Производство цинковых белил муфельным способом

13.1. Основы производства цинковых белил.

Цинковые белила получают или окислением металлического цинка, или непосредственно из цинкосодержащего сырья.

В первом случае металлический цинк расплавляют в барабанных печах, испаряют его и пары окисляют кислородом воздуха. Рассмотрим принципиальную технологическую схему для данного метода производства цинковых белил (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Принципиальная схема производства ZnO из металлического цинка: 1 — устройство для подачи в печь цинка и добавок; 2 — горелка;

3 — барабанная вращающаяся печь; 4 — окислительная камера; 5 — циклон;

Во вращающуюся барабанную печь 3, футерованную огнеупорным кирпичом, загружается металлический цинк и при необходимости добавки. Тепло на плавление и испарение цинка подводится от продуктов сгорания природного газа в горелке 2. Пары цинка отводятся в камеру окисления 4, в которую подается воздух. Окисление цинка в камере идет по реакции:

Полученные цинковые белила направляются на улавливание в циклон 5 и рукавный фильтр 6.

Наиболее сложным агрегатом схемы является барабанная печь. Обычно она имеет длину 1,7 ¸ 2,5 м и диаметр 1 ¸ 1,5 м; число оборотов — 0,5 ¸ 1 об/мин. У торцов барабана имеются кольцевые пороги высотой 250 ¸ 300 мм.

Пары цинка должны отводиться из печи при температуре 1000 ¸ 1100 °С. Клее низкая температура на поверхности жидкого цинка приводит 4 нежелательному окислению его в печи. В результате этого окисления на внутренних стенках печи нарастает толстый рыхлый слой окиси цинка («шуба»). Для очистки стенок печь приходится останавливать. Для снижения нежелательного окисления цинка в печь добавляют с помощью устройства 1 кокс, который и создав над слоем жидкости защитный газовый слой с повышенной концентрацией СО.

При получении цинковых белил из цинкосодержащего сырья (концентрат сернистого цинка и цинкосодержащие отходы производств) используют схему, представленную на рис. 13.2.

Рис.13.2. Схема получения белил из цинкосодержащего сырья: 1 — бункер для кокса; 2 — бункер для агломерата; 3 — подготовительная обжиговая печь; 4 -шахтная электропечь; 5 — окислительная камера; 6 — циклон; 7 — фильтр.

Сущность технологии получения цинковых белил из агломерата заключается в следующем. Агломерат и кокс из бункеров 1 и 2 поступают на предварительный обжиг в барабанную печь 3, где при температуре 800 °С сырье освобождается от свинца и кадмия. Затем гранулы цинкового агломерата поступают в электропечь 4. Печь представляет собой цилиндрическую шахту диаметром 2,5 м и высотой 11 м. Печь имеет 4 или 6 пар электродов, расположенных по высоте шахты. Пары цинка из печи 4 поступают в окислительные камеры 5, в которую также подается и воздух. Полученная окись цинка поступает на улавливание в циклон 6 и рукавный фильтр 7. Следует отметить, что производительность такой установки составляет 30 т цинковых белил в сутки, а расход электроэнергии на 1 кг окиси цинка 2,3 кВт/ч.

Источник

Производство цинковых белил муфельным способом

OOO «Эмпилс-цинк»
г. Ростов-на-Дону,
ул. Лермонтовская, 196/126

Оксид цинка (окись цинка, цинковые белила) — синтетический неорганический пигмент белого цвета производится на нашем предприятии методом возгонки металлического цинка в муфельных печах, с последующим окислением его паров в окись (косвенный метод, французский процесс) и улавливании образовавшихся цинковых белил. Для производства мы используем только высококачественное сырье – металлический цинк марок Ц0А и выше по ГОСТ 3640-94. Цинк марки ЦВ0 соответствует требованиям европейской марки SPECIAL HIGH GRADE. Французский процесс

Французский процесс

В непрямом или французском процессе металлический цинк плавится в графитовом тигле (муфеле) и испаряется при температурах выше 907 °С (фактически 1100-1400 °С). Пары цинка вступают в реакцию с кислородом в воздухе, что приводит к образованию оксида цинка ZnO, сопровождаемому падением его температуры и яркой люминесценцией. Частицы оксида цинка транспортируются в охлаждающий канал и собираются в уловителе. Этот косвенный метод был популяризирован LeClaire (Франция) в 1844 году и поэтому широко известен как французский процесс. Его продукт обычно состоит из агломерированных частиц оксида цинка со средним размером от 0,1 до нескольких микрометров. По весу большая часть оксида цинка в мире производится по французскому методу.

