Технический университет УГМК, Верхняя Пышма, Россия

П. А. Козлов, заместитель директора по науке, докт. техн. наук, эл. почта: p.kozlov@tu-ugmk.com

ОАО «УГМК», Верхняя Пышма, Россия
А. М. Паньшин, технический директор, докт. техн. наук
С. А. Якорнов, заместитель технического директора по металлургии, канд. техн. наук

Технический университет УГМК, Верхняя Пышма, Россия¹ ; АО «Челябинский цинковый завод», Челябинск, Россия²:
Д. А. Ивакин, заведующий лабораторией металлургии¹, начальник технологического бюро инженерного центра², канд. техн. наук, эл. почта: dai@zinc.ru

Разработан способ переработки пылей электродуговых сталеплавильных печей с извлечением цинка, включающий вельцевание без возгонки цинка, позволяющий за одну стадию получить продукт, пригодный для гидрометаллургической переработки и освобожденный от свинца и галогенов. Для этого продукта рационально использование щелочной гидрометаллургической технологии, которая позволяет селективно извлекать цинк, оставляя железо в твердом остатке. Пирометаллургическая стадия необходима для удаления галогенов, повышения растворимости цинка и удаления свинца, который в щелочной технологии переходит в раствор вместе с цинком. В процессе разработки технологии выполнено исследование термодинамических параметров поведения цинка, свинца и железа в щелочной среде посредством расчета диаграмм равновесия в координатах Eh – рН, которое показало возможность растворения цинка при рН >12,7 с образованием аниона ZnO₂^2–, а также анионов вида [Zn(OH)_n]^2–n. Образование последних подтверждается данными исследований по выщелачиванию цинксодержащего сырья:

– возможность растворения свинца с образованием гидроксокомплексов вида [Pb(ОН)₆]^2– при рН >12,5. При нагреве раствора до 80 ^oC их растворимость достигает 140 г/дм³. В горячем растворе гидроксокомплексы теряют воду с формированием ортоплюмбит- и ортоплюмбат-ионов PbО₂^2–, PbО₃^2–;

– малая растворимость всех соединений железа в щелочной среде, положение их на диаграмме, определяемые только диапазоном рН, позволяют предполагать отсутствие ионов железа в любой форме в растворах выщелачивания. Повышение температуры до 80 ^oC не меняет равновесий в системе Fe – H₂O в щелочной среде, растворимость соединений железа существенно не увеличивается.

Результаты исследования показали техническую возможность и эффективность селективного растворения продуктов, содержащих оксид цинка (в том числе пылей электродуговых печей, прошедших указанную выше пирометаллургическую подготовку), в щелочных растворах. Для решения вопроса об использовании твердого остатка от выщелачивания цинка выполнен его химический и фазовый анализ. Показано, что остаток выщелачивания практически на 80 % представлен ферритами, алюминатами и алюмосиликатами кальция. Данный материал может быть использован в качестве железокальциевого сырья для цементной промышленности.

1. Якорнов С. А., Паньшин А. М., Козлов П. А., Ивакин Д. А. Современное состояние переработки пылей электродуговых печей // Цветные металлы. 2017. № 4. С. 23–29.
2. Паньшин А. М., Леонтьев Л. И., Козлов П. А. и др. Технология переработки пыли электродуговых печей ОАО «Северсталь» в вельц-комплексе ОАО «ЧЦЗ» // Экология и промышленность России. 2012. № 11. С. 4–6.
3. Letimin V. N., Vdovin K. N., Druzhkov V. G. et al. Analysis of the ways for the disposal of gas cleaning dust and sludge at the metallurgical enterprises // CIS Iron and Steel Review. 2014. Vol. 9. P. 54–56.
4. Leushin I. O., Subbotin A. Yu., Geyko M. A. Recycling of galvanized steel scrap for use in cast iron melting in induction melting facilities // CIS Iron and Steel Review. 2015. Vol. 10. P. 19–22. DOI: 10.17580/cisisr.2015.01.04.
5. Якорнов С. А., Паньшин А. М., Козлов П. А., Ивакин Д. А. Современное состояние технологий выщелачивания пылей черной металлургии и продуктов их пирометаллургической переработки (кислотная, аммонийная и щелочная технологии) // Цветные металлы. 2017. № 5. C. 37–43.
6. Якорнов С. А., Паньшин А. М., Грудинский П. И. и др. Термодинамический анализ разложения феррита цинка в пыли электродуговой плавки стали известью // Известия вузов. Цветная металлургия. 2017. № 5. С. 28–33.
7. Якорнов С. А., Паньшин А. М., Козлов П. А., Ивакин Д. А. Разработка технологии и аппаратурной схемы пирометаллургической переработки пылей черной металлургии // Цветные металлы. 2017. № 9. С. 39–44.
8. Жолудев М. Д., Стендер В. В. Электролитическое получение цинка щелочным способом // Вестник АН КазССР. 1957. № 7. С. 30–36.
9. Фаворская Л. В., Столярова Е. И. Скорость разложения цин ковых окисленных минералов раствором едкого натра // Известия АН КазССР. Сер. горного дела, стройматериалов и металлургии. 1956. Вып. 6. С. 92–103.
10. Федотьев Н. П., Хадьмаш Г. Г. Электрохимический способ снятия цинка с оцинкованного железа // Журнал прикладной химии. 1955. Т. XXVII, № 10. С. 1104–1112.
11. Gokhan O. Leaching and cementation of heavy metals from electric arc furnace dust in alkaline medium // Hydrometallurgy. 2005. Vol. 78, No. 3-4. P. 236–245.
12. Roine A. Outokumpu HSC chemistry for Windows. Chemical reaction and equilibrium software with extensive thermochemical database. — Pori : Outokumpu Research OY, 2002.
13. Лю Цзидун, Су Цзялинь, Люй Цзяньхуа, Чжен Сунчжан, Лю Гочэн. Термодинамический анализ системы ZnO – NH₃ – NH₄HCO₃ – H₂O в процессе выщелачивания оксида цинка // Неорганическая химическая промышленность. 2015. Вып. 47, № 6. C. 30–33.
14. Якорнов С. А., Паньшин А. М., Козлов П. А., Ивакин Д. А. Изучение термодинамики и кинетики процесса взаимодействия оксида цинка в составе прокаленной пыли электродуговых печей с NaOH // Цветные металлы. 2017. № 10. С. 44–49.