RU2182184C1

RU2182184C1 - Technology of processing of iron-carrying materials

Info

Publication number: RU2182184C1
Application number: RU2001117995A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Горда; А.В. Ростовский; М.В. Ушакова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЮНИЛИКС"
Priority date: 2001-07-02
Filing date: 2001-07-02
Publication date: 2002-05-10

Abstract

FIELD: metallurgy, processing of iron-carrying materials of waste of metallurgical plants. SUBSTANCE: proposed technology can also be employed in ferrous metallurgy to recover easily sublimated non-ferrous metals from dust, slime, ore for simultaneous winning of starting material for melting of steel or cast iron. Technology of processing of iron-carrying materials in compliance with first variant includes loading of burden containing starting material and reductant into vertically installed furnace from above, heating of burden, reduction of oxides, sublimation of zinc, removal of formed gasses and vapors of zinc, cooling of gases and vapors of zinc with subsequent condensation of zinc, trapping of zinc. Lump reductant in specified amount is additionally injected into furnace prior to burden loading, column of burden is heated from beneath with the help of electrodes to temperature of 1100-2200 C. Salient feature of this approach lies in that formed gases and vapors of zinc are removed from furnace separately, vapors of zinc being removed through additional offtake pipe. Technology of processing of iron-carrying materials in agreement with second variant provides for removal of formed gases and vapors of zinc from furnace through layer of lump solid reductant which improves technology of processing of iron-carrying materials by way of prevention of stage of metallization of iron prior to reduction of zinc. EFFECT: raised quality of zinc product thanks to reduced total amount of produced gases, increased concentration of zinc in gas flow and decreased energy consumption. 2 cl, 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки отходов металлургического производства, и может быть использовано в черной металлургии для извлечения цинка из руд, пылей или шламов при одновременном получении из них сырья для выплавки чугуна и стали или чугуна и шлака. The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for processing waste from metallurgical production, and can be used in ferrous metallurgy to extract zinc from ores, dusts or sludges while simultaneously receiving raw materials from them for smelting cast iron and steel or cast iron and slag.

Известен способ переработки отходов металлургического производства, включающий окомкование исходного сырья, восстановление, улавливание цинка как основной примеси цветных металлов из возгонов с попутным получением полупродукта для выплавки стали, отличием которого является то, что восстановление ведут при температуре 600-650^oС, а затем осуществляют возгонку цинка до восстановления металла в электропечи (SU 1293237, С 22 В 7/02, 1987 г.). В известном способе общий объем технологических газов и энергозатраты обусловлены количеством кислорода, отнимаемого при восстановлении высших оксидов железа (Fе₂O₃ и Fе₂O₄) до металлического железа. Эти значения в три раза превышают аналогичные показатели для случая восстановления оксидов железа до монооксида (даже без учета расхода восстановителя).There is a method of processing waste from metallurgical production, including the pelletizing of raw materials, recovery, capture of zinc as the main impurity of non-ferrous metals from sublimates with the passing of an intermediate for steelmaking, the difference of which is that the recovery is carried out at a temperature of 600-650 ^o C, and then carry sublimation of zinc to metal reduction in an electric furnace (SU 1293237, С 22 В 7/02, 1987). In the known method, the total volume of process gases and energy consumption are determined by the amount of oxygen taken away during the reduction of higher iron oxides (Fe ₂ O ₃ and Fe ₂ O ₄ ) to metallic iron. These values are three times higher than those for the reduction of iron oxides to monoxide (even without taking into account the consumption of a reducing agent).

Недостатком указанного известного способа является то, что пары цинка, попадая в общий газоотвод, повторно окисляются продуктами восстановления железа и загрязняются частицами пыли. Качество такого цинкопродукта низкое, и его направляют на обогащение с последующим извлечением цинка в повторных переделах. The disadvantage of this known method is that the zinc vapor, falling into the general gas outlet, is re-oxidized by iron reduction products and contaminated by dust particles. The quality of such a zinc product is low, and it is sent for enrichment with subsequent extraction of zinc in repeated processing.

Обеспечить увеличение концентрации цинка в отводимом газе при одновременном исключении его окисления и тем самым повысить качество извлекаемого цинкопродукта средствами приведенного способа невозможно. To ensure an increase in the concentration of zinc in the exhaust gas while eliminating its oxidation and thereby improve the quality of the extracted zinc product using the above method is impossible.

