Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Открыт новый раздел: Прайс-листы в файлах! (Excel и др.), доступен упрощенный просмотр прайсов без скачивания!
Полезные статьи -> Цветная металлургия -> Получение цинковых сплавов -> Рафинирование цинковых сплавов

Рафинирование цинковых сплавов

только в текущем разделе

В процессе переплавки катодного цинка, полученного электролитическим способом, или чернового чушкового цинка, полученного пирометаллургическим способом, необходимо проводить рафинирование расплавов. В результате рафинирования из цинковых расплавов можно удалить вредные металлургические примеси, а также газы и неметаллические включения.

Рафинирование от металлических примесей

В зависимости от качества исходного сырья, аппаратурно-технологи-ческой схемы и условий производства первичный цинк выпускается в соответствии с ГОСТ 3640-79 различной степени чистоты. Марка цинка определяется характером его потребления. Так, если для оцинкования железа используют цинк не выше марки Ц1, то для получения литых цинковых протекторов - марки ЦВ. Все возрастающая потребность в цинке с более низким содержанием вредных металлических примесей достигается как в результате усовершенствований аппаратурно-технологической схемы получения цинка и улучшения качества исходного сырья, так и путем различных пирометаллургических процессов рафинирования. Также следует учесть, что цинк довольно дорог и поэтому вопросы его получения стоят довольно остро, см. - лондонская биржа цветных металлов лме. Для получения цинка с низким содержанием примесей в настоящее время в промышленности применяют ликвационное и химическое рафинирование, электрохимическое рафинирование, рафинирование дистилляцией и рактификацией, электролиз цинксодержащих растворов, амальгамный метод и зонную перекристаллизацию.

Ликвационное рафинирование. Ликвационные методы очистки основаны на изменяющейся с изменением температуры растворимости металлов-примесей или их соединений в цинке и на разделении полученных фаз по плотности. При этом основная по количеству фаза состоит из рафинируемого металла, т.е. из очищенного цинка, примесь же концентрируется во второй фазе, нерастворимой в основном металле. Ликвацией рафинируют цинк от свинца и железа.

Система Zn-Pb.B основе процесса лежит диаграмма состояния системы Zn-Pb, приведенная на рис. 61, а. Свинец ограниченно растворим в цинке и чем ниже температура, тем меньше их взаимная растворимость. Для более полного разделения следует поддерживать температуру расплава, близкую к температуре монотектики (418 °С).

Процесс рафинирования чернового цинка, содержащего до 5 % Рb, ведут в отражательных печах, медленно охлаждая расплавленный металл в течение нескольких десятков часов. При отстаивании происходит разделение цинкового расплава и расплавленный свинец собирается на дне ванны.

Согласно диаграмме состояния предельное содержание свинца в цинковой фазе равно 0,5 % при 418 С, а содержание цинка в свинцовой фазе 2%. Однако на практике ликвацию проводят при 430- 450 °С, при которой содержание свинца в цинке доходит до 1 %, а цинка в свинце до более 2 %.

Система Zn-Fe. При рассмотрении диаграммы состояния Zn-Fe (рис. 61,6) видим, что цинк с железом образует два химических соединения: FeZn7 и FeZn3. При нагревании выше 765 °С химическое соединение FeZn3 распадается на твердый раствор цинка в железе и жидкий раствор железа в цинке. Химическое соединение FeZn7 при нагревании выше 647 °С распадается на жидкий раствор железа в цинке и химическое соединение FeZn3, точнее твердый раствор цинка в FeZn3.

 

При охлаждении расплавленного цинка, содержащего до 3 % Fe, происходит кристаллизация химического соединения FeZn7, а для цинка с 2% Fe кристаллизация начнется при 647 °С. При этом чем ниже температура расплава, тем полнее удаляется из него железо в виде кристаллов твердых растворов и химических соединений, обогащенных железом. Выделившиеся кристаллы (в основном FeZn7) как более тяжелые, чем цинк, опускаются на дно цинковой ванны, образуя пропитанную цинком губчатую массу так называемого железистого или твердого цинка (гартцинка).

При ликвации, особенно в случае рафинирования цинка от железа и свинца, образуются три слоя: нижний - жидкий сплав Рb с Zn, содержащий 5-6 % Zn; средний - железистый цинк (гартцинк); верхний - жидкий рафинированный цинк. Кроме того, на поверхность расплавленного цинка всплывают окислы цинка - дроссы.