Ключевым направлением деятельности нашей компании является постоянное совершенствование технологий производства оксида цинка, что повышает эффективность производства и обеспечивает его высокую экологическую безопасность. Производство оксида цинка осуществляется в соответствии с технологическим регламентом «Эмпилс-цинк» в полном соответствии с нормативными документами на продукцию и специфическими требованиями потребителей. На каждой стадии технологического процесса производится контроль параметров в соответствии с планом управления производства. Лабораторному контролю качества подлежит 100% готовой продукции – контроль каждой тонны, изготовленной продукции.

Источник

Особенности и виды технологий производства оксида цинка (цинковых белил)

Оксид цинка (цинковые белила) представляет собой белый аморфный порошок, состоящий из игольчатых или сферических кристаллов. Цинковые белила обладают горьким вкусом, не имеют запаха, не растворяются в холодной и горячей воде, но растворяются в кислотах и щелочах. Применяются в разных отраслях промышленности в качестве катализатора, компонента или наполнителя применяют для производства изделий из каучука, пластика, изготовления красок, лаков, смазок, клея, герметиков, пигментов и многих других материалов, используемых в быту, медицине, фармацевтике, на производствах. Вещество практически полностью поглощает ультрафиолет, обеспечивая защиту связующим элементам.

Особенности производства и разные виды технологий

Для получения химического вещества ZnO на производствах применяют разные виды технологий, конечным результатом которых является соединение цинка с кислородом. При разных способах получения продукта учитываются: его востребованность, уровень физического воздействия, количество образования твердых отходов, сточных вод и выбросов в атмосферу, а также использование химических веществ и потребление энергии.

Окись цинка получают тремя основными методами:

путем обработки природного минерала цинкита методом вельцевания;
путем сжигания цинка в кислороде;
с помощью термического разложения водных растворов солей металла.

Независимо от способа получения в производственных помещениях устанавливаются вытяжки и вентиляционные системы. Работники снабжаются индивидуальными средствами защиты и респираторами. Само вещество не представляет опасности, но его пыль вызывает раздражение дыхательных путей, а попадание в пищевод приводит к заболеванию ЖКТ.

Получение белил из металлического цинка

Наиболее распространенной технологией получения цинковых белил является получение из цинка муфельным либо тигельным способом. Технологический процесс состоит из подготовки сырья, его плавления, испарения с последующим окислением его паров, охлаждения суспензии и выделения белил. Цинк плавится в графитовом тигле или муфеле, установленном в печи специальной конструкции. При достижении температуры 980 градусов начинается образование его паров, которые вступают в реакцию с кислородом воздуха. Это приводит к образованию окиси цинка, сопровождающегося снижением температуры и появлением яркого свечения. Частицы вещества направляются в охлажденный канал и накапливаются в емкости. Данную технологию называют французским методом. Размер частиц вещества составляет от 0,1 до нескольких мкм. Для выработки 1 т порошка расходуется 294 кВт. По данной технологии получают цинковые белила, соответствующие ГОСТ 202-84, оксид цинка по ГОСТ 10262-76

Технологический процесс получения методом вельцевания

Процесс вельцевания происходит в трубчатой печи, вращающейся вокруг своей оси. Исходные материалы, — природная руда цинкит, сернистая руда, кокс и антрацит (оксид углерода) измельчаются и смешиваются с измельчёнными углеродосодержащими материалами. При непрерывном перемешивании смесь подвергается нагреву до 1200—1300 °C во вращающейся горизонтальной трубчатой печи (вельц-печи). При этом происходит восстановление из оксида цинка, после чего он переходят в газовую фазу. В парообразном состоянии цинк окисляется кислородом воздуха и углекислым газом. Возгоны цинка уносятся газами из печи и собираются в пылеуловителях. Твердый остаток переработанной шихты называется клинкер, он состоит из нелетучих металлов. Клинкер затем отправляют на дополнительную переработку для извлечения других ценных металлов. При этой технологии энергопотребление на 1 т продукта составляет 1281 кВт. Оксид цинка, полученный по данной технологии, имеет в своем составе большое количество примесей, может иметь серый или желтоватый цвет.