Известен способ плавки стального лома и цинксодержащих шламов и печь для его осуществления (RU 2086680, С 21 С 1/00. С 22 В 19/00,1997 г.) Из примыкающей к печи жидкой анны ломоплавильной шахты, снабженной боковым газоотводом, отбирают необходимую часть газов при температуре 1000-1050^oС и содержании окиси углерода 20-30% с последующей конденсацией паров цинка. Предлагаемая схема работы печи не обеспечивает получение высокочистых паров (возгонов) металлического цинка, а также слишком сложна в контроле и управлении для эффективного извлечения цинка при нестабильном составе сырья.A known method of melting steel scrap and zinc-containing sludge and a furnace for its implementation (RU 2086680, С 21 С 1/00. С 22 В 19 / 00.1997). The necessary sludge mine equipped with side gas outlet is taken from the adjoining furnace. part of the gases at a temperature of 1000-1050 ^o C and a carbon monoxide content of 20-30%, followed by condensation of zinc vapor. The proposed scheme of the furnace does not provide high-purity vapors (sublimates) of metallic zinc, and is also too difficult to control and manage for the effective extraction of zinc with an unstable composition of the raw material.

Наиболее близким аналогом изобретения является способ переработки железосодержащих материалов, включающий загрузку шихты, содержащую сырье и восстановитель, сверху в вертикально установленную печь, нагрев шихты в печи, восстановление оксидов, возгонку цинка, отвод образующихся газов и паров цинка, охлаждение газов и паров цинка с последующей конденсацией цинка, и улавливание цинка (US 4384886, С 22 В 19/06, 1983 г.). В известном способе внешний нагрев шихты осуществляют при температуре 900-1100^oС с получением губчатого железа, а отвод газа осуществляют из средней по высоте зоны печи при температуре более 906^oС с последующим охлаждением газа и улавливанием из него цинка. При этом в отходах металлургического производства цинк представлен главным образом в форме ферритов, силикатов и, в малой степени, сульфидом ZnS. При высоком содержании железа при температуре 650-750^oС феррит цинка начинает восстанавливаться с выделением ZnO в самостоятельную фазу и образованием (Zn, Fe)OxFe₂O₃. Это обусловлено тем, что восстановление Fe³⁺ протекает без попутного восстановления Zn²⁺и идет по схеме
Fе₃O₄ --> FeO --> Fe.The closest analogue of the invention is a method of processing iron-containing materials, including loading a mixture containing raw materials and a reducing agent from above into a vertically installed furnace, heating the mixture in a furnace, reducing oxides, sublimating zinc, removing the resulting gases and zinc vapors, cooling gases and zinc vapors, followed by zinc condensation, and zinc capture (US 4384886, C 22 B 19/06, 1983). In the known method, the external heating of the mixture is carried out at a temperature of 900-1100 ^o With obtaining sponge iron, and the gas is removed from the mid-height zone of the furnace at a temperature of more than 906 ^o With subsequent cooling of the gas and trapping of zinc from it. Moreover, in the waste products of metallurgical production, zinc is mainly represented in the form of ferrites, silicates and, to a small extent, ZnS sulfide. At a high iron content at a temperature of 650-750 ^o With zinc ferrite begins to recover with the release of ZnO in an independent phase and the formation of (Zn, Fe) OxFe ₂ O ₃ . This is due to the fact that the reduction of Fe ³⁺ proceeds without the associated reduction of Zn ²⁺ and proceeds according to the scheme
Fe ₃ O ₄ -> FeO -> Fe.

Такой механизм имеет место при температурах до 1000^oС. С повышением температуры и при достаточно высоком Рсо восстанавливаться начинает и цинк. В момент восстановления цинк образуется в виде пара и, попадая в газовую фазу, удаляется из реакционной зоны в совокупности с остальными технологическими газами, преимущественно продуктами восстановления железа, содержащими значительную долю СО₂. Диоксид углерода является активным окислителем цинка, поэтому цинк улавливают в виде оксида, смешанного с частицами уносимой пыли.Such a mechanism takes place at temperatures up to 1000 ^o C. With increasing temperature and at a sufficiently high Pc, zinc also begins to recover. At the moment of reduction, zinc is formed in the form of steam and, entering the gas phase, is removed from the reaction zone in combination with other process gases, mainly iron reduction products containing a significant proportion of CO ₂ . Carbon dioxide is an active oxidizing agent of zinc; therefore, zinc is captured in the form of oxide mixed with dust particles.

