie na pólkach deflegmatora a pary kadmu oraz nieznaczna czesc par cynku przechodzi przez korytko ceramiczne do ceramicznego kondensatora polaczonego z kondensatorem — odpylnikiem i amortyzatorem cisnien. Pozostale 25% wagowych cynku wsadowego, który nie odparowal na pól¬ kach kolumny olowiowej albo zostal skroplony w deflegmatorze wraz z zanieczyszczeniami o wyz¬ szej temperaturze wrzenia od cynku (Pb, Fe, Cu, Sn, Tl i inne) splywa do kotliny kazdej olowiowej kolumny rektyfikacyjnej a nastepnie do pieca ra- finacyjnego usytuowanego obok olowiowej kolum¬ ny rektyfikacyjnej. Cynk ten zawiera wszystkie i niemal w pelnej ilosci metale wyzej wrzace od cynku zawarte w cynku wsadowym. W piecu rafi- nacyjnym cynk pozbawiony kadmu poddaje sie rafinacji metoda segregacji. W procesie tym otrzy¬ muje sie cynk rafinowany pozbawiony kadmu, olów cynkowy i cynk twardy oraz zgary cynkowe.Wada dotychczas znanego i stosowanego sposobu rafinacji cynku w karborundowych kolumnach rektyfikacyjnych metoda ciaglej redestylacji bylo to, ze proces ten nie pozwalal na utrzymanie niskich zawartosci olowiu w cynku rektyfikowa¬ nym, poniewaz znaczna jego czesc przedostawala sie z przestrzeni deflegmatora kolumny^olowiowej do kondensatorów. W konsekwencji tego otrzymy¬ wano cynk o czystosci 99,99% wagowych cynku przy zawartosci olowiu do 0,005°/o wagowych lub nawet powyzej tej granicy. Olów mimo wy«okiego punktu wrzenia przedostawal sie do deflegmatora glównie w postaci mgly, która to mgla powstawa¬ la w czasie intensywnego wrzenia cynku w odpar- niku kolumny olowiowej. Glównym powodem tego byl fakt, ze koagulacja mgiel olowiu oraz wytra¬ canie czastek olowiu z par cynkowo-kadmowych byla w powaznym stopniu ograniczona z powodu niezupelnego kontaktu mgiel olowiu ze sciankami deflegmatora oraz z cieklym cynkiem.Dotychczas takze jest znany sposób otrzymywa¬ nia cynku o czystosci okolo 99,999 ku metoda redestylacji sposcbem ciaglym w piecu rektyfikacyjnym cynku typu New-Jersey. Sposób ten polega na tym, ze temperature w komorze ogniowej olowiowej kolumny utrzymuje sie w za¬ kresie od 1080 do 1140°C natomiast temperature w kolumnie kadmowej w zakresie od 1040 do 1100°C przy dwukolumnowym ukladzie kolumn rektyfi¬ kacyjnych a przy ukladzie trzykolumnowym w za¬ kresie od 1140 do 1220°C.W celu wytracenia mgiel cynkowo-olowiowych podstawe deflegmatora zwlaszcza kolumny olowio¬ wej izoluje sie na takiej wysokosci, aby spowodo¬ wac wzrost kropelek mgly i zapobiec uniesieniu ich strumieniem par metali do skraplacza. Do ko¬ lumny olowiowej oprócz cynku hutniczego wpro¬ wadza sie cynk czysty o zawartosci okolo 99,99% wagowych cynku w celu zmniejszenia zawartosci olowiu we wsadzie.Wada tego sposobu jest koniecznosc zawracania do kolumny olowiowej cynku czystego i z tego powodu znacznie maleje wydajnosc pieca rektyfi¬ kacyjnego cynku przy jednoczesnym zwiekszonym zuzyciu paliwa na jednostke produkcji cynku czystego.Celem wynalazku jest usuniecie lub co najmniej zmniejszenie niedogodnosci powstalych w czasie deflegmacji par cynku i kadmu w procesie rafi¬ nacji cynku metoda ciaglej redestylacji w kolum¬ nach rektyfikacyjnych oraz opracowanie odpowied¬ niej konstrukcji deflegmatora umozliwiajacej efek- 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 605 &7 044 6 tywne zmniejszenie w cynku czystym glównie olo- - wiu.Zadanie wytyczone w celu usuniecia lub co naj¬ mniej zmniejszenia podanych niedogodnosci zo¬ stalo rozwiazane zgodnie z wynalazkiem w ten , sposób, ze doplywajace do górnej czesci deflegma¬ tora zwlaszcza olowiowej kolumny rektyfikacyjnej . stanowiacej czesc skladowa pieca do rektyfikacji cynku; pary metali zawierajace mgle cynkowo- - olowiowa zmniejszaja znacznie szybkosc przeply¬ wu dzieki zastosowaniu jednej lub wiecej komór ulozonych ze skrzynek bez dna o wiekszej pojem¬ nosci od skrzynek (pólek) deflegmatora oraz na- . wstepnie przepuszczeniu par metali przez jeden lub kilka ceramicznych filtrów, po czym niekroplona czesc par metali kieruje sie w znany sposób do kondensatora. Pary metali skierowane przez ko¬ mory o wiekszej objetosci od skrzynek deflegma¬ tora posiadaja zmniejszona szybkosc przeplywu, która sprzyja intensywniejszej kondensacji