cvmetИзвестия вузов. Цветная металлургияIzvestiya. Non-Ferrous Metallurgy0021-34382412-8783НИТУ МИСИС10.17073/0021-3438-2017-5-28-33cvmet-606Research ArticleМеталлургия цветных металловMetallurgy of Non-Ferrous MetalsТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАЗЛОЖЕНИЯ ФЕРРИТА ЦИНКА В ПЫЛИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАВКИ СТАЛИ ИЗВЕСТЬЮTHERMODYNAMIC ANALYSIS OF ZINC FERRITE DECOMPOSITION IN ELECTRIC ARC FURNACE DUST BY LIMEЯкорновС. А.YakornovS. A.

канд. техн. наук, зам. техн. директора ООО «УГМК-Холдинг» .

(624091, Свердловская обл., г. Верхняя Пышма, Успенский пр-т, 1). 

 Cand. Sci. (Tech.), deputy chief technology officer of LLC «UGMK-Holding».

(624091, Russia, Sverdlovsk region, Verkhnyaya Pyshma, Uspenskii pr., 1). 

l.samohvalova@ugmk.comПаньшинА. М.Pan’shinA. M.

 докт. техн. наук, техн. директор ООО «УГМК-Холдинг». 

г. Верхняя Пышма.

 Dr. Sci. (Tech.), chief technology officer of LLC «UGMK-Holding». 

Verkhnyaya Pyshma.

d.kuritsyna@ugmk.comГрудинскийП. И.GrudinskyP. I.

мл. науч. сотр. лаборатории физикохимии и технологии переработки железорудного сырья ИМЕТ РАН.

(119334, г. Москва, Ленинский пр-т, 49). 

junior research scientist of physicochemistry and technology of iron ore raw materials processing Department of Institute of Metallurgy and Materials Science n.a. A.A. Baikov (IMET RAS) of Russian Academy of Sciences.

(119334, Russia, Moscow, Leninskii pr., 49). 

gpi_lab3@imet.ac.ruДюбановВ. Г.DyubanovV. G.

канд. техн. наук, вед. науч. сотр., зав. лабораторией физикохимии и технологии переработки железорудного сырья ИМЕТ РАН. 

Москва.

 Cand. Sci. (Tech.), leading research scientist, chief of physicochemistry and technology of iron ore raw materials processing Department of IMET RAS. 

Moscow.

dyuba@imet.ac.ruЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

 академик, гл. науч. сотр. лаборатории физикохимии и технологии переработки железорудного сырья ИМЕТ РАН.

Москва.

Academician of RAS, сhief research scientist of physicochemistry and technology of iron ore raw materials processing Department of IMET RAS.

Moscow.

lleontev@imet.ac.ruКозловП. А.KozlovP. A.

докт. техн. наук, проф., советник техн. директора ООО «УГМК-Холдинг», зам. директора НИПИ ТУ УГМК по науке, нач-к инженерного центра ПАО «Челябинский цинковый завод».

(454008, г. Челябинск, ул. Свердловский тракт, 24). 

Dr. Sci. (Tech.), prof., adviser to chief technology officer of LLC «UGMK-Holding», deputy director of research of NIPI TU UGMK, chief of Engineering Centre of JSC «Chelyabinsk Zinc Plant».

 (454008, Russia, Chelyabinsk, Sverdlovskii trakt str., 24). 

pak@zinc.ruИвакинД. А.IvakinD. A.

 канд. техн. наук, нач-к технологического бюро инженерного центра ПАО «Челябинский цинковый завод».

Челябинск.

Cand. Sci. (Tech.), chief of technological office of Engineering Centre of JSC «Chelyabinsk Zinc Plant». 

Chelyabinsk

ООО «УГМК-Холдинг».РоссияLLC «UGMK-Holding».Russian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН).РоссияInstitute of Metallurgy and Materials Science n.a. A.A. Baikov (IMET RAS) of Russian Academy of Sciences.Russian FederationПАО «Челябинский цинковый завод».РоссияJSC «Chelyabinsk Zinc Plant».Russian Federation201704112017052833Copyright © Якорнов С.А., Паньшин А.М., Грудинский П.И., Дюбанов В.Г., Леонтьев Л.И., Козлов П.А., Ивакин Д.А., 20172017Якорнов С.А., Паньшин А.М., Грудинский П.И., Дюбанов В.Г., Леонтьев Л.И., Козлов П.А., Ивакин Д.А.Yakornov S.A., Pan’shin A.M., Grudinsky P.I., Dyubanov V.G., Leont’ev L.I., Kozlov P.A., Ivakin D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://cvmet.misis.ru/jour/article/view/606