Недостатком известного способа переработки железосодержащих материалов является то, что качество получаемого цинксодержащего продукта низкое, для чего его направляют на дополнительную переработку с целью обогащения и его извлечения. Кроме этого, получение губчатого железа - процесс энергоемкий. Целесообразность его применения оправдана лишь в случае переработки высококачественного исходного сырья. A disadvantage of the known method for processing iron-containing materials is that the quality of the obtained zinc-containing product is low, for which it is sent for additional processing in order to enrich and extract it. In addition, obtaining spongy iron is an energy-intensive process. The feasibility of its use is justified only in the case of processing high-quality feedstock.

В процессах же утилизации металлургических пылей и шламов, когда главной задачей является извлечение из указанных материалов цинка как вредной примеси, препятствующей вовлечению железосодержащего сырья в металлургический передел, производить извлечение цинка следует с минимально возможными затратами материальных и энергетических ресурсов, а железо, в зависимости от условий, восстанавливать в традиционных металлургических агрегатах (домна, конвертер). In the processes of utilization of metallurgical dusts and sludges, when the main task is to extract zinc from these materials as a harmful impurity that impedes the involvement of iron-containing raw materials in the metallurgical process, zinc should be extracted with the lowest possible cost of material and energy resources, and iron, depending on conditions , restore in traditional metallurgical units (blast furnace, converter).

Кроме того, в известном способе переработки железосодержащих материалов невозможно исключить стадию металлизации железа как обязательную перед восстановлением цинка с уменьшением общего объема продуцируемых газов и снижением энергозатрат, восстановить оксиды цинка монооксидом железа, увеличить концентрацию цинка в газопотоке, несущем его возгоны, и за счет этого повысить качество извлекаемого цинксодержащего продукта и снизить энергоемкость процесса. In addition, in the known method for processing iron-containing materials, it is impossible to exclude the stage of iron metallization as mandatory before reducing zinc with a decrease in the total volume of produced gases and reducing energy consumption, to restore zinc oxides with iron monoxide, to increase the concentration of zinc in the gas stream carrying its sublimates, and thereby increase the quality of the extracted zinc-containing product and reduce the energy intensity of the process.

Задачей изобретения является упрощение способа переработки железосодержащих материалов путем исключения стадии металлизации железа перед восстановлением цинка. The objective of the invention is to simplify the method of processing iron-containing materials by eliminating the stage of metallization of iron before zinc reduction.

Техническим результатом изобретения является повышение качества цинкпродукта за счет уменьшения общего объема продуцируемых газов, увеличение концентрации цинка в газопотоке, несущем его пары, и снижение энергозатрат. The technical result of the invention is to improve the quality of the zinc product by reducing the total volume of produced gases, increasing the concentration of zinc in the gas stream carrying its vapor, and reducing energy consumption.

Технический результат в способе переработки железосодержащих материалов по первому варианту, включающем загрузку сверху в вертикально установленную печь шихты, содержащей сырье и твердый восстановитель, нагрев шихты, восстановление оксидов, возгонку цинка, отвод образующихся газов и паров цинка, охлаждение газа и паров цинка с последующей конденсацией цинка и улавливание цинка, согласно изобретению достигается тем, что перед загрузкой шихты дополнительно вводят в печь кусковой твердый восстановитель в заданном количестве, нагрев шихты осуществляют снизу посредством электродов до температуры 1100-2200^oС, при этом образующиеся газы и пары цинка отводят раздельно, причем пары цинка отводят снизу через слой кускового восстановителя.The technical result in a method for processing iron-containing materials according to the first embodiment, which includes loading a charge from above into a vertically installed furnace containing raw materials and a solid reducing agent, heating the mixture, reducing oxides, sublimating zinc, removing the generated gases and zinc vapors, cooling gas and zinc vapors, followed by condensation zinc and zinc capture, according to the invention is achieved by the fact that before loading the charge is additionally introduced into the furnace lumpy solid reducing agent in a predetermined amount, heating you carry out the bottom by means of electrodes to a temperature of 1100-2200 ^o C, while the resulting gases and zinc vapors are removed separately, and zinc vapors are removed from below through a layer of lump reducing agent.