nieco v ciezszej mgly cynkowo-olowiowej. Zmniejszenie .szybkosci przeplywu powoduje przemieszanie sie . strumienia par metali, co zwieksza ilosc czastek mgly cynkowo-olowiowej stykajacej sie z scianka¬ mi pólek (skrzynek) i cieklego metalu. Przez za¬ stosowanie filtru ceramicznego na przyklad w po- . staci kratownicy z pretów karborundowych, .. skrzynki wypelnionej koksem lub innymi mate¬ rialami zwieksza sie powierzchnie styku fazy ga¬ zowej, plynnej i stalej co przyczynia sie do osa- *. dzania sie mgly cynkowo-olowiowej na przykla¬ dach na pretach i jej koagulacji, która nastepnie splywa w postaci kondensatu do odparnika. Spo¬ sób oczyszczania par cynku z metali o wyzszym punkcie wrzenia od punktu wrzenia cynku we¬ dlug wynalazku przyczynia sie do poprawy jakosci produkowanego cynku, szczególnie do zmniejsze- . nia zawartosci olowiu bez ograniczenia wydajnosci pieca do rektyfikacji cynku.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, który przedstawia . schemat ogólny w przekroju pionowym deflegma¬ tora olowiowej kolumny rektyfikacyjnej stanowia¬ cej czesc skladowa pieca do rektyfikacji cynku.Jak uwidoczniono na rysunku deflegmator olo- • wiowej kolumny rektyfikacyjnej sklada sie z kar¬ borundowych skrzynek 1 zamknietych na calej lub czesci swej wysokosci w nieuwidocznionej na ry- .. sunku ceramicznej obudowie. Górna skrzynka 2 deflegmatora kolumny olowiowej posiada wieksza pojemnosc i jest polaczona korytkiem 3 z nieuwi- docznionym na rysunku kondensatorem. Nad , skrzynkami (pólkami) 1 deflegmator zostal dodat¬ kowo zaopatrzony w komore 4 zlozona z dwóch . skrzynek 5 nieposiadajacych dna oraz filtr cera- . miczny 6 zlozony z skrzynki 7 wypelnionej karbo- rundowymi pretami 8 ulozonymi w skrzynce 7 w kilku warstwach w postaci kratownicy. Prety 8 wypelniajace ceramiczny filtr 6 sa tak ulozone, ze pierwsza górna warstwa zlozona jest z pretów 8 usytuowanych równolegle do dwóch wewnetrznych scianek skrzynki 7. W nastepnej nizszej warstwie prety 8 sa usytuowane prostopadle do pretów 8 rz pierwszej górnej warstwy. Prety 8 w kolejnej --warstwie sa. równolegle do pierwszej górnej war¬ stwy i przewaznie usytuowane pod wolnymi prze¬ strzeniami warstwy pierwszej.Zmieniajac konstrukcje olowiowej kolumny rek¬ tyfikacyjnej zmieniamy warunki fizyczne pracy a deflegmatora do tego stopnia, ze pary cynkowo- kadmowe zawierajace mgle cynkowo-olowiowa po osiagnieciu komory 4 znacznie zmniejszaja szyb¬ kosc przeplywu i tym samym przy jednoczesnym schlodzeniu powstaja lepsze warunki do koagulacji io w wieksze kropelki mgly cynkowo-olowiowej i na¬ stepnie do jej kondensacji. Pozostala ilosc mgly cynkowo-olowiowej wraz z parami cynkowo-olo- wiowymi przeplywa ku górze deflegmatora gdzie napotyka na dalszej swej drodze na ceramiczny 15 filtr 6 wypelniony karborundowymi pretami 8 gdzie nastepuje kontakt mgly cynkowo-olowiowej z pretami 8 i zmiana kierunku poszczególnych strumieni par cynkowo-kadmowych, która zwielo¬ krotnia kontakt mgly cynkowo-olowiowej z preta- 20 mi 8. Dzieki lepszej koagulacji mgly cynkowo-olo¬ wiowej w komorze 4 w czasie zmniejszenia sie szybkosci przeplywu par cynkowo-kadmowych oraz przez kontakt mgly z pretami 8 ceramicznego fil¬ tra 6 znaczna ilosc mgly skrapla sie i w postaci 25 plynnej splywa w dól deflegmatora a nastepnie przez odparnik olowiowej kolumny rektyfikacyjnej do pieca rafinacyjnego na dolnym podescie robo¬ czym. Pary cynkowo-kadmowe przeplywaja z ce¬ ramicznego filtra 6 do górnej skrzynki 2 deflegma- 30 tora a nastepnie korytkiem 3 do nieuwidocznio- nego na rysunku kondensatora.Sposób wedlug wynalazku i urzadzenie do jego stosowania umozliwia praktycznie pozbawic znacz¬ na ilosc olowiu z par cynkowo-kadmowych i z ko- 35 lei otrzymac cynk po oddzieleniu kadmu w kadmo¬ wej kolumnie rektyfikacyjne wysokiej czystosci z zawartoscia olowiu w granicach od 0,001 do 0,003% wagowych lub ponizej tej granicy. Sposób wedlug wynalazku pozwala takze na znacznie 40 zwiekszenie wydajnosci olowiowej kolumny rekty¬ fikacyjnej, chociaz przy intensywniejszym odparo¬ waniu cynku metale o wyzszym punkcie wrzenia od cynku w wiekszym stopniu mechanicznie pory¬ wane sa przez powstajace pary cynkowo-kadmowe *w odparniku. PL