Влажный термический процесс

Цинковые пыли, образовавшиеся при работе сталеплавильных печей и гальванического цинкования оседают на электролитах. Метод основан на осаждении цинковых соединений из электролита. Влажный химический процесс происходит в водных растворах солей цинка, из которых осаждается гидроксид цинка. При нагревании он разлагается на оксид цинка и воду. Твердый осадок, полученный путем термического разложения, пропускают через поток раскаленного воздуха с температурой 800 градусов, в результате чего удаляется влага.

Эффективная технология считается более экономичной. При использовании данного метода не образуется твердых отходов, происходит незначительный выброс загрязняющих веществ в атмосферу и затрачивается на тонну продукта всего 83 кВт электроэнергии. Производство при небольших вложениях актуально в регионах со значительной сырьевой базой. Оксид цинка, полученный по этой технологии, отличается большой удельной площадью поверхности частиц и высокой реакционной способностью, что может позволить повысить эффективность химических технологических процессов с его участием, и снизить общие объемы потребления.

Источник

Муфельный способ получения сухих цинковых белил

Владельцы патента RU 2398802:

Изобретение может быть использовано в лакокрасочной, резинотехнической и других отраслях промышленности. Способ получения сухих цинковых белил включает загрузку цинка в муфели, установленные в печи, разделенной на две автономно работающие секции, испарение цинка из муфелей в результате их нагрева пламенем газовых горелок, окисление паров цинка кислородом воздуха в окислительной камере с образованием аэрозоля цинковых белил. Муфели устанавливают в печь с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры. Загрузку цинка в муфели осуществляют в виде его расплава, получаемого в насадке к муфелям при температуре 500-550°С. Муфели нагревают до температуры 1250-1400°С, а воздух в окислительную камеру подают нагретым до температуры 150-250°С. Полученный аэрозоль цинковых белил транспортируют по белилопроводу через уравнительную камеру в фильтровальную установку с помощью вытяжного вентилятора, отделяют сухие цинковые белила от воздуха с помощью рукавных фильтров фильтровальной установки и выгружают из бункеров фильтровальной установки в упаковочную тару. Изобретение позволяет упростить аппаратурное оформление и улучшить условия труда при замене вышедших из строя муфелей на новые, увеличить срок службы муфелей, снизить расход энергоносителей, 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области производства оксидов металлов из металлосодержащего сырья и может быть использовано в производстве из цинкосодержащего сырья сухих цинковых белил (оксида цинка), потребляемых для резинотехнических изделий и шин, лакокрасочных материалов, искусственной кожи и подошвенных резин, электрокабеля, стоматологических цементов, абразивных изделий для стоматологии, асбестотехнических изделий и других материалов.

Известен муфельный способ получения сухих цинковых белил, выбранный в качестве прототипа, включающий загрузку чушек металлического цинка в муфели, в которых цинк нагревают до температуры кипения и выше с целью получения парообразного цинка. Пары цинка из муфелей поступают в окислительную камеру благодаря создающему вытяжным вентилятором разрежения в системе окислительная камера — уравнительная камера — белилопровод — вытяжной вентилятор, равного 15-50 Па. Пары цинка, имеющие высокую температуру (1250-1450°С), вступают в реакцию с кислородом воздуха с образованием оксида цинка (ZnO), который, смешиваясь с воздухом, образует аэрозоль сухих цинковых белил, который транспортируется в уравнительную камеру и по белилопроводу в аспирационное отделение, где осуществляется разделение в рукавных фильтрах сухих цинковых белил и воздуха. Цинковые белила из рукавных фильтров выгружаются в бункеры, из которых их упаковывают в бумажные или полипропиленовые мешки. Через 15-20 суток работы муфели, имеющие трещины или значительные наросты настыля на внутренних поверхностях, заменяют на новые без остановки работы печи. Для этого новые муфели нагревают в отдельно построенной печи до 700°С. Старые муфели убирают из печи специальной механической установкой, этой же установкой вставляют в печь нагретые новые муфели. (Орлова О.В, Фомичева Т.Н, Окунчиков А.З., Курский Г.Р. Технология лаков и красок. Учебное пособие для техникумов. М.: Химия, 1980 г., с.211-212, 371-372)

