ОбожженныйАккумуляторная сырого

Определения

 

В курсовой работе применяют следующие термины с соответствующими определениями:

Металлургический комплекс – это взаимообусловленное сочетание технологических процессов, добыча и подготовка сырья к переработке

Цветная металлургия – отрасль тяжелой индустрии, производящая конструкционные материалы.

Норматив удельного выделения (выброса) – наибольшее допустимое значение соответствующего удельного показателя, устанавливаемое исходя из возможностей оборудования при оптимальных режимах его эксплуатации.

Вентиляционный воздух – содержащий загрязняющие вещества упорядоченный воздушный поток, поступающий из рабочего помещения непосредственно в атмосферу или в систему газоходов (воздуховодов) в результате действия системы вентиляции.

Газоочистная установка, пылеулавливающая установка, газ пылеулавливающая установка – комплекс оборудования, предназначенный для извлечения или обезвреживания загрязняющих веществ из отходящих газов.

Загрязнение атмосферы - изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примеси.
Загрязняющее атмосферу вещество - примеси в атмосфере, которые могут оказывать неблагоприятное влияние на здоровье людей и на окружающую среду.
Промышленная пыль - пыль, входящая в состав промышленного выброса.

Обозначения и сокращения

 

В курсовой работе использованы следующие обозначения и сокращения:

ГОСТ – межгосударственный стандарт

ГМК – горно-металлургический комплекс

рис – рисунок

табл – таблица

мин – минуты

сек – секунды

сут – сутки

⁰С – температура

г/л – грамм на литр

мл/л – миллиграмм на литр

% - проценты

кг – килограмм

г – грамм

м² – метр квадратный

м³ – метр кубический

мм – миллиметр

кг/м³ – килограмм, деленный на метр кубический

л – литр

ч – час

л/ч – литр в час

т – тонна

т.е. – то есть

т.о. – таким образом

т.к. – так как

др. – другие

 

 

Введение

Актуальность работы. В настоящее время популярной отраслью металлургического производства Республики Казахстан является производство цветных металлов.

Металлургический комплекс – это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов:

добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.);

металлургический передел – основной технологический процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др.;

производство сплавов;

утилизация отходов основного производства и получение из них различных видов продукции.

Металлургический комплекс – это основа индустрии Он является фундаментом машиностроения, обеспечивающего вместе с электроэнергетикой и химической промышленностью развитие научно-технического прогресса во всех звеньях народного хозяйства страны. Металлургия относится к числу базовых отраслей народного хозяйства и отличается высокой материалоемкостью и капиталоемкостью производства.

Состояние и развитие металлургической промышленности в конечном итоге определяют уровень научно-технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства. Металлургический комплекс характеризуется концентрацией и комбинированием производства.

Спецификой металлургического комплекса являются несопоставимый с другими отраслями масштаб производства и сложность технологического цикла. Для производства многих видов продукции необходимо 15-18 переделов, начиная с добычи руды и других видов сырья.

Современные крупные предприятия металлургического комплекса по характеру внутренних технологических связей представляют собой металлургическо-энергохимические комбинаты. Кроме основного производства, в составе металлургических предприятий создаются производства на основе утилизации разного рода вторичных ресурсов сырья и материалов.

В работе проанализирован «вклад» отечественных горно-металлургических предприятий в суммарную величину экологического ущерба. Приведено общее количество накопленных отходов в цветной металлургии Казахстана. Доказано, что потребление обществом природных ресурсов становится острой проблемой в связи с количественным ростом их использования, приводя­щим к экологическим и другим проблемам. Выделены общеотраслевые цели развития цвет­ной металлургии в области повышения эколого-экономической эффективности производства.

 

 

Литературный обзор

 

1.1 Цветная металлургия

 

Цветная металлургия Казахстана — одна из ведущих отраслей промышленного производства Казахстана. В СССР он обеспечивал выпуск 70% свинца, почти 50% цинка, более 30% меди.