Процесс ликвации чернового цинка проводят в отражательных печах по следующей технологии. В печи расплавляют чушки чернового цинка и расплав выдерживают в течение 20-40 ч при 430-450 °С. После этого поверхность ванны освобождают от дроссов, цинк из верхней части ванны выпускают из печи, а ванну загружают новыми порциями чернового цинка. По мере накопления удаляют железистый цинк из печи дырчатой ложкой, а свинец с донной части ванны вычерпывают через трубу, вставляемую через свод в ванну печи. Получаемый после ликвации цинк обычно содержит 0,8 -1,2 % Рb и 0,03-0,04% Fe. При этом извлечение цинка при рафинировании в готовый металл составляет около 90 %; остальная часть цинка распределяется между продуктами рафинирования следующим образом: в цинковый свинец 1,5%, в железистый цинк (гартцинк) 5,0%, в дроссы 2,0%, в угар 1,5 %.

Несколько сложнее протекает процесс при рафинировании сплавов, более богатых железом. При охлаждении сплава с содержанием 4-11 % Fe при 765-647 °С начинает кристаллизоваться соединение FeZn3, более бедное цинком, чем FeZn7. Затем при 647 °С кристаллы FeZn3, реагируя с цинком, образуют кристаллы FeZn7 по реакции FeZn3 + 4Zn = FeZn7. При дальнейшем охлаждении сплава с небольшой скоростью продолжает кристаллизоваться соединение FeZn7. В результате этого при температуре, близкой к температуре плавления цинка, из сплава с 4-5 % Fe выкристаллизовывается большое количество кристаллов FeZn7.

Для повышения выхода цинка в жидкий металл процесс ликвации таких сплавов целесообразно вести в две стадии: сначала при температурах между 647 и 765 °С, при которых кристаллизуется более бедное цинком соединение FeZn3, а затем после удаления кристаллов FeZn3 - при охлаждении до температур 430-440 °С, при которых происходит ликвация- оставшегося жидкого сплава, содержащего 4 % Fe. При этом происходит выделение кристаллов FeZn7.

Этим способом получают рафинированный цинк, содержащий сотые доли процента железа и цинк-железосодержащую фазу с 10-15 % Fe.

Для получения цинка с низким содержанием свинца и железа (до тысячных долей процента) способ ликвационного рафинирования малоэффективен и непригоден.

Химическое рафинирование. Для очистки цинка от железа, свинца, олова, мышьяка и сурьмы широкое применение находят химические способы рафинирования, основанные на использовании в качестве рафинирующих присадок металлов, которые при взаимодействии с примесями цинка образуют тугоплавкие фазы (интерметаллические соединения, твердые растворы и т.п.), ликвирующие вследствие разницы в плотностях вновь образуемых фаз и расплава.

Простота и надежность способа очистки металлических расплавов от примесей введением специальных присадок обеспечивают этому способу широкое практическое применение для получения металлов высокой чистоты.

В основе поиска элементов-присадок для очистки цинка от железа и свинца лежит предварительная оценка характера взаимодей ствия железа и свинца с элементами периодической системы с последующим анализом взаимодействия отобранных элементов с цинком. К примеру, в основе способа химического рафинирования цинка от свинца с помощью натрия лежит характер взаимодействия элементов, определяемый соответствующими диаграммами состояния. Цинковые углы диаграмм состояния системы Zn-Na (рис. 62) и Zn- Na-Pb (рис. 63) показывают широкую область несмешиваемости натрия с цинком в жидком состоянии и наличие вблизи чистого цинка промежуточной фазы NaZn13. Расслаивание на два слоя начинается при 557 °С и содержании натрия 2,5 % и протекает практически до чистого натрия.

Диаграмма состояния системы Pb-Na (см. рис. 61) показывает, что температура всех соединений, образующихся в этой системе, лежит ниже температуры плавления цинка. Наиболее-богатое натрием соединение Na15Pb14 (29,4%Na) плавится при 386°С, а самые тугоплавкие Na5Pb2 (22 % Na) - при 400 °С. Цинковый угол тройной системы Zn-Na-Pb показывает, что при 530 °С и содержании более 1 % Na в системе выделяется жидкая фаза, содержащая 0,2 % Рb. При дальнейшем охлаждении из этой фазы выпадают кристаллы NaZn13, а затвердевший цинк содержит 0,2 %Рb и 0,03 % Na.

Так как отдельные фазы этой системы заметно отличаются по плотности, их можно разделить. При удалении cвинца вместе с тем удаляются мышьяк и сурьма. Ввиду высокой стоимости натрия его следует применять для рафинирования цинка, содержащего не более 1-1,2% Рb.

Анализ взаимодействия железа и свинца с различными элементами периодической системы показывает различные типы взаимодействия.

Ниже приводится число элементов периодической системы, участвующих во взаимодействии различного типа с железом и свинцом:

Выбор рафинирующих элементов-присадок, оставленных для рассмотрения, осуществлен с учетом их склонности к сплавообразованию, стоимости, токсичности, дефицитности и дороговизны. С учетом этих условий оставлено для рассмотрения 11 элементов для очистки от железа и 13 - от свинца.

