Лако-красочные материалы — производство

Высококачественным сырьем для производства всех видов цин­ковых белил, за исключением белил, изготовляемых из металличе­ского цинка, является вельц-окись, получаемая разработанным в 1910 г. вельц-процессом из цинковых руд и отходов с небольшим содержанием цинка. Вельц-окись применяется в лакокрасочной промышленности в качестве сырья для производства цинковых белил.

Вельц-процесс отличается от процесса Ветерилля только аппа­ратурным оформлением, и в частности заменой подовых печей Ветерилля вращающимися. Перемешивание сырья во вращаю­щейся печи во время обжига, а также движение сырья и топочных
газов по принципу противотока дают возможность полнее извле­кать цинк из обжигаемой шихты и поэтому применять для вельц — процесса сырье, более бедное цинком, Вельц-процессом можно перерабатывать на серую окись цинка сырье, содержащее всего 8—10% цинка,

В качестве исходного сырья для вельц-процесса могут быть ис­пользованы различные цинксодержащие отходы, а также обож­женные и необожженные сульфидные руды, причем и в цинксо­держащих отходах и в рудах могут находиться соединения свинца и кадмия.

После 1924 г, ведьц — процесс начал широко применяться во всех странах, и в настоящее время количество

руд, перерабатываемых вельц-процессом, ис­числяется миллионами тонн в год.

Процессы, проте­кающие при вельц-про — цессе, определяются ле­тучестью металлов, их окислов и сульфидов, вводимых в шихту в качестве основного сырья.

На рис. 43 приве­дены кривые зависи­мости давления паров цинка, свинца, кадмия, их окислов и суль­фидов от темпера­туры [7 а].

Исследование этих кривых показывает, что в восстановитель­ной атмосфере печи сульфид и окись цинка при 1200—1300° испа­ряться почти не будут. Окись цинка при 1300° будет восстанавли­ваться так же, как в печах Ветерилля, и пары восстановленного цинка будут так же, как и в печах Ветерилля, сразу окисляться кислородом воздуха в окись. Окись свинца в этих условиях восста­новится до металлического свинца, который в парообразном со­стоянии снова окисляется до окиси; сульфид свинца, если он при­сутствует в шихте, в восстановительной атмосфере печи будет воз­гоняться, не вступая в химические реакции, а сульфат свинца вос­становится до сульфида, который затем будет возгоняться.

Таким образом, в восстановительной атмосфере вельц-печи протекают процессы восстановления цинка и свинца до металлов,

которые затем в виде паров окисляются в окислы, в результате чего получаемый продукт состоит из смеси окислов цинка и свинца. Если исходное сырье содержит сульфид свинца, то получаемый продукт может быть, кроме того, загрязнен возогнавшимся серни­стым свинцом.

Химические процессы восстановления окислов до металлов и последующее окисление выделившихся металлов обратно в окислы протекают так же, как и в процессе Ветерилля (стр, 117), т. е. вос­становление окислов происходит при действии на них окиси угле­рода. Суммарная же реакция сводится к сгоранию углерода шихты в углекислый газ. Выделяющееся при этом тепло расходуется на повышение температуры в зоне реакции и компенсацию теплопо — терь. Роль углеродистых компонентов шихты сводится, таким об­разом, к выделению тепла при сгорании и к образованию окиси углерода, необходимой для восстановления окислов металлов. Кроме того, углеродистые добавки разрыхляют шихту во время ее обжига,

В случае присутствия в исходном сырье сульфида цинка или применения в качестве сырья необожженных сульфидных руд, со­держащих малое количество цинка, процесс усложняется. В этом случае для извлечения цинка из сульфидов, которые при темпе­ратуре вельц-процесса не возгоняются и не разлагаются, можно. пользоваться способностью сульфидов цинка вступать в реакцию с окислами щелочноземельных металлов. Последние при этом пре­вращаются в тугоплавкие нелетучие сернистые соединения. Про­текающие при этом реакции можно изобразить уравнениями:

ZnS -j — CaO — f — С —> Zn (пар) — j — CaS 4 CO — 58,6 ккал

Zn (пар) + CO + 02 —► ZnO 4- C02 4" 153,1 ккал
“ZnS4- CaO 4 C 4- 02 —> ZnO 4 CaS + C02 4-94,5 ккал

Таким образом, суммарный эффект протекающих в этом про­цессе реакций слагается из экзотермической реакции сгорания углерода в углекислый газ и из реакции, идущей с очень неболь­шим поглощением тепла:

ZnS 4 СаО —>■ CaS 4-ZnO — 2,2 ккал

Необходимая для реакции известь находится в самом цинксо­держащем сырье в достаточном количестве или вводится в шихту, если ее в руде недостаточно.