Изучены научные основы пирометаллургической технологии переработки пылей электросталеплавильного производства, содержащих ферриты цинка. Выполнен термодинамический анализ разложения феррита цинка известью. Анализ полученных расчетных данных показал, что для разложения более чем 90 % ZnFe2O4 необходимо добавить к пыли не менее 46 % CaO, а для разложения более чем 95 % ZnFe2O4 – не менее 60 % CaO. Результаты расчетов проверены экспериментально на лабораторной печи. Экспериментальная прокалка пыли на воздухе с добавлением извести в количестве 60 % от массы пыли при температуре 1000 °C с временем выдержки 4 ч подтвердила, что процесс разложения феррита цинка оксидом кальция с образованием оксида цинка и двухкальциевого феррита имеет место. При этом также были получены возгоны в количестве 50 кг на 1 т пыли, содержащие 29 % свинца и 15 % цинка. Процесс прокалки пыли с известью можно применять для перевода цинка из феррита в растворимую оксидную форму. В результате прокалки могут быть получены промежуточные продукты для извлечения цинка и свинца. После выщелачивания цинка возможно получение железосодержащего продукта, который может быть востребован в черной металлургии. Использованный подход имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с известной технологией вельцевания цинксодержащих металлургических пылей. В частности, процесс протекает при более низкой температуре (1000 °C) по сравнению с известной технологией (1250 °C), исключается вторая стадия вельцевания, необходимая для очистки от галогенидов поступающего на выщелачивание оксида цинка, значительно сокращается расход кокса, а также упрощается очистка газов от пыли из-за уменьшения количества возгонов в 6–8 раз.

The paper studies the scientific basis of the pyrometallurgical treatment process for electric steelmaking dust containing zinc ferrites. Thermodynamic analysis of zinc ferrite decomposition by lime was performed. According to the calculated data analysis, dust requires adding at least 46 % of CaO to decompose more than 90 % of ZnFe2O4, and at least 60 % of CaO to decompose more than 95 % of ZnFe2O4. The calculation results were verified by the laboratory furnace experiments. Experimental dust calcination in air with lime added up to 60 % of dust mass at a temperature of 1000 °C and a holding time of 4 h confirmed that zinc ferrite is decomposed by calcium oxide with the formation of zinc oxide and dicalcium ferrite. In addition, 50 kg of sublimates per 1 ton of dust were obtained containing 29 % of lead and 15 % of zinc. Dust calcination with the addition of lime can be used to transform zinc from ferrite to a soluble oxide form. Intermediate products resulting from calcination can be used for zinc and lead recovery. After zinc leaching it is possible to obtain the iron-containing product applicable in ferrous metallurgy. The approach has a variety of technological advantages in comparison with the known Waelz process. In particular, calcination with lime requires lower temperature (1000 °C) than the known technology (1250 °C), it eliminates the second stage of Waelz treatment necessary to purify zinc oxide fed for leaching from halides, significantly reduces coke consumption and simplifies gas cleaning from dust due to the 6–8 times lower quantity of sublimates.