Технический результат в способе переработки железосодержащих материалов по второму варианту, включающем загрузку сверху в вертикально установленную печь шихты, содержащей сырье и восстановитель, нагрев шихты, восстановление оксидов, возгонку цинка, отвод образующихся газов и паров цинка, охлаждение газов и паров цинка с последующей конденсацией и улавливание цинка, согласно изобретению достигается тем, что перед загрузкой шихты дополнительно в печь вводят твердый кусковой восстановитель в заданном количестве, нагрев шихты осуществляют снизу посредством электродов до температуры 1100-2200 С, а образующиеся газы и пары цинка отводят из печи одновременно снизу через слой твердого кускового восстановителя. The technical result in a method for processing iron-containing materials according to the second embodiment, which includes loading a mixture of raw materials and a reducing agent from above into a vertically installed furnace, heating the mixture, reducing oxides, sublimating zinc, removing the generated gases and zinc vapors, cooling gases and zinc vapors, followed by condensation and Zinc trapping, according to the invention, is achieved by the fact that before loading the charge, a solid lump reducing agent in a predetermined quantity is additionally introduced into the furnace, the charge is heated removed from the bottom by means of electrodes to a temperature of 1100-2200 C, and the resulting gases and vapors zinc withdrawn from the furnace at the same time from below through a bed of solid particulate reducing agent.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2. The invention is illustrated in FIG. 1 and 2.

Фиг. 1 представлена печь для осуществления способа переработки железосодержащих материалов (первый вариант). FIG. 1 shows a furnace for implementing a method for processing iron-containing materials (first option).

Фиг. 2 представлена печь для осуществления способа переработки железосодержащих материалов (второй вариант). FIG. 2 shows a furnace for implementing a method for processing iron-containing materials (second option).

Сущность изобретения. SUMMARY OF THE INVENTION

Для осуществлении способа переработки железосодержащих материалов (по первому варианту) используют вертикально установленную футерованную печь 1, имеющую шахту с газоотводом 2, расположенным в верхней части печи 1, дополнительным газоотводящим трактом 3, расположенным в нижней части печи - в горне 4, горизонтально установленные электроды 5, расположенные в нижней части печи, причем угол расположения электродов к горизонтали может варьироваться в пределах 0-90^oC, при этом наиболее оптимальным является угол равный нулю градусов к горизонтали. Внизу печи имеются одно или несколько отверстий 6 для выпуска жидких продуктов плавки. Высота шахты печи зависит от механической прочности слоя кускового восстановителя 8, а ее диаметр определяется только производительностью установки.To implement the method of processing iron-containing materials (according to the first embodiment), a vertically installed lined furnace 1 is used, having a shaft with a gas outlet 2 located in the upper part of the furnace 1, an additional gas exhaust path 3 located in the lower part of the furnace - in the furnace 4, horizontally mounted electrodes 5 located in the lower part of the furnace, and the angle of the electrodes to the horizontal can vary between 0-90 ^o C, while the most optimal is an angle equal to zero degrees to the horizontal . At the bottom of the furnace there are one or more holes 6 for the release of liquid smelting products. The height of the shaft of the furnace depends on the mechanical strength of the layer of lump reducing agent 8, and its diameter is determined only by the performance of the installation.

Перед загрузкой шихты 7, состоящей из шлама, пыли, мелкофракционных руд, содержащих оксиды цинка, и твердого восстановителя, добавленного к шламу в заданном количестве, дополнительно в печь 1 сверху осуществляют загрузку кускового восстановителя 8: графита или кокса, в заданном количестве. Количество кускового твердого восстановителя 8 в основном зависит от состава шихты, а также от геометрических размеров печи, при этом всегда должно соблюдаться условие, что количество восстановителя должно обеспечивать покрытие электродов. Поскольку перерабатываемая шихта имеет разный состав, а используемые для переработки печи могут иметь различные конструкции с различным расположением электродов по высоте, необходимо в каждом конкретном случае перед началом осуществления способа произвести расчет количества необходимого твердого кускового восстановителя с учетом выше указанных факторов: состав шихты, геометрия печи. После загрузки шихты осуществляют ее нагрев. Посредством электродов 5 за счет Джоулева тепла происходит разогрев слоя кускового восстановителя до температуры 1100-2200^oС (оптимальный интервал 1377-1527^oС). В результате чего происходит формирование теплового поля (см. фиг.1).Before loading the charge 7, which consists of sludge, dust, fine ores containing zinc oxides, and a solid reducing agent added to the sludge in a predetermined quantity, a lump reducing agent 8: graphite or coke, in a predetermined quantity, is additionally loaded into the furnace 1 from above. The amount of lumpy solid reducing agent 8 mainly depends on the composition of the charge, as well as on the geometrical dimensions of the furnace, and the condition that the quantity of reducing agent should provide coating of the electrodes should always be observed. Since the processed charge has a different composition, and the furnaces used for processing can have different designs with different electrode positions in height, it is necessary in each case, before starting the method, to calculate the amount of necessary solid lump reducing agent, taking into account the above factors: charge composition, furnace geometry . After loading the mixture carry out its heating. By means of electrodes 5, due to the Joule heat, a layer of lump reducing agent is heated to a temperature of 1100-2200 ^o С (optimal range is 1377-1527 ^o С). As a result, the formation of a thermal field occurs (see figure 1).