Учитывая специфику производства цинка и сплавов на его основе, можно проводить очистку расплавов на стадии приготовления сплава элементами-присадками, как не взаимодействующими с цинком (элементы-присадки группы А), так и имеющими склонность к сплавообразованию (элементы-присадки группы Б). При принятом условном распределении элементов по группам А и Б следует, что элементами, отвечающими требованиям, предъявляемым к группе А присадок для очистки цинка от железа, будут: V, Сг, La, Ti, Zr, В, С, Si, S. Эти девять элементов не взаимодействуют с цинком или имеют очень малую [менее 4.10-4 % (ат.)] растворимость в нем, но образуют с железом как химические соединения, так и твердые растворы. В этой же группе присадок в системе цинк-элемент присадки - свинец из тринадцати элементов представляют интерес для рассмотрения следующие: La, Si, Zr, Са, S, Na, К. Кремний, цирконий, кальций и сера не растворяются в цинке, а натрий и калий обладают ограниченной смешиваемостью с ним в расплавленном состоянии и остаются в нем, очевидно, в виде твердого раствора.

Для обеих систем цинк-присадка-примесь интересными следует считать элементы La, Zr, Si и S, обладающие способностью к формированию тугоплавких фаз и с железом, и со свинцом, но не дающих растворов с цинком в твердом состоянии.

К группе присадок Б следует отнести А1 и Мп в системе Zn - элемент-Fe, Cd, Sn, Li, Mg, In, Tl - в системе Zn-элемент-Pb.

Для удаления из цинковых расплавов мышьяка и сурьмы используют металлические натрий, магний и алюминий, а также различные по составу смеси магния и алюминия. Металлический натрий вводят в расплав при 530 °С с последующим понижением температуры до 420-430 °С и отстаивании при этих температурах в течение 1-5 ч. На рис. 64 представлены результаты очистки цинка от мышьяка и сурьмы с помощью натрия.

В результате рафинирования цинка, содержащего 2,5 % Рb, 0,15% Fe, 0,13% As и 0,08 % Sb, в электропечи сопротивления емкостью 350 кг был получен цинк с содержанием 1,1-0,7% Рb, 0,005-0,0005% As, 0,015-0,001 % Sb. Выход рафинированного цинка, содержащего 1,0-1,25 % Рb, 0,035 % Fe, 0,001-0,002% As, 0,003-0,005% Sb, при расходе натрия 0,05-0,07 % и продолжительности отстаивания в течение 30-60 мин составил 95-96,5 %. Следует иметь в виду, что повышение содержания железа и свинца в исходном цинке снижает степень удаления мышьяка и сурьмы из него, вследствие чего химическому рафинированию должно предшествовать ликвационное рафинирование цинка от железа и свинца.

Лучшие результаты очистки цинка от мышьяка и сурьмы получаются при введении в расплав до 1 % Mg. При этом основное количество примесей мышьяка и сурьмы концентрируется в верхней зоне расплава, а их содержание в средних зонах снижается до 0,01-0,003 и 0,02-0,006 % соответственно. Присадка к цинковому расплаву до 1 % Al способствует более глубокой ликвации свинца в нижнюю зону, а железа и мышьяка - в верхнюю. В средней части расплава содержание свинца падает с 1,4-5,0 до 0,6-1,0%, железа - с 0,07-0,11 до 0,01-0,02%, мышьяка - с 0,03-1,66 до 0,01 %. Содержание сурьмы в цинке остается на прежнем уровне. В работе приводятся данные о рафинировании электротермического цинка от железа и мышьяка с. помощью присадки алюминия. Содержание железа удалось снизить до 0,06 %; одновременно произошло снижение содержания мышьяка с 0,01-0,02 до 0,001 %. Удовлетворительные результаты получены при очистке цинка от примесей при совместном введении в расплав магния и алюминия (рис. 65).

Оптимальный расход реагентов для очистки расплава составляет 0,7% от массы плавки, а наибольший эффект очистки цинка от сурьмы и мышьяка достигается при использовании магния и алюминия в соотношении 4:1.

Рекомендуется двустадийная очистка цинка от железа, свинца, мышьяка и сурьмы. После первой стадии рафинирования алюминием цинк частично очищается от железа (с 0,054 до 0,028 %), свинца (с 1,63 до 1,30%) и достаточно глубоко - от мышьяка (с 0,15 до 0,002%). Концентрация сурьмы практически не изменяется и остается на уровне 0,04 %. После второй стадии рафинирования натрием с расходом его 0,3 кг/т и 30 мин отстаивания чистота цинка повышается: содержание свинца снижается до 1,15%, мышьяка - до 0,0004 % и сурьмы - до 0,002 %.