Известен способ производства сухих цинковых белил, в котором загрузку цинка в муфели осуществляют в виде расплава, получаемого в приставке к муфелям при температуре 500°С (авторское свидетельство SU 53566, кл. F27B 5/00, 1938 г.).

Общими недостатками известных способов получения сухих цинковых белил являются:

— трудоемкость и опасность производства сухих цинковых белил, связанная с заменой вышедших из строя муфелей, нагретых до температуры 1250-1450°С, на новые специальным приспособлением через окислительную камеру;

— нагрев новых муфелей, предназначенных для замены муфелей, вышедших из строя, в специальной печи до температуры 600-700°С;

— сложное аппаратурное оформление, связанное с применением специального приспособления для замены вышедших из строя муфелей на новые и с использованием дополнительной печи для нагрева новых муфелей перед заменой их на муфели, вышедшие из строя;

— значительные площади, занимаемые оборудованием;

— повышенный расход природного газа;

— значительные капитальные и эксплуатационные затраты, способствующие повышению себестоимости сухих цинковых белил.

Задачей предлагаемого способа получения сухих цинковых белил является устранение вышеперечисленных недостатков известных способов. Решение указанной задачи достигается тем, что для производства сухих цинковых белил используют печь, разделенную на две автономно работающие секции, муфели, имеющие насадки, устанавливают в печь с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры, загрузку цинка в муфели осуществляют в виде его расплава, получаемого в насадке к муфелям при температуре 500-550°С. Муфели нагревают до температуры 1250-1400°С.

Воздух для окисления паров цинка в оксид цинка подают в окислительную камеру нагретым до температуры 150-250°С. Замену вышедших из строя муфелей осуществляют при остановке работы секции и охлаждении муфелей до температуры 60°С.

Устройство муфеля с насадкой представлено на чертеже.

1 — муфель, 2 — насадка, 3 — клей огнеупорный, 4 — передняя вставная крышка, 5 — зазор для оттока паров цинка в окислительную камеру, 6 — расплав цинка, 7 — задняя вставная перегородка, 8 — зазор для протекания цинка из насадки в муфель, 9 — чушка цинка.

Температуру расплава цинка в насадке (поз.2) поддерживают на уровне 500-550°С. Между насадкой (поз.2) и муфелем (поз.1) имеется задняя вставная крышка (поз.7), которая не полностью перекрывает муфель и образует зазор (поз.8), необходимый для перетока расплава цинка из насадки (поз.2) в муфель (поз.1). Наибольшая высота сегмента, образованного зазором (поз.8), составляет 50-70 мм, наибольшая высота сегмента, образованного зазором (поз.8) между муфелем и передней вставной крышкой (поз.4), составляет 70 мм. Для испарения цинка в муфелях их нагревают пламенем газовых горелок до температуры 1250-1400°С. Для полного окисления паров цинка в окислительной камере в нее подают воздух, нагретый до температуры 150-250°С. Муфели, установленные в печь, при данных условиях производства сухих цинковых белил могут находиться в работе до их замены на новые в течение 15-25 суток, в зависимости от качества перерабатываемого цинка в сухие цинковые белила, замену вышедших из строя муфелей осуществляют при остановке работы секции печи и охлаждении муфелей до температуры 60°С.