Различие термохимических свойств оксидов железа и цинка при стабильном тепловом поле позволяет разделить процессы их восстановления по высоте столба шихты. The difference in the thermochemical properties of iron and zinc oxides at a stable thermal field allows us to separate the processes of their reduction along the height of the charge column.

В диапазоне температур 900-1000^oС протекает максимально активно и практически завершается реакция
Fе₂O₃ + С --> 2FeO + СО. (1)
С завершением восстановления высших оксидов железа до монооксида исчерпывается и введенный в шихту твердый восстановитель, поэтому при дальнейшем повышении температуры повышения степени восстановления железа не происходит.In the temperature range 900-1000 ^o C proceeds as actively as possible and the reaction is almost complete
Fe ₂ O ₃ + C -> 2FeO + CO. (1)
With the completion of the reduction of higher iron oxides to monoxide, the solid reducing agent introduced into the charge is also exhausted; therefore, with a further increase in temperature, the degree of reduction of iron does not increase.

На стадии восстановления и извлечения цинка решающее значение приобретает тот факт, что преобладающей формой включений цинка в железосодержащих отходах являются ферриты цинка. Это означает чрезвычайно развитый по всему объему контакт цинка с железом. Тем более, что массовая доля железа в отходах, как правило, на порядок превышает долю цинка. Активное взаимодействие оксида цинка с монооксидом железа происходит по реакции

и начинается при переходе FeO в жидкую сразу, т.е. при температуре 1377^oС. Процесс стабильно протекает в направлении образования магнетита в температурном диапазоне до 1527^oС - температуры перехода магнетита в жидкую фазу, что подтверждено данными, представленными в таблице, которая отображает зависимость количества паров (возгонов) цветных металлов от температуры. Образующиеся (колошниковые) газы и пары цинка отводят из печи раздельно, при этом образующиеся газы отводят через газоотвод 2, расположенный в верхней части печи.At the stage of zinc recovery and recovery, it is crucial that zinc ferrites are the predominant form of zinc inclusions in iron-containing wastes. This means extremely developed throughout the entire contact of zinc with iron. Moreover, the mass fraction of iron in the waste, as a rule, is an order of magnitude higher than the fraction of zinc. Active interaction of zinc oxide with iron monoxide occurs by the reaction

and begins upon the transition of FeO to liquid immediately, i.e. at a temperature of 1377 ^o С. The process proceeds stably in the direction of magnetite formation in the temperature range up to 1527 ^o С - the temperature of magnetite transition into the liquid phase, which is confirmed by the data presented in the table, which displays the temperature dependence of the number of vapors (sublimates) of non-ferrous metals. The resulting (top) gases and zinc vapors are separately discharged from the furnace, while the gases formed are discharged through a gas outlet 2 located in the upper part of the furnace.

Пары цинка удаляют из зоны их интенсивного образования снизу печи посредством дополнительного газоотвода 3 через слой кускового твердого восстановителя 8. В результате в газоотводе 3 (цинкотводящем) создается высокая концентрация паров цинка, надежно защищенных от окисления монооксидом углерода. Пары цинка и образующиеся газы направляют на охлаждение с последующей конденсацией цинка в жидком или твердом виде. Отвод паров цинка через слой кускового твердого восстановителя осуществляют принудительно с помощью, например, вакуумного насоса, что позволяет при последующем охлаждении получить чистый цинковый порошок или расплав цинка. Полученный металлический цинк можно использовать как товарный продукт без дополнительного передела. Zinc vapor is removed from the zone of their intensive formation from the bottom of the furnace by means of an additional gas outlet 3 through a layer of lumpy solid reducing agent 8. As a result, a high concentration of zinc vapors, which are reliably protected from oxidation by carbon monoxide, is created in gas outlet 3 (zinc exhaust). Zinc vapor and the resulting gases are sent for cooling, followed by condensation of zinc in liquid or solid form. The removal of zinc vapor through a layer of lumpy solid reducing agent is carried out by force using, for example, a vacuum pump, which allows for subsequent cooling to obtain pure zinc powder or zinc melt. The obtained metal zinc can be used as a commercial product without additional redistribution.