Электрохимическое рафинирование. Для очистки цинка от железа, свинца, меди и других примесей находят применение и электрохимические методы рафинирования расплавов. Очистка цинка в солевых расплавах ZnCI2 - KCl и ZnCl2 - KCl - NaCl с переносом цинка с анода на катод и накоплением примесей в анодном металле не исключает возможного перехода в катодный металл железа и меди по мере их накопления на аноде. Лучшие результаты очистки цинка от примесей получаются при введении в процесс стадии катодного рафинирования. Целесообразность катодного рафинирования цинка в ионных расплавах была отмечена.

Эффективность катодно-анодного рафинирования цинка с применением в качестве электролита солевой смеси NaCl - КС1 существенно повышается при предварительном введении в цинк металлов, образующих с примесями наиболее прочные интерметаллиды. К числу таких металлов следует отнести алюминий и марганец, образующие интерметаллиды MnFeAl, MnPbAl, MnCu2 Al.

Расчитать вес проката из цинка, алюминия, меди и других металлов в случае необходимости, можно при помощи нашего металлического калькулятора.

В опытах использовали алюминиево-марганцевую лигатуру, предварительно растворенную в черновом цинке. Экспериментальные данные о катодно-анодном рафинировании чернового цинка, полученные на укрупненной лабораторной электролизной установке (рис. 66), свидетельствуют о снижении содержания железа, свинца и меди в цинке до пределов, допустимых ГОСТом для цинка марки ЦЗ (табл. 43).

Извлечение цинка в очищенный металл составило около 93 %.

Расход электроэнергии 0,7 кВт-ч на килограмм цинка. Полученные результаты указывают на возможность очистки цинка от железа и других примесей при некотором насыщении цинка алюминием и марганцем.

Для получения цинка и цинковых сплавов высокой чистоты, особенно по содержанию примесей железа и свинца, вышеописанные способы рафинирования практически малоэффективные и практически не применяются. В настоящее время цинк высокой чистоты может быть получен дистилляцией и ректификацией с использованием различных схем, электролизом цинкосодержащих растворов, амальгамным методом и зонной перекристаллизацией.

Рафинирование дистилляцией и ректификацией. В целях получения высокочистого цинка. (с низким содержанием вредных примесей) применяют последовательно ликвацию и ректификацию. Ректификация позволяет получать цинк чистотой 99,996 %, а также свинец и кадмий в отдельных продуктах. Процесс ректификации основан на разделении компонентов в непрерывном противоточном режиме, в котором операции дистилляции и конденсации фаз многократно повторяются.

В работе приведены сведения о получении цинка высокой чистоты путем дистилляции цинка в токе инертного газа. Схема конструкции печи приведена на рис. 67. Печь состоит из трех обогреваемых зон: нижней - испарителя; средней - конденсатора К1; и верхней - конденсатора К2. Над обогреваемым конденсатором К2 находится необогреваемый конденсатор К3, в котором оседают в твердом виде наиболее летучие фракции.

Исходный цинк заливают при 550-600 °С в печь через отверстие 1 и жидкостный затвор 3 на верхнюю тарелку испарителя. Перетекая с одной тарелки на другую, жидкий цинк заполняет все тарелки, а избыток попадает в сборник С. Из сборника жидкий цинк по мере необходимости выпускается через кран 2 и отверстие 4. Нагрев зоны И регулируют таким образом, чтобы перепад температуры между верхней и нижней тарелками составлял около 10 °С, а верхние тарелки испарителя работали как первая зона конденсации.

Инертный газ (очищенный азот) поступает в печь по трубке 5 и, проходя последовательно через все тарелки снизу вверх, насыщается парами цинка. На верхних тарелках происходит частичная обратная конденсация цинка и его дополнительная очистка от паров труднолетучих элементов. Далее азот с парами переходит в конденсатор K1, где при температуре от 880 °С в нижней до 760 °С в верхней его части конденсируется основная масса чистого цинка. Очищенный цинк собирают в сборник С1, из которого периодически его разливают в изложницы. Несконденсированная часть паров цинка, богатая легколетучими элементами (кадмием и т.п.), конденсируется в конденсаторе К2 при температурах от 750 до 600 °С и собирается в сборнике С2. Азот, проходя конденсатор К, удаляется в атмосферу. Цинк, собранный в сборнике С2, содержит много кадмия и мало труднолетучих элементов. Путем изменения распределения температур по зонам можно изменять распределение цинка между конденсаторами К1 иК2.

После отгонки около 80 % Zn, залитого на тарелки испарителя, заливают новую порцию металла. При этом примеси, скопившиеся на тарелках испарителя, разбавляются и переносятся в нижнюю часть