феррит цинкаферрит кальцияоксид кальцияоксид цинкатермодинамический анализвельц-процессzinc ferritedicalcium ferritecalcium oxidezinc oxidethermodynamic analysisWaelz processReferencesMaccagni M.G. INDUTEC®/EZINEX® integrate process on secondary zinc-bearing materials. J. Sustain. Metall. 2016. Vol. 2. P. 133—140. DOI: 10.1007/s40831016-0041-0.Maccagni M.G. INDUTEC®/EZINEX® integrate process on secondary zinc-bearing materials. J. Sustain. Metall. 2016. Vol. 2. P. 133—140. DOI: 10.1007/s40831016-0041-0.Roth J.L., Frieden R., Hansmann T., Monai J., Solvi M. PRIMUS, a new process for recycling by-products and producing virgin iron. Rev. Metall. 2001. Vol. 98. No. 11. P. 987—996. DOI: 10.1051/metal:2001140.Roth J.L., Frieden R., Hansmann T., Monai J., Solvi M. PRIMUS, a new process for recycling by-products and producing virgin iron. Rev. Metall. 2001. Vol. 98. No. 11. P. 987—996. DOI: 10.1051/metal:2001140.Verscheure K., Van Camp M., Blanpain B., Wollants P., Hayes P., Jak E. Continuous fuming of zinc-bearing residues. Part II. The submerged-plasma zinc-fuming process. Metall. Trans. B. 2007. Vol. 38B. P. 21—33. DOI: 10.1007/s11663-006-9010-5.Verscheure K., Van Camp M., Blanpain B., Wollants P., Hayes P., Jak E. Continuous fuming of zinc-bearing residues. Part II. The submerged-plasma zinc-fuming process. Metall. Trans. B. 2007. Vol. 38B. P. 21—33. DOI: 10.1007/s11663-006-9010-5.Tateishi M., Fujimoto H., Harada T., Sugitatsu H. Development of EAF dust recycling and melting technology using the coal-based FASTMELT® process. URL: http://midrex.com/assets/user/media/Development_of_EAF_Dust_Recycling.pdf (accessed: 03.04.2017).Tateishi M., Fujimoto H., Harada T., Sugitatsu H. Development of EAF dust recycling and melting technology using the coal-based FASTMELT® process. URL: http://midrex.com/assets/user/media/Development_of_EAF_Dust_Recycling.pdf (accessed: 03.04.2017).Nakayama M. New EAF dust treatment process: ESRF. URL: http://steelplantech.com/wp-content/ uploads/2013/11/201105_EAF_DustTreatment_ byNewProcess.pdf (accessed: 03.04.2017).Nakayama M. New EAF dust treatment process: ESRF. URL: http://steelplantech.com/wp-content/ uploads/2013/11/201105_EAF_DustTreatment_ byNewProcess.pdf (accessed: 03.04.2017).Grieshaber K.W., Philipp C.T., Bennett G.F. Process for recycling spent potliner and electric arc furnace dust into commercial products using oxygen enrichment. Waste Management. 1994. Vol. 14. No. 3—4. P. 267—276. DOI: 10.1016/0956-053X(94)90072-8.Grieshaber K.W., Philipp C.T., Bennett G.F. Process for recycling spent potliner and electric arc furnace dust into commercial products using oxygen enrichment. Waste Management. 1994. Vol. 14. No. 3—4. P. 267—276. DOI: 10.1016/0956-053X(94)90072-8.Amer S., Figueiredo J.M., Luis A. The recovery of zinc from the leach liquors of the CENIM-LENTI process by solvent extraction with di(-2-ethylhexyl) phosphoric acid. Hydrometallurgy. 1995. Vol. 37. No. 3. P. 323—337. DOI: 10.1016/0304-386X(94)00040-A.Amer S., Figueiredo J.M., Luis A. The recovery of zinc from the leach liquors of the CENIM-LENTI process by solvent extraction with di(-2-ethylhexyl) phosphoric acid. Hydrometallurgy. 1995. Vol. 37. No. 3. P. 323—337. DOI: 10.1016/0304-386X(94)00040-A.Bratina J.E., Lenti K.M. PIZO furnace demonstration operation for processing of EAF Dust. URL: http:// pizotech.com/AISI%20May%2007.doc (accessed: 03.04.2017).Bratina J.E., Lenti K.M. PIZO furnace demonstration operation for processing of EAF Dust. URL: http:// pizotech.com/AISI%20May%2007.doc (accessed: 03.04.2017).Youcai Z., Stanforth R. Integrated hydrometallurgical process for production of zinc from electric arc furnace dust in alkaline medium. J. Hazard. Mater. 2000. Vol. 80. Iss. 1—3 P. 223—240. DOI: 10.1016/S03043894(00)00305-8.Youcai Z., Stanforth R. Integrated hydrometallurgical process for production of zinc from electric arc furnace dust in alkaline medium. J. Hazard. Mater. 2000. Vol. 80. Iss. 1—3 P. 223—240. DOI: 10.1016/S03043894(00)00305-8.Shawabkeh R.A. Hydrometallurgical extraction of zinc from Jordanian electric arc furnace dust. Hydrometallurgy. 2010. Vol. 104. P. 61—65. DOI: 10.1016/j.hydromet.2010.04.014.Shawabkeh R.A. Hydrometallurgical extraction of zinc from Jordanian electric arc furnace dust. Hydrometallurgy. 2010. Vol. 104. P. 61—65. DOI: 10.1016/j.hydromet.2010.04.014.Dutra A., Paiva P., Tavares L. Alkaline leaching of zinc from electric arc furnace steel dust. Miner. Eng. 2006. Vol. 19. P. 478—485. DOI: 10.1016/j.mineng.2005.08.013.Dutra A., Paiva P., Tavares L. Alkaline leaching of zinc from electric arc furnace steel dust. Miner. Eng. 2006. Vol. 19. P. 478—485. DOI: 10.1016/j.mineng.2005.08.013.Cruells M., Roca A., Nunez C. Electric arc furnace flue dusts: characterization and leaching with sulphuric acid. Hydrometallurgy. 