Если в цинковой руде содержится достаточное количество же­леза, то известь в шихту можно и не вводить, так как окислы же­леза легко восстанавливаются углеродом до металла, после чего железо может само восстанавливать окись и сульфид цинка:

Zn(>4-Fe —> Zn (пар) 4-— 21,4 ккал ZnS 4- —> FeS 4* Zn (пар) — 18,3 ккал

Образующийся при этом парообразный цинк затем окисляется обычным путем. Практика показала, что хотя сульфидные руды и можно обрабатывать вельц-процессом, однако при содержании серы больше 10% возникает ряд технологических затруднений. Поэтому при необходимости перерабатывать сырье с большим со­держанием серы его следует предварительно подвергнуть обжигу для превращения сульфидов в окислы.

Продукт, полученный вельц-процессом, содержит наряду с окисью цинка всегда и окись свинца, так как в условиях, в ко­торых восстанавливается исходная окись цинка, восстанавли-

ваются и окислы свинца. Количество окиси свинца в получаемом продукте зависит от количества окислов свинца в исходном сырье.

Продукт, полученный вельц-процессом, обычно бывает не бе­лого цвета, а серого из-за присутствия в нем окиси свинца и ча­стиц угля, уносимых из печи вместе с окисленными парами метал­лов. Поэтому вельц-окись применяют не в качестве белил, а как ■сырье для производства других пигментов (литопона, кронов н др.). Основным потребителем вельц-окиси является цветная ме­таллургия, перерабатывающая ее на металлический цинк.

На рис. 44 приведена схема вельц-установки. Цинксодержащее сырье и уголь хранятся в бункерах /, откуда они в заданных соотношениях через питатели поступают на смешивающий и измельчающий агрегат 2. Шихта элеватором подается во вращаю­щуюся наклонную печь 3. Навстречу шихте в печи движутся

9 Е. Ф. Беленький, И. В. Рнскин продукты сгорания пылевидного топлива, получаемого на специаль­ной установке 4.

Вращающиеся печи, применяемые для вельц-процесса, имеют длину 30—45 м и диаметр 2—3,5 м. Отношение длины таких печей к их диаметру равно 15—25. Печь делает 0,75—1 об/мин. Количе­ство шихты, находящейся в печи, составляет 15—20% от объема печи, а продолжительность пребывания шихты в печи колеблется в пределах 2—3 час. Через смотровые окна в печи можно наблю­дать за ходом вельц-процесса. При правильном течении процесса шихта, поступающая в печь, сначала подсушивается и подогре­вается за счет выходящих из печи продуктов сгорания, которые охлаждаются при этом до 300—400°, после чего уходят в боров. При дальнейшем движении шихты начинается восстановление окислов и последующее окисление выделяющихся в парообразном состоянии металлов. Этот процесс, протекающий при 1000—1100°, сопровождается появлением на поверхности шихты зеленоватого пламени. По мере дальнейшего движения шихты к выпускному отверстию содержание цинка в ней уменьшается, зеленоватое пламя становится короче и, наконец, уступает место желтому пла­мени, которое указывает на выгорание угля из шихты. Для пол­ного извлечения цинка из шихты последняя должна находиться в печи не менее двух часов. Шлаки, остающиеся в результате об­работки шихты, выходят из печи через камеру 5. Крупная пыль и шихта, уносимые из печи продуктами сгорания, при прохождении через пыльные камеры 6 осаждаются в них и периодически воз­вращаются в печь шнеком 7 и элеватором 8. Суспензия окислов металлов в воздухе, прошедшая пыльные камеры, по трубопро­воду 9 поступает в холодильник 10, а затем в систему из трубча­того 11 и пластинчатого 12 электрофильтров. Для улавливания по­следних следов окислов газы после электрофильтров пропускают через рукавный фильтр 13.

При правильном режиме процесса из исходного сырья удается извлечь не менее 95% цинка и даже достигнуть извлечения цинка 97—98%.

Цвет и состав вельц-окиси сильно колеблются в зависимости от состава исходного сырья.