Перед тем как выключить из работы секцию печи, производят полную выработку расплава цинка из муфелей данной секции. Для этого прекращают загрузку чушек цинка в насадки к муфелям, насадки закрывают крышкой для исключения испарения из них цинка. Газовые горелки не выключают до полной выработки расплава цинка в муфелях. Полная выработка расплава цинка в муфелях и насадках обеспечивается наклоном муфелей в 2-3° в сторону окислительной камеры.

Совокупность признаков заявляемого технического решения муфельного способа получения сухих цинковых белил имеет отличия от прототипа и не следует явным образом из изученного уровня техники, поэтому авторы считают, что способ является новым и имеет изобретательный уровень.

Муфельный способ получения сухих цинковых белил позволяет исключить трудоемкие и опасные операции замены отработанных, нагретых до 1250-1400°С муфелей на новые, предварительно нагретые до 600-700°С в отдельной печи, специальным приспособлением, исключить из обращения отдельную печь для нагрева новых муфелей, предназначенных для замены отработанных муфелей, а также специальное приспособление, тем самым сократить производственную площадь, уменьшить расход газа, капитальные и эксплуатационные затраты.

Муфельный способ получения сухих цинковых белил осуществляют следующим образом. В печь, разделенную на автономно работающие секции, устанавливают муфели с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры, к муфелям устанавливают насадки, включают обогрев насадок и муфелей газовыми горелками. В окислительные камеры подают нагретый воздух до температуры 150-250°С. В насадки загружают чушки цинка. Температуру расплава цинка в насадках поддерживают на уровне 500-550°С, а муфели разогревают до температуры 1250-1400°С. При загрузке в насадки цинка, содержащего 98% металлического цинка, срок работы муфелей составит 15-25 суток, а при загрузке в насадки цинка, содержащего 99,7-99,9% металлического цинка, срок работы муфелей до их замены на новые составит 25-40 суток. После выхода из строя 40% муфелей, установленных в секции, производят полную выработку расплава цинка в муфелях данной секции и производят остановку работы данной секции. Для этого прекращают загрузку цинка в насадки, насадки закрывают крышками и после полной выработки расплава цинка в муфелях отключают обогрев насадок и муфелей. После охлаждения муфелей до температуры 60°С осуществляют их замену на новые. После этого данную секцию включают в работу так, как это было описано выше.

Данные технологических параметров известного (Орлова О.В., Фомичева Т.И., Окунчиков А.З., Курский Г.Р. Технология лаков и красок. Учебное пособие для техникумов. М.: Химия, 1980 г., с.211-212, 371-372) и предлагаемого способов получения сухих цинковых белил представлены в таблице 1.

Состав гартцинка, мас.%:

Массовая доля цинка — 99,5

Массовая доля примесей — 0,5.

Таблица 1
Расход энергоносителей на 1 т сухих цинковых белил, кВт.	Массовая доля цинка в пересчете на оксид цинка в сухих цинковых белилах, %	Срок службы муфелей до его замены на новый сутки	Производительность одного муфеля по испаряемому цинку, кг/ч
По известному способу	По предлагаемому способу	По известному способу	По предлага- емому способу	По известному способу	По предлагаемому способу	По известному способу	По предлагаемому способу
800	650	99,70	99,73	15	35	24,6	28,6
760	630	99,70	99,70	12	37	23,8	29,5
790	660	99,70	99,75	17	34	25,0	28,8

Результаты технологического процесса предлагаемого способа получения сухих цинковых белил при указанных в формуле изобретения параметрах и граничных параметрах представлены в таблице 2.