1992. Vol. 31. No 3. P. 213—231. DOI: 10.1016/0304-386X(92)90119-K.Cruells M., Roca A., Nunez C. Electric arc furnace flue dusts: characterization and leaching with sulphuric acid. Hydrometallurgy. 1992. Vol. 31. No 3. P. 213—231. DOI: 10.1016/0304-386X(92)90119-K.Lenz D.M., Martins F.B. Lead and zinc selective precipitation from leach electric arc furnace dust solutions. Matéria (Rio de Janeiro). 2007. Vol. 12. No. 3. P. 503— 509. DOI: 10.1590/S1517-70762007000300011.Lenz D.M., Martins F.B. Lead and zinc selective precipitation from leach electric arc furnace dust solutions. Matéria (Rio de Janeiro). 2007. Vol. 12. No. 3. P. 503— 509. DOI: 10.1590/S1517-70762007000300011.Ruiz O., Clemente C., Alonso M., Alguacil F.J. Recycling of an electric arc furnace flue dust to obtain high grade ZnO. J. Hazard. Mater. 2007. Vol. 141. P. 33—36. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.06.079.Ruiz O., Clemente C., Alonso M., Alguacil F.J. Recycling of an electric arc furnace flue dust to obtain high grade ZnO. J. Hazard. Mater. 2007. Vol. 141. P. 33—36. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2006.06.079.Kazanbaev L.A., Kozlov P.A., Kubasov V.L., Kolesnikov A.V. Gidrometallurgiya tsinka (ochistka rastvorov i elektroliz) [Zinc hydrometallurgy (solution purification and electrowinning)]. Moscow: Ruda i Metally, 2006.Kazanbaev L.A., Kozlov P.A., Kubasov V.L., Kolesnikov A.V. Gidrometallurgiya tsinka (ochistka rastvorov i elektroliz) [Zinc hydrometallurgy (solution purification and electrowinning)]. Moscow: Ruda i Metally, 2006.Kozlov P.A. The Waelz Process. Moscow: Ore and metals publishing house, 2003.Kozlov P.A. The Waelz Process. Moscow: Ore and metals publishing house, 2003.Holloway P.C., Etsell T.H. Recovery of zinc, gallium and indium from La Oroya zinc ferrite using Na2CO3 roasting. Trans. Inst. Min. Metall. Sect. C. Miner. Process. Extr. Metall. 2008. Vol. 117. No. 7. P. 137—146. DOI: 10.1179/174328508X283478.Holloway P.C., Etsell T.H. Recovery of zinc, gallium and indium from La Oroya zinc ferrite using Na2CO3 roasting. Trans. Inst. Min. Metall. Sect. C. Miner. Process. Extr. Metall. 2008. Vol. 117. No. 7. P. 137—146. DOI: 10.1179/174328508X283478.Wu C.C., Chang F.C., Chen W.S., Tsai M.S., Wang Y.N. Reduction behavior of zinc ferrite in EAF-dust recycling with CO gas as a reducing agent. J. Environ. Manage. 2014. Vol. 143. P. 208—213. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.04.005.Wu C.C., Chang F.C., Chen W.S., Tsai M.S., Wang Y.N. Reduction behavior of zinc ferrite in EAF-dust recycling with CO gas as a reducing agent. J. Environ. Manage. 2014. Vol. 143. P. 208—213. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.04.005.Zhang Y., Yu X., Li X. Zinc recovery from franklinite by sulphation roasting. Hydrometallurgy. 2011. Vol. 109. P. 211—214. DOI: 10.1016/j.hydromet.2011.07.002.Zhang Y., Yu X., Li X. Zinc recovery from franklinite by sulphation roasting. Hydrometallurgy. 2011. Vol. 109. P. 211—214. DOI: 10.1016/j.hydromet.2011.07.002.Ageenkov V.G., Toropova T.G. K voprosu o ferritizatsii tsinka [The question of zinc ferritization]. Tsvetnye metally. 1956. No. 5. P. 50—54.Ageenkov V.G., Toropova T.G. K voprosu o ferritizatsii tsinka [The question of zinc ferritization]. Tsvetnye metally. 1956. No. 5. P. 50—54.Sergeev G.I., Lykasov A.A., Khudyakov I.F., Guseva O.A., Gorbashov V.V. O povyshenii izvlecheniya kadmiya pri obzhige tsinkovykh kontsentratov s dobavkoi oksida kal’tsiya [Increasing cadmium extraction during roasting of zinc concentrates with calcium oxide addition]. Tsvetnye metally. 1983. No. 2. P. 24—26.Sergeev G.I., Lykasov A.A., Khudyakov I.F., Guseva O.A., Gorbashov V.V. O povyshenii izvlecheniya kadmiya pri obzhige tsinkovykh kontsentratov s dobavkoi oksida kal’tsiya [Increasing cadmium extraction during roasting of zinc concentrates with calcium oxide addition]. Tsvetnye metally. 1983. No. 2. P. 24—26.Roine A. Outokumpu HSC Chemistry for Windows. Chemical Reaction and Equilibrium Software with Extensive Thermochemical Database. Pori: Outokumpu Research OY, 2002.Roine A. Outokumpu HSC Chemistry for Windows. Chemical Reaction and Equilibrium Software with Extensive Thermochemical Database. Pori: Outokumpu Research OY, 2002.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.