Раздельное отведение колошниковых газов с использованием дополнительного газоотвода 3 необходимо в случаях, когда шихта содержит большое количество влаги (например, влажные шламы) для предотвращения больших затрат тепла на нагрев и разложение влаги до водорода. Способ переработки железосодержащих материалов по первому варианту увеличивает концентрацию цветных металлов в газопотоке, несущем их пары, повышает качество извлекаемого цинк-продукта и снижает энергоемкость процесса. Кроме того, указанный способ (по первому варианту) позволяет исключить предварительную термическую обработку шихты. Separate removal of blast furnace gases using an additional flue 3 is necessary in cases where the mixture contains a large amount of moisture (for example, wet sludge) to prevent large amounts of heat for heating and decomposition of moisture to hydrogen. The method of processing iron-containing materials according to the first embodiment increases the concentration of non-ferrous metals in the gas stream carrying their vapor, improves the quality of the extracted zinc product and reduces the energy intensity of the process. In addition, the specified method (according to the first embodiment) allows to exclude preliminary heat treatment of the mixture.

Способ переработки железосодержащих материалов (по второму варианту). Этот вариант способа применяют в случаях, когда общий объем продуцируемых газов сравнительно невелик, т.е. в шихтовых материалах практически нет остаточной влаги или нет жестких требований к качеству извлекаемых элементов: цинка и других цветных металлов. A method of processing iron-containing materials (in the second embodiment). This variant of the method is used in cases where the total volume of produced gases is relatively small, i.e. there is practically no residual moisture in charge materials or there are no strict requirements to the quality of recoverable elements: zinc and other non-ferrous metals.

В этом случае для осуществления способа переработки железосодержащих материалов используют вертикальную футерованную печь 9 с горном 10, электродами 11, отверстиями 12 для выпуска продуктов плавки и газоотводом 13, расположенным ниже электродов 11, при этом угол расположения электродов может составлять от 0 до 90^oC, причем оптимальный вариант - горизонтальное положение электродов относительно основания печи.In this case, to implement the method of processing iron-containing materials, a vertical lined furnace 9 is used with a mining 10, electrodes 11, openings 12 for discharging fusion products and a gas outlet 13 located below the electrodes 11, while the angle of the electrodes can be from 0 to 90 ^o C, and the best option is the horizontal position of the electrodes relative to the base of the furnace.

Для осуществления способа переработки железосодержащих материалов (по второму варианту) проводят все технологические операции, описанные выше и включающие предварительную загрузку твердого кускового восстановителя 8 перед загрузкой шихты в печь 9 выше электродов 11 в заданном количестве. При этом количество кускового твердого восстановителя определяют (рассчитывают) исходя их состава шихты и конструкции печи (ее геометрических размеров). Затем сверху осуществляют загрузку шихты и ее нагрев. Сначала осуществляют разогрев снизу восстановителя 8 посредством электродов 11 до температуры 1100-2200^oС. За счет возникающего тепла происходит нагрев шихты в печи, восстановление оксидов железа до монооксида и паров воды до водорода и диоксида углерода до монооксида, описанные выше подробно в способе переработки железосодержащих материалов (первый вариант). В процессе восстановления оксидов происходит образование паров цинка и образование колошниковых газов, которые затем отводят одновременно снизу через слой твердого восстановителя посредством газоотвода 13, расположенного в горне 10. Поскольку газоотвод 13 находится ниже уровня верхнего слоя кускового восстановителя 8, происходит очистка цинка от пыли за счет фильтрующей способности слоя кускового восстановителя 8. При отводе газов через восстановитель (теплоноситель) 8 при его температуре равной 1500^oС (оптимальный вариант) происходит восстановление СО₂ и Н₂О до монооксида углерода и водорода, что препятствует окислению цинка.To implement the method of processing iron-containing materials (according to the second embodiment), all technological operations described above are carried out and include pre-loading of solid lump reducing agent 8 before loading the charge into the furnace 9 above the electrodes 11 in a predetermined quantity. In this case, the amount of lumpy solid reducing agent is determined (calculated) based on their composition of the charge and the design of the furnace (its geometric dimensions). Then the charge is loaded from above and heated. First, the bottom of reductant 8 is heated by means of electrodes 11 to a temperature of 1100-2200 ^o C. Due to the resulting heat, the mixture is heated in the furnace, iron oxides are reduced to monoxide and water vapor to hydrogen and carbon dioxide to monoxide, described above in detail in the method for processing iron-containing materials (first option). In the process of oxide reduction, zinc vapors are generated and blast furnace gases are formed, which are then removed simultaneously from below through a layer of solid reducing agent by means of a gas outlet 13 located in the furnace 10. Since the gas outlet 13 is below the level of the upper layer of lump reducing agent 8, zinc is purified from dust due to the filtering ability of the lump reducing agent layer 8. When gases are removed through the reducing agent (coolant) 8 at a temperature of 1500 ^o C (the best option), the formation of CO ₂ and H ₂ O to carbon monoxide and hydrogen, which prevents the oxidation of zinc.