Цветная металлургия
Добыча сырья, обогащение руды	Обогащение руды и производство цветных металлов их сплавов	Обработка цветных металлов их сплавов	Переработка вторичного сырья

 

Рисунок 1. Процессы цветной металлургии

 

Цветная металлургия – отрасль тяжелой индустрии, производящая конструкционные материалы. Она включает в себя добычу, обогащение металлов, передел цветных, производство сплавов, проката, переработку вторичного сырья, а также добычу алмазов. Развитие НТП требует увеличение производства прочных, пластичных, стойких против коррозии, легких конструкционных материалов (сплавы на основе алюминия и титана). Они широко используются в авиационной, ракетной промышленности, в космических технологиях, в судостроении, в производстве оборудования для химической промышленности.

Медь широко используется в машиностроении и электрометаллургии, как в чистом виде, так и в виде сплавов – с оловом (бронза), с алюминием (дюралюминий), с цинком (латунь), с никелем (мельхиор).

Свинец используется в производстве аккумуляторов, кабелей, в атомной промышленности.

Цинк и никель используются в черной металлургии.

Олово используется при производстве белой жести и подшипников.

Благородные металлы обладают высокой пластичностью, а платина – тугоплавкостью. Поэтому они широко применяются при изготовлении ювелирных изделий и техники. Без солей серебра невозможно изготовить кино- и фотопленку. По физическим свойствам и назначению цветные металлы можно условно поделить на 4 группы.

Классификация цветных металлов:

1. Основные

· тяжелые – медь, свинец, цинк, олово, никель

· легкие – алюминий, титан, магний

· малые – мышьяк, ртуть, сурьма, кобальт

2. Легирующие – молибден, ванадий, вольфрам, кремний

3. Благородные – золото, серебро, платина

4. Редкие и рассеянные – галлий, селен, теллур, уран, цирконий, германий

Отрасли цветной металлургии:

1) медная

2) свинцово-цинковая <---- металлургия тяжелых металлов

3) никель-кобальтовая

 

4) оловянная

5) алюминиевая ß----металлургия легких металлов

6) титаномагниевая

Цветные металлы обладают прекрасными физическими свойствами: электропроводимостью, ковкостью, плавкостью, способностью образовывать сплавы, теплоемкостью.

По стадиям технологического процесса цветная металлургия делится на:

1. Добычу и обогащение рудного сырья (ГОК – горно-обогатительные комбинаты). ГОК базируются у источников сырья, т. к. для производства одной тонны цветного металла в среднем требуется 100 тонн руды.

2. Передельную металлургию. В передел поступают обогащенные руды. У сырья базируется производства, связанные с медью и цинком. У источников энергии – производства, связанные с алюминием, цинком, титаном, магнием. У потребителя – производства, связанные с оловом.

3. Обработка, прокат, производство сплавов. Предприятия базируются у потребителя.

Казахстан обладает многими видами цветных металлов. 70% руд цветных металлов добывается открытым способом.

Специфика руд цветных металлов состоит в:

а) в их сложном составе (многокомпонентности)

б) в низком содержании полезных компонентов в руде – всего несколько %, иногда и доля %:

· Медь – 1-5%

· цинк – 4-6%

· свинец – 1,5%

· олово – 0,01-0,7%

Для получения 1 тонны медного концентрата используется 100 тонн руды, 1 тонны никелевого концентрата – 200 тонн, оловянного концентрата – 300 тонн.

Все руды предварительно обогащаются на ГОКах и в металлургическом переделе. Там производятся концентраты:

· Медь – 75%

· цинк – 42-62%

· олово – 40-70%

Вследствие значительной материалоемкости цветная металлургия ориентируется на сырьевые базы. Поскольку руды цветных и редких металлов обладают многокомпонентным составом, то практическое значение имеет комплексное использование сырья. Комплексное использование сырья и утилизация промышленных отходов связывает цветную металлургию с другими производствами. На этой основе формируются целые промышленные комплексы. Особый интерес представляет комбинирование цветной металлургии и основной химии. При использовании сернистых газов в промышленности производятся цинк и медь.

Факторы размещения:

· сырьевой – медь, никель, свинец

· топливно-энергетический – титан, магний, алюминий

· потребительский – олово

Медная промышленность приурочена к районам сырья из-за низкого содержания в концентрате, кроме рафинирования чернового металла ( Джезказган, Коунрад, Саяк (Джезказганская область), Бозшакуль (в Павлодарской области).

