ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАЗЛОЖЕНИЯ ФЕРРИТА ЦИНКА В ПЫЛИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЛАВКИ СТАЛИ ИЗВЕСТЬЮ

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.

феррит цинка, феррит кальция, оксид кальция, оксид цинка, термодинамический анализ, вельц-процесс

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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).

5. 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).

6. 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.

7. 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.

8. 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).

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. Kozlov P.A. The Waelz Process. Moscow: Ore and metals publishing house, 2003.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. Ageenkov V.G., Toropova T.G. K voprosu o ferritizatsii tsinka [The question of zinc ferritization]. Tsvetnye metally. 1956. No. 5. P. 50—54.

21. 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.

22. Roine A. Outokumpu HSC Chemistry for Windows. Chemical Reaction and Equilibrium Software with Extensive Thermochemical Database. Pori: Outokumpu Research OY, 2002.