В результате в газоотводе 13 создается высокая концентрация паров цинка, надежно защищенных от окисления монооксидом углерода. Это позволяет на стадии охлаждения газов и паров цинка с последующей конденсацией цинка получить чистый цинковый порошок или расплав цинка. Полученный металлический цинк можно использовать как товарный продукт без дополнительного передела. При необходимости можно получить цинк в виде оксида путем его окисления. As a result, a high concentration of zinc vapor, which is reliably protected from oxidation by carbon monoxide, is created in the vent 13. This makes it possible to obtain pure zinc powder or zinc melt at the stage of cooling gases and vapors of zinc with subsequent condensation of zinc. The obtained metal zinc can be used as a commercial product without additional redistribution. If necessary, you can get zinc in the form of oxide by oxidation.

Расплав на основе FeO, свободный от вредных примесей цинка, выпускают из печи самотеком, который может впоследствии без охлаждения использоваться в сталеплавильном производстве в качестве железофлюса или, после грануляции, в качестве доменной шихты. При соответствующем расходе восстановителя возможно разделять расплав с получением чугуна и шлака. Это наиболее эффективно при низком содержании железа в исходном материале. The FeO-based melt, free of harmful zinc impurities, is discharged from the furnace by gravity, which can subsequently be used without cooling in steelmaking as iron flux or, after granulation, as a blast furnace charge. With an appropriate flow rate of the reducing agent, it is possible to separate the melt to produce pig iron and slag. This is most effective with a low iron content in the feed.

Таким образом, согласно изобретению способы переработки железосодержащих материалов позволяют получить чистый металлический цинк (или оксид цинка) и высококачественный железосодержащий продукт - ценное сырье для производства чугуна и стали. При этом изобретение позволяет исключить стадию металлизации железа из подготовительного процесса путем перенесения ее в основной металлургический передел (домна, конвертер), что существенно сокращает энергозатраты. Thus, according to the invention, methods for processing iron-containing materials make it possible to obtain pure metallic zinc (or zinc oxide) and a high-quality iron-containing product — a valuable raw material for the production of iron and steel. Moreover, the invention eliminates the stage of metallization of iron from the preparatory process by transferring it to the main metallurgical redistribution (blast furnace, converter), which significantly reduces energy consumption.

Заявленный оптимальный диапазон температур обосновывается исходя из условий активного восстановления цинка по реакции (2), которая протекает интенсивно только при наличии жидкой фазы FeO. Отсюда нижняя граничная температура - 1377^oС - это точка плавления FeO, ниже которой реакция (2) практического значения не имеет. Верхняя граничная температура - 1527^oС - это точка перехода Fе₃О₄ из твердой фазы в жидкую, после чего возникает вероятность протекания реакции (2) в обратном направлении, и вести процесс выше этой температуры без дополнительного расхода восстановителя нецелесообразно.The claimed optimal temperature range is justified on the basis of the conditions for active reduction of zinc by reaction (2), which proceeds intensively only in the presence of a liquid FeO phase. Hence, the lower boundary temperature - 1377 ^o C - is the melting point of FeO, below which reaction (2) has no practical value. The upper boundary temperature of 1527 ^o C is the transition point of Fe ₃ O ₄ from the solid phase to the liquid phase, after which there is a possibility of reaction (2) proceeding in the opposite direction, and it is not practical to carry out the process above this temperature without additional consumption of reducing agent.