Таблица 2
№№ опытов	Наименование параметров процесса	Единицы измерения	Значения параметров	Результаты технологического процесса
1.	Температура расплава цинка в насадке	°С	450	Время плавления цинка в насадке — 35 минут.
Температура в печи	°С	1350	Не соответствует режиму работы муфеля.
2.	Температура расплава цинка в насадке	°С	500	Время плавления цинка в насадке — 14 минут.
Температура в печи	°С	1350	Нормальный режим заполнения расплавом цинка.
3.	Температура расплава цинка в насадке	°С	550	Время плавления цинка в насадке — 12 минут.
Температура в печи	°С	1350	Нормальный режим заполнения муфеля цинком.
4.	Температура расплава цинка в насадке	°С	600	Время плавления цинка в насадке — 10 минут.
Температура в печи	°С	1350	Повышена интенсивность испарения цинка из насадки
5.	Температура расплава цинка в насадке	°С	500	Время плавления цинка в насадке — 15 минут.
Температура в печи	°С	1200	Скорость испарения цинка из муфеля — 580 кг/сутки
6.	Температура расплава цинка в насадке	°С	500	Время плавления цинка в насадке -15 минут.
Температура в печи	°С	1250	Скорость испарения цинка из муфеля — 610 кг/сутки. Качество цинковых белил соответствует БЦОМ по ГОСТ 202-84
Продолжение таблицы

№№ опытов	Наименование параметров процесса	Единицы измерения	Значения параметров	Результаты технологического процесса
7.	Температура расплава цинка	Время плавления цинка в насадке — 14 минут.
	в насадке	°С	500	Скорость испарения цинка из
	Температура в печи	°С	1350	муфеля — 690 кг/сутки.
Качество цинковых белил соответствует БЦОМ по ГОСТ 202-84
8.	Температура расплава цинка в	Время плавления цинка в насадке — 14 минут.
	насадке	°С	500	Скорость испарения цинка из
	Температура в печи	°С	1400	муфеля — 703 кг/сутки.
Цинковые белила соответствуют марке БЦОМ по ГОСТ 202-84
9.	Температура расплава цинка в	Время плавления цинка в насадке — 14 минут.
	насадке	°С	500	Скорость испарения цинка из муфеля — 703 кг/сутки.
	Температура в °С печи	°С	1450
Цинковые белила соответствуют марке БЦОМ по ГОСТ 202-84
10.	Температура расплава цинка в	Время плавления цинка в насадке — 14 минут.
	насадке	°С	500	Скорость испарения цинка из
	Температура в печи	°С	1350	муфеля — 690 кг/сутки.
	Температура воздуха, подаваемого в окислительную камеру	В цинковых белилах обнаруживаются следы металлического цинка.
°С	100	По ГОСТ 202-84 — отсутствие
11.	Температура расплава цинка в	Время плавления цинка в насадке — 14 минут.
	насадке	°С	500	Скорость испарения цинка из
	Температура в печи	°С	1350	муфеля — 690 кг/сутки.
	Температура воздуха, подаваемого в окислительную камеру	Качество цинковых белил соответствует БЦОМ по ГОСТ 202-84
°С	150
12.	Температура расплава цинка в	Время плавления цинка в насадке — 14 минут.
	насадке	°С	500	Скорость испарения цинка из
	Температура в печи	°С	1350	муфеля — 690 кг/сутки.
	Температура воздуха, подаваемого в окислительную камеру	Качество цинковых белил соответствует БЦОМ по ГОСТ 202-84
°С	250

1. Муфельный способ получения сухих цинковых белил путем загрузки цинка в муфели, установленные в печи, испарения цинка из муфелей в результате их нагрева пламенем газовых горелок, окисления паров цинка кислородом воздуха в окислительной камере с образованием аэрозоля цинковых белил, транспортировки аэрозоля цинковых белил по белилопроводу через уравнительную камеру в фильтровальную установку с помощью вытяжного вентилятора, отделения сухих цинковых белил от воздуха с помощью рукавных фильтров фильтровальной установки, выгрузки сухих цинковых белил из бункеров фильтровальной установки в упаковочную тару, отличающийся тем, что используют печь на две автономно работающие секции, муфели устанавливают в печь с наклоном в 2-3° в сторону окислительной камеры, загрузку цинка в муфели осуществляют в виде его расплава, получаемого в насадке к муфелям при температуре 500-550°С, муфели нагревают до температуры 1250-1400°С, а воздух в окислительную камеру подают нагретым до температуры 150-250°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что замену вышедших из строя муфелей осуществляют при остановке работы секции и охлаждении муфелей до температуры 60°С.

Источник