Відновлення цинку з окислених матеріалів в промислових умовах проводять тільки углетерміческі, використовуючи в якості відновлювача вугілля або кокс.
Головна і загальна мета цього процесу - відокремити цинк від більшості супутніх йому компонентів в окислених промислових і природних цінксодержащіх матеріалах при найбільших техніко-економічних вигодах. Ця мета досягається завдяки тому, що в умовах углетерміческого відновлення цинк переходить в металевий стан, в якому його летючість набагато вище летючості інших супутніх йому компонентів в тих же умовах. Отже, при цьому відбувається виборча дистиляція цинку, який відганяється у вигляді пари. Парогазову фазу виводять із зони дистиляції і конденсують цинк. Якщо при цьому в газовій фазі зберігається досить висока концентрація СО або конденсація цинку здійснюється досить швидко для запобігання окислення парів цинку, то вони вбирають рідкий метал. В іншому випадку пари цинку окислюються і конденсується ZnO.
Створити умови для конденсації металевого цинку досить складно. Робити це має сенс лише при відновленні цинку з багатих по цинку окислених матеріалів, яким є цинковий агломерат, з отриманням товарного металу або близького до нього. Для бідних по цинку матеріалів (окислені цинкові руди, продукти металургійного виробництва - цинкові кеки, цінковістие шлаки та ін.) Конденсацію відігнаного цинку ведуть в окислювальних умовах. Отримані при цьому возгони оксиду цинку переробляють методами, застосовуваними для багатих окислених цинкових матеріалів, або використовують як технічний оксид цинку. Таким чином, дистиляція цинку з бідних матеріалів має на меті сконцентрувати цинк в малій кількості оксидного возгона.
Пірометалургійного переробка цинкових Кекова в основному проводиться методом вельцеванія, тоді як в практиці інших країн здебільшого використовується свинцева шахтна плавка (цинкові кеки вводять в шихту агломеруючого випалу свинцевого концентрату) з подальшим фьюмінгованіем утворюються при шахтній плавці цінковістих шлаків.
Вельцеваніе - це відновлення дисперсного твердого цінксодержащіх окисленого матеріалу коксиком в обертових трубчастих печах з відгонкою металевого цинку і конденсацією окисленого цинку (Вельца-оксид).
Хімізм відновлення окислених цинкових матеріалів
Для відновлення окислених цинкових матеріалів характерно трифазні протікання процесів і індивідуальну поведінку окремих фаз. Щоб судити про хімізмі углетерміческого відновлення цих матеріалів, треба знати їх фазовий склад.
У цинкових Кекаха основні компоненти представлені такими формами: цинк - головним чином ферритом ZnFe2 О4 і в малому ступені сульфідом ZnS і сульфатом ZnSO4 (за рахунок захоплення сульфатного цинкового розчину); свинець - в основному сульфатом PbSO4 і в малому ступені сульфідом; мідь і кадмій - головним чином в ферритах; залізо знаходиться у формі феритів, магнетиту Fe3 O4. аморфного основного сульфату 2 Fe2 O3 • SO3 • і Н2 О, гематиту α-Fe2 O3. У процесі сушіння вологих кеков, що містять кислий цинковий розчин, утворюються в невеликих кількостях сульфати цинку, міді, кадмію (взаємодія H2 SO4 з ферритами).
У цинковій агломерате цинк знаходиться в наступних формах: цинкита ZnO, ферріфранклініта, (Zn, Fe) Fe2 О4 залозистого віллеміта (Zn, Fe) 2 SiO4. У агломерату для шахтної плавки містяться значні кількості свинцю в формі силікатної свинцевого скла і може бути в невеликих кількостях в формі фериту свинцю РbО (6 - у) • Fe2 О3. де у ≤ 1, як досить термічно стійкого.
Оксид цинку важко відновлюється, і для цього потрібні високі значення pCO і t, при яких процес йде по реакції
Ферит цинку стійкий до дисоціації на повітрі до 1400 ° С (і до цієї температури він не плавиться). Початок його відновлення відзначається при 650-750 ° С виділенням ZnO в самостійну фазу і освітою (Zn, Fe) O • Fe2 03. Це обумовлено тим, що відновлення Fe 3+ протікає без попутного відновлення Zn 2+ і надмірна кількість Мео проти стехіометричного кількості в шпінелі має виділятися з неї в самостійну фазу ZnO, а залишковий ферит зберігає стехіометричний склад шпінелі, але збіднюється по цинку, наближаючись до складу Fe3 O4. В обмеженій мірі можлива реакція
Відновлення сульфатів може призводити до утворення сульфіду, оксиду або металу. Це залежить від співвідношення спорідненості Ме 2+ до сірки і до кисню, а також від стійкості сульфату до термічної дисоціації.
Сульфати свинцю і кадмію, які характеризуються високою стійкістю до дисоціації і меншим спорідненістю Me 2+ до кисню, ніж до сірки, відновлюються до сульфідів. наприклад:
а основний сульфат свинцю відновлюється по реакції
РbО - PbSO4 + 5 СО = Pb + PbS + 5 СО2. (12.4)
При досить низьких температурах, при яких сульфати цинку термічно стійкі, відновлення протікає по реакціях
ZnO • 2ZnSO4 +8 СО = ZnO + 2 ZnS + 8 СО2.
Сульфат міді термічно менш стійкий, ніж сульфати свинцю, кадмію, цинку, а СuО - легко відновити події оксид, тому CuSO4 відновлюється до металу:
Таким чином, хімізм відновлення сульфатів визначається співвідношенням швидкостей термічної дисоціації і відновлення. Якщо дисоціація протікає швидше, ніж відновлення, то кінцевий твердий продукт процесу - важковідновні оксид або метал. Якщо швидше протікає відновлення сульфату, то кінцевим продуктом процесу буде сульфід металу. Підвищення температури неоднаково прискорює термічну дисоціацію і відновлення сульфату, і це може змінити хімізм процесу: наприклад, при низьких температурах утворюється сульфід, а при більш високих температурах - метал.
У цинкових агломерату міститься силікат цинку, який в умовах, характерних для відновлення агломерату, досить повно відновлюється з утворенням парів металевого цинку, а вивільнилися кремнезем зв'язується з породообразующими оксидами в силікати.
При углетерміческом відновленні цинку з різних окислених матеріалів він переганяється в формі металу, тоді як інші переганяється компоненти мають різні леткі форми, в яких вони переважно отгоняются: свинець у вигляді PbS; кадмій у вигляді металу і CdS; індій у вигляді 1nС13 і InO; хлор в вигляді ряду хлоридів, але основною з них А1С13.