Нагрев слоя восстановителя (теплогенератора) за счет Джоулева тепла с помощью электродов обеспечивает тонкую регулировку температуры (изменением напряжения на электродах), а следовательно, и гарантированное обеспечение заявляемого температурного диапазона. The heating layer of the reducing agent (heat generator) due to the Joule heat with the help of electrodes provides fine temperature control (by changing the voltage on the electrodes), and consequently, the guaranteed provision of the claimed temperature range.

Кроме этого, электронагрев не вносит в изолированное от окружающей среды рабочее пространство побочных элементов, нарушающих заданный температурными условиями ход процесса. In addition, electric heating does not introduce into the working space isolated from the environment the side elements that violate the process specified by the temperature conditions.

Возможность осуществления изобретения иллюстрируется таблицей, отображающей количественную зависимость извлеченного цинка из конвертерного шлама от температуры. The possibility of carrying out the invention is illustrated in the table showing the quantitative dependence of the extracted zinc from the converter sludge on temperature.

Конвертерный шлам, содержащий, %: Fe_общ 41,15, SiO₂ 2,83, CaO 14,75, МgО 8,77, ZnO 2,5, С 0,45, S 0,25 (90% железа - в виде Fе₃O₄, 10% - в виде FeO) - смешивали с измельченным антрацитом, окомковывали, высушивали и загружали в печь. Массу угля, вводимого в шихту, определяли из расчета, необходимого для обеспечения протекания реакции Fе₃O₄ + С = 3FeO + СО с учетом количества магнетита, содержащегося в шихте, что составило 4% от массы шлама при удельном расходе восстановителя 0,07 кг/кг Fe.Converter sludge containing,%: Fe _total 41.15, SiO ₂ 2.83, CaO 14.75, MgO 8.77, ZnO 2.5, C 0.45, S 0.25 (90% iron in the form Fe ₃ O ₄ , 10% in the form of FeO) was mixed with crushed anthracite, pelletized, dried and loaded into the oven. The mass of coal introduced into the charge was determined from the calculation necessary to ensure the reaction Fe ₃ O ₄ + С = 3FeO + СО taking into account the amount of magnetite contained in the charge, which amounted to 4% of the mass of sludge at a specific consumption of reducing agent of 0.07 kg / kg Fe.

Как видно из таблицы, ниже температуры 1377^oС цинк не восстанавливается, выше 1527^oС условия его восстановления значительно ухудшаются. Оптимальной температурой в приведенных примерах является температура 1500^oС. Качество уловленного цинкопродукта от температуры процесса практически не зависит, а определяется режимом отвода его паров и условиями дистилляции.As can be seen from the table, below a temperature of 1377 ^o With zinc is not restored, above 1527 ^o With the conditions of its recovery are significantly worsened. The optimum temperature in the examples is a temperature of 1500 ^o C. The quality of the captured zinc product practically does not depend on the process temperature, but is determined by the mode of removal of its vapor and the conditions of distillation.

Claims

1. A method of processing iron-containing materials, including loading a mixture containing raw materials and a reducing agent from above into a vertically installed furnace, heating the mixture in a furnace, reducing oxides, sublimating zinc, removing the generated gases and zinc vapors, cooling gases and zinc vapors, followed by zinc condensation, zinc capture, characterized in that before loading the charge, a lumpy solid reducing agent is additionally introduced into the furnace in a predetermined amount, the charge is heated from below by means of electrodes to 1100-2200 ^o C, while flue gases and zinc vapors are removed from the furnace separately, and zinc vapors are removed from below through a layer of solid lump reducing agent.

2. A method of processing iron-containing materials, including loading a mixture containing raw materials and a reducing agent from above into a vertically mounted furnace, heating the mixture in a furnace, reducing oxides, sublimating zinc, removing the generated gases and zinc vapors, cooling gases and zinc vapors, followed by zinc condensation, zinc capture, characterized in that before loading the charge, a solid lump reducing agent is additionally introduced into the furnace in a predetermined quantity, the charge is heated from below by up to 1100-2200 ^° C, and the exhaust gases and areas of zinc are removed from the furnace simultaneously from below through a layer of lumpy reducing agent.