Медеплавильные заводы – Балхаш, Джезказган. Иртышский в г. Глубокое (Восточно-Казахстанская область) использует полиметаллические и медно-никелевые руды.

1.2 Свинцово-цинковая промышленность

 

Она использует полиметаллические руды. В целом приурочена к руде. Свинцово-цинковые концентраты обладают высоким содержанием полезного компонента (до 62%), а, стало быть, транспортабельны, поэтому обогащение и металлургический передел отрываются друг от друга в отличие от медной промышленности. Так, производство цинка в Челябинске основано на привозных концентратах из Восточной Сибири и Дальнего Востока.

Свинцово-цинковая промышленность выделяется утилизацией отходов в химических целях. Путем электролиза раствора сернокислого цинка получают серную кислоту, которую можно также производить из сернистых газов, получаемых при обжиге цинковых концентратов.

Месторождения:

· Çаряновское (Восточно-Казахстанская область)

· Лениногорское (Восточно-Казахстанская область)

· Тэкэли (Талдыкурганская область)

Предприятия:

· Зовместное производство свинца и цинка – Лениногорск (Восточно-Казахстанская область), Усть-Каменогорск (Восточно-Казахстанская область)

 

1.3 Области потребления свинца и цинка

 

Как доказывают многочисленные находки, свинец используется человеком уже 7 тыс. лет. Он применялся в легендарных «висячих садах» в Вавилоне. Египтяне использовали свинец для строи­тельства мостов. Китайцы чеканили из него монеты, греки ваяли статуи. Из свинцовых труб римляне создали первую водопроводную сеть.

Стоит упомянуть и о том, что средневековый Дворец дожей в Венеции был покрыт свинцовой крышей, под которой находились внушающие страх темницы, пресловутые «свинцовые камеры», в которых узники страдали от пронизывающего холода либо изнывали от жары.

Свинец шел на витражи соборов, на обручи винных бочек, на кровельные лотки, доски для письма и даже для изготовления средств для абортов. Затем выявилось огнестрельное оружие, многие свинцовые предметы были переплавлены на пули.

Сегодня лишь незначительная часть свинца используется в международном масштабе для изго­товления боеприпасов, однако свинец можно встретить во многих других видах вооружения — он идет на оборудование бомбардировщиков, танков и подводных лодок. Основная область применения свинца — производство аккумуляторов. Из окиси свинца изготавливаются решетки батарей. От 40 до 70 % всего свинца — по-разному в различных странах — уходит на это. Примерно пятая часть произ­водимого свинца перерабатывается химической промышленностью, прежде всего для производства «антидетонационной» добавки к бензину — тетраэтилена свинца. Около 10 % свинца используется в качестве легирующих добавок при производстве проката и труб, а также для изготовления оплеток кабелей. Относительно мало свинца идет сегодня на изготовление типографских шрифтов и хрусталя.

Свинец, по-латински «плюмбум» («Plumbum» — отсюда символ РЬ) — голубовато-белый, бле­стящий, тяжелый металл. Чаще всего он существует в природе в виде свинцового блеска — его важ­нейшей руды, объединенной (в 80 % месторождений) с цинковой обманкой — важнейшей цинковой рудой. Поэтому обогащение и переработка обеих руд часто ведутся вместе. За счет рафинации из чер­нового свинца можно получить металл чистотой 99,99 %. Месторождения свинца рассеяны по всему свету, хотя этот металл намного реже встречается в земной коре (содержание — 0,0016 %), чем дру­гие элементы. Статистики ООН называют почти 50 стран, в которых сегодня добывается свинцовая руда, причем среднее содержание металла в ней имеет тенденцию к снижению.

На сегодняшний день свинец — синоним не только боеприпасов и яда, но все больше и больше синоним защиты от звука и излучения. Атомным электростанциям, например, необходимы большое количество свинца, поскольку только этот металл обладает способностью абсорбировать радиоак­тивное излучение. Радиоактивные отходы в ожидании повторного обогащения часто хранятся в свинцовых контейнерах, защищающих окружающий мир от излучения. Аналогично обстоят дела с защитой от шума, которой уделяется все большее внимание в связи с возрастанием шумовых загряз­нений в урбанизированных зонах. Свинец и его соединения все шире применяются при изготовлении красок, глазурей и стабилизаторов пластмасс. Конечно, эти области применения не имеют пока ре­шающего значения для общей ситуации с использованием свинца.

Цинк отличает от других металлов головокружительная карьера. В Европе очень поздно поняли его значение. Его не было среди семи металлов, известных европейцам в древности: золота, серебра, меди, свинца, олова, железа и ртути. Однако уже римляне неосознанно пользовались им, выплавляя латунь из соединения меди с цинковым шпатом. Когда на исходе средневековья торговцы привезли цинк из Китая и Индии, где его уже очень рано начали выплавлять из цинковых руд, в Европе его сначала приняли за разновидность олова. Вплоть до XIX в. цинк считался бесполезным и даже до­кучливым побочным продуктом металлургии свинца.

Своим названием он, кстати, обязан причудливо изломанным характерным фигуркам, которые обычно осаждались на стенках печи при традиционной плавке свинца. Раньше металл называли про­сто «цинкен», что в разговорном языке обозначает сегодня «ставить метку». Только с бурным разви­тием электро-индустрии и стремительным увеличением потребности в латуни резко повысился спрос на цинк.

За последние десятилетия пластмассы и некоторые другие материалы успешно стали конкури­ровать с отдельными металлами. Несмотря на это цинк почти не утратил своего значения для высо­коразвитого хозяйства, хотя и кажется, что в повседневной жизни он находится на заднем плане. При изготовлении ведер и кровельного железа, с которыми ассоциируется цинк, все чаще в ход идут пла­стмассы и алюминий. Однако и цинк пользуется все большим признанием у металл обработчиков. Это прежде всего из-за его способности образовывать защитный слой, сравнительно надолго предо­храняющий металлические предметы от коррозии, т.е. от разрушения под воздействием внешних сил. С тех пор как для изготовления корпусов судов стал применяться оцинкованный стальной лист, ис­чезла угроза «под плёночной коррозии», существующая при покраске. Соответственно сократился простой судов в доках, снизились издержки на ремонт, а срок службы судов увеличился. Поэтому цинкование оказывается более дешевым, чем традиционное многократное покрытие краской.

На протяжении последних лет потребление и производство цинка во всем мире растет высокими темпами. Как показывает анализ, помимо постоянно возрастающей доли производства традиционных сплавов и компонентов на основе цинка, его все чаще применяют при производстве специальных, с уникальными свойствами и назначением композиционных материалов. На долю использования цинка в химической промышленности и при производстве композитов приходится порядка 10 %.

Однако большая часть металла, как правило, потребляется сталелитейной промышленностью при производстве сталей с покрытиями. Например, в странах Европы на долю использования цинка в стальной индустрии приходится более 45 % произведенного металла. Гальванизированная сталь обычно используется при изготовлении кузовов автомобилей и при производстве листов и лент, ра­ботающих в сложных агрессивных средах. Цинк также применяют в различных сплавах, в первую очередь в производстве латуни.

 

 

Экспериментальная часть

2.1 Объект исследования «Казцинк»

 

Усть-Каменогорск – уникальная урбанизированная система, перенасыщенная промышленными предприятиями различной техногенной ориентации. 65% загрязнений атмосферы Усть-Каменогорска дает Усть-Каменогорский металлургический комплекс, который состоит из цинкового завода мощностью 190 000 тонн в год, свинцового завода мощностью 144 000 т/год и аффинажного производства, составляющих общую инфраструктуру. Наиболее значимыми вредными выбросами этого комплекса являются сернистый газ, твердые и пылевые отходы, сточные воды, содержащие целый комплекс со- единений металлов (медь, кадмий, свинец, цинк, железо, мышьяк) [4].

Диоксид серы образуется при обжиге суль-фидных цинковых концентратов Малевского рудника в обжиговых печах кипящего слоя с дутьем, обогащенным кислородом. Диоксид серы является ксенобиотиком третьей степени опасности, однако объемы его выбросов имеют негативные последствия на жителей города и окружающую

В Казахстане имеется сырьевой потенциал свинца, кадмия, никеля, мышьяка и других компо­нентов для производства аккумуляторов, позволяющий увеличить их выпуск до 28-30 млн. штук с ориентировочной стоимостью более 1,2 млрд. долларов США, что даст в 20 раз больше доходов, по­лучаемых сегодня от экспорта свинцового сырья.

 

Таблица 1. Результаты геолого-экономической оценки свинца и цинка

Товарная стоимость, млн. долл. США Месторождения I. >500 Орловское, Малеевское, Артемьевское, Шалкия, Дальнезападный Участок месторождения Жайрем, Бестобе, Жезказган, Николаевское, Новолениногорское II. 200-500 Абыз, Западный (карьерная отработка) и Восточный Жайрем, Тишин­ское, Иртышское, Юбилейно-Снегирихинское, Космурун, Коктау, При- орское, Шаймерден III. 50-200 Майкаин, Жайрем (уч. Западный — подземная отработка), Кокзабой, Шубинское, Стрежанское, Обручевское, Долинное, Шемонаихинское, Анисимов Ключ IV. 5-50 Красноярское, Космурун, Лиманное, ТалапКарагайлы (Главный уча­сток), Майкаин Е, Сувенир, Ушкагыл, Алашпай, Акжал, Новолениногор­ское (Успенская залежь), Маячное, Акбастау, Коктау, Весенне- Аралчинское, Кундыздинское V. До 5 Жила Новая, Путинцевское, Верхнекумыстинское, Риддер-Сокольное VI. Отрицательная Карагайлы (подземная отработка), Кайрактинское, Березовское, Бело- усовское, Коксу, Узунжал, Чекмарь, Лиманное, Акбастау (подземная добыча), Майское и др.; всего 24 объекта

Казахстан имеет стабильную сырьевую базу и может сохранить ведущее место на мировом рын­ке свинца. В настоящее время основными производителями цветных металлов на основе свинца и цинка в Казахстане являются АО «Казцинк» и НП АО «Южполиметалл».

На рисунке 2 показана структура АО «Казцинк», созданного в 1997 г. путем слияния активов трех АО: АО «Зыряновский свинцовый комбинат», АО «Лениногорский полиметаллический комби­нат», АО «Усть-Каменогорский свинцово-цинковый комбинат». Акционерное общество «Казцинк»— крупный интегрированный производитель цинка с большой долей сопутствующего выпуска меди, драгоценных металлов и свинца — хорошо известно на мировом рынке цветных металлов. Предпри­ятия компании на территории Республики Казахстан расположены в шести городах, 22000 человек заняты в горной, обогатительной, металлургической отраслях, в машиностроении и в выработке электроэнергии.

Подразделения, входящие в настоящее время в состав АО «Казцинк», характеризуются следую­щими данными:

1. Усть-Каменогорское металлургическое производство (УК МП) — включает цинковый и свинцовый заводы. В последние годы значительное внимание уделяется обеспечению нормативного воздействия на окружающую среду. Для этого решается задача по уменьшению пылегазовых выбро­сов металлургического производства до уровня самых строгих санитарных норм Завершен первый этап — в 2004 г. в Усть-Каменогорске введен в эксплуатацию комплекс по утилизации слабосерни­стых газов свинцового производства по технологии датской фирмы «ХальдорТопсе» (HaldorTopsoe). Эти газы из-за низкой концентрации в них сернистого ангидрида не могли быть утилизированы в су­ществующем сернокислотном цехе и выбрасывались в атмосферный воздух. Общая стоимость проек­та составила 37 млн. долл. США. Новая технология позволила сократить выбросы двуокиси серы в атмосферу города с 72 тыс. до 41 тыс. т в год. На ближайшие годы руководство АО «Казцинк» за счет совершенствования технологии предусматривает дальнейшее снижение выбросов сернистых газов до 23 тыс. т в год.

Рисунок 2. Структура АО «Казцинк»

 

Также была пересмотрена технология свинцового завода в Усть-Каменогорске с целью сниже­ния общих выбросов тяжелых металлов в воздушную среду. Для этого пришлось отказаться от тех­нологии плавки свинцово-медного штейна в открытых конверторах и перейти на гидрометаллургиче­ский процесс с электролизом меди из раствора. Вместе с этим такая мера обеспечивает более чистую атмосферу на рабочих местах.

 

Перспективы развития свинцово-цинковой отрасли в республике

 

АО «Казцинк» планирует в 2012-2019 гг. построить и ввести в эксплуатацию медное производ­ство и реконструировать свинцовый завод в составе Усть-Каменогорского металлургического ком­плекса. Медное производство будет включать медеплавильный и электролизный заводы. Мощность медного завода составит 70 тыс.т катодной меди в год, объем перерабатываемых концентратов — 285 тыс.т в год.

При реализации данных планируется использовать современную экологически чистую техноло­гию Isasmelt (XstrataTechnology, Австралия), благодаря которой повысится экологическая безопас­ность производства, более того, уровень воздействия на воздушный бассейн будет ниже самых жест­ких санитарных норм. Так, Усть-Каменогорский металлургический комплекс снизит ежегодные вы­бросы диоксида серы на 13 тыс.т, или на 40 % в сравнении с 2005 г. Кроме того, строительство новых объектов и реконструкция свинцового производства позволит достичь полного комплексного извле­чения максимального количества полезных компонентов в продукцию высокой товарной готовности.

По мнению специалистов, строительство медного производства позволит принципиально изме­нить загрузку и технологию свинцового производства. Сейчас на соответствующем заводе использу­ется стандартная технология, включающая агломерацию шихты свинцовых, гравитационных и фло­тационных золотосодержащих концентратов, шахтную плавку агломерата и оборотных материалов, пирометаллургическое рафинирование черного свинца, разлив в чушки.

Однако существующая здесь схема переработки сырья имеет ряд недостатков: в частности, вы­нужденное использование золотосодержащих концентратов с низким содержанием свинца в шихте завода приводит к необходимости загрузки импортного свинцового сырья.

Кроме того, здесь невозможно перерабатывать медьсодержащие продукты (медные коки) цинко­вого завода, накопление которых представляет экологическую опасность. При существующей техно­логии дальнейшее сокращение выбросов диоксида серы с газами свинцового производства невоз­можно. Именно поэтому было решено внедрить технологию Isasmelt, при которой резко снижается образование слабо сернистых газов.

Преимуществами этой технологии являются совмещение нескольких технологических операций в одной установке, абсолютная герметичность агрегатов, обеспечивающая отсутствие выбросов пыли и газа, образование в печах малых объемов газов с концентрацией S0₂, позволяющей провести пол­ную утилизацию, высокая степень энергосбережения, а также гибкость в управлении рабочими ре­жимами при полной автоматизации. Она дает возможность получить взамен не утилизируемых (край­не низко концентрированных) газы с высоким содержанием диоксида серы, которые могут быть обез­врежены на существующих мощностях сернокислотного цеха.

АО «Казцинк» начало уже первые работы по до разведке Доминного и Обручевского месторож­дений в Восточно-Казахстанской области. Компания выиграла тендер на разведку и добычу руды на этих месторождениях еще в 2004 г. Добычу руды на данных месторождениях планируется начать в 2013 г. Предполагается довести максимальную добычу руды на них до 600 тыс. т в год, что позволит получать ежегодно 25,6 тыс. т цинка и 1600 кг золота в концентратах. Долинное и Обручевское нахо­дятся в непосредственной близости друг от друга, поэтому для их отработки планируется построить и ввести в эксплуатацию один рудник, с тем чтобы существенно сэкономить капитальные затраты. Планируется, что руда будет перерабатываться на Риддерской обогатительной фабрике «Казцинка».

АО «Казцинк» реализует проекты не только на территории Казахстана, но и в России. Компания приобрела 48,3 % акций ОАО «Новоширокинский рудник» (Читинская область) у золотодобывающе­го холдинга HighlandGoldMiningLtd (HGM), что составляет 50 % от его доли в данном предприятии. Сумма сделки составила 36 млн. долл. США. Здесь в 2008 г. продолжится строительство инфраструк­туры, а добыча и переработка руды увеличатся до 400 тыс. т. При этом производство золота достиг­нет 2 т, серебра — 32 т, цинка — 5 тыс. т, свинца — более 15 тыс. т. При подтверждении предпосы­лок о горных возможностях месторождения по увеличению количества добываемой руды фабрика будет дополнительно модернизирована, а добыча в будущем достигнет 600-700 тыс. т. В целом запа­сы этого месторождения оцениваются в 1,4 млн. тройских унций золота, около 350 тыс. т свинца и 165 тыс. т цинка.

По мнению специалистов, существующие и планируемые к отработке запасы новых месторож­дений могут обеспечить стабильную работу АО «Казцинк» вплоть до 2025 г. Дальнейшая загрузка металлургических мощностей должна быть обеспечена, видимо, за счет открытия и приобретения новых месторождений.

 

 

Производство цинка

 

3.1 Производство первичного цинка

 

Процесс электрохимического производства цинка

 

Обожженную руду выщелачивают в аккумуляторную кислоту. Оксид цинка растворяется в кислом растрворе, тогда как цинковое железо не растворяется в нем. После этапа расщепления раствор сырого сульфата цинка подлежит очистке, а нерастворимое вещество подвергается ярозитному осаждению.

В процессе ярозитного осаждения нерастворимое вещество обожженной руды находится в контакте с аммиаком и железом (который также содержит цинк и другие металлы), полученными в результате второго процесса выщелачивания. Железо осаждают, при этом образуется нерастворимый ярозит аммония [(NH4)2Fe6(SO4)4(OH)12]. После сепарации раствор, содержащий цинк, подвергается первому процессу выщелачивания, а нерастворимое вещество - второму процессу выщелачивания. В ходе процесса второго выщелачивания нерастворимое вещество находится в контакте с раствором концентрированной кислоты. Цинковое железо и практически все другие металлы растворяются в растворе концентрированной кислоты. После сепарации раствор, содержащий цинк и железо, вновь подвергается ярозитному осаждению, в результате которого удаляются железо и нерастворимое вещество.

Раствор сырого сульфата цинка, образовавшийся в результате первого процесса выщелачивания, очищают методом добавления цинковой пыли. В результате добавления цинковой пыли, уголь, кобальт и кадмий осаждаются в виде металлов. После фильтрации очищенного раствора сульфата цинка электролитический конденсат цинка отделяют от раствора. Цинковые листы, полученные в результате электролитического процесса, плавят в индукционных печах и отливают в блоки. Цинковые сплавы можно также изготавливать, добавляя свинец или алюминий низкой концентрации.

Рисунок 2.1 Ниже показана схема обобщенного процесса производства цинка электрохимическим способом согласно приведенному выше описанию.

 

сульфата

 

 

Руда Обжиг

Раствор

Концентрат кислота

Цинка

 

Очищение Цинк

 

Рисунок 2.1 Схема процесса для категории источника

Руда Обжиг

Раствор

Концентрат кислота

Цинка

 

 

Рисунок 2.2 Схема процесса для категории источника

 

Очищение Цин

 

 

При использовании методов производства из основного сырья цинк получают из руд, содержащих 85% сульфида цинка (по весу) и 8–10% сульфида железа, с общей концентрацией цинка около 50%.

Руды также содержат сульфиды металлов, таких, как свинец, кобальт, медь, серебро, кадмий и сульфид мышьяка. Руды окисляют с подачей воздуха, в результате чего получают оксид цинка, окись серы и цинковое железо. Хлор и фтор удаляют из дымового газа, а двуокись серы в результате каталитических реакций превращается в серную кислоту.

Металлургический комбинат, занимающийся производством цинка из вторичного сырья, - это любое предприятие или завод, на котором обрабатываются цинкосодержащий металлолом или цинкосодержащие материалы, не являющиеся цинкосодержащими концентратами (рудами), полученными в ходе добычи полезных ископаемых (Barbouretal., 1978). Но, как правило, по инвентаризации выбросов ЕМЕП/ЕАОС 2009 4 металлургические комбинаты, занимающиеся производством цинка из основного сырья, тоже часто используют цинковый металлолом или переработанную пыль в качестве исходного материала.

Производства цинка с использованием лома включает три основные операции: предварительная обработка, плавление и очистка. Металлолом подается в устройство обработки вторичного сырья цинка в виде слитков, бракованных отливок, отходов металлургического производства и другого смешанного металлолома, содержащего цинк (USEPA, 1995). Предварительная обработка металлолома включает сортировку, очистку, измельчение и просеивание, осаждение влаги и выщелачивание. При сортировке цинкосодержащий металлолом вручную отделяется с учетом содержания цинка и в соответствии с любыми требованиями к дальнейшей обработке. При очистке удаляют инородные материалы, чтобы улучшить качество продукта и эффективность процесса восстановления. Измельчение облегчает процесс отделения цинка от примесей. При просеивании и пневмосепарации происходит концентрация металлического цинка для дальнейшей обработки. При выщелачивании с помощью раствора карбоната натрия происходит превращение окалины и шлаков в оксид цинка, из которого можно восстановить металлический цинк (USEPA, 1995). Чистый цинкосодержащий металлолом подвергается плавлению в котле, тигле, отражательной и индукционной электропечи. В этих печах используется флюс для отделения примесей из расплавленного цинка. В результате перемешивания флюс и примеси распространяются по поверхности металла в виде шлака, откуда их в дальнейшем снимают. Оставшийся расплавленный цинк можно отлить в формы или подвергнуть дальнейшей очистке в расплавленном состоянии (USEPA, 1995). В процессе очистки происходит дальнейшее удаление примесей из лома, содержащего чистый цинковый сплав, а также из цинка, выпаренного во время этапа плавления в муфельных печах. Расплавленный цинк нагревают до тех пор, пока он не начнет испаряться. Пары цинка конденсируют и улавливают в различных видах, в зависимости от температуры, времени улавливания, отсутствия или наличия кислорода и оборудования, используемого в процессе конденсации паров цинка. Конечные продукты в результате процессов очистки включают слитки цинка, цинковую пыль, оксид цинка и цинковые сплавы (USEPA, 1995).

Дистилляция цинка может осуществляться осуществляется в различных агрегатах: горизонтальных ретортах, вертикальных ретортах, электрической печи, шахтной печи.

Принципиальная технологическая схема производства металлического цинка дистилляцией из сульфидных концентратов представлена на рисунке 2.1

 

 

Рисунок 3. Принципиальная технологическая схема получения металлического цинка дистилляцией.

 

Свинец конденсируется, в основном, в конденсаторе. Таким образом, цинк, получаемый дистилляционным способом в значительной степени загрязнён кадмием и свинцом.

После окончания процесса дистилляции реторту, один цикл которой составляет порядка 24 часов, отделяют от конденсатора и выгружают из неё оставшийся после дистилляции твёрдый спек, который называют раймовкой. В раймовке содержится порядка 6-12% цинка, поэтому раймовка направляется на переработку с целью дополнительного извлечения цинка.

Извлечение цинка невелико и составляет 86,4-87,8%. Процесс дистилляции в ретортах малопроизводителен. Кроме того, в результате получают цинк, загрязнённый свинцом и кадмием. На рисунке 2.2 представлено устройство установки для дистилляции цинка в горизонтальной реторте.

 

Рисунок 3.1 Устройство для получения цинка дистилляцией в горизонтальной реторте

1- горизонтальная реторта; 2 –конденсатор; 3- аллонжа; 4

Распределение цинка между продуктами дистилляции характеризуется показателями, %: черновой цинк- 85-86; раймовка 5-7; пусьера-3-5.

 

Производство цинка в шахтных печах или процессом Imperial Smelting было впервые реализовано в промышленном масштабе в 1952 г. в Англии на заводе «Эвонмаунт». Сейчас процесс используется более чем на 10 заводах в разных странах.

Технология дистилляции цинка в шахтной печи («Imperial Smelting – процесс») позволяет получать 90% цинка, содержащегося в шихте в виде металла. Особенностью процесса является совместная переработка цинковых и свинцовых концентратов или свинцово- цинкового концентрата с отношением Zn:Pb= 2:1. Схема процесса «Imperial Smelting» представлена на рисунке 2.4

В этом процессе свинцово- цинковая шихта предварительно подвергается спекающему обжигу на ленточных агломерационных машинах. Полученный агломерат характеризуется составом, %: Zn-35-45; Pb- 15-20; SiO₂ – 3-8; CаO – 4-10; Fe- 6-9; S-0,7-1,5.

Шихта, загружаемая в печь, состоит из агломерата и кокса. Кокс предварительно прокаливается при температуре 800^ос и в горячем состоянии поступает на плавку. Расход кокса составляет порядка 40% от массы агломерата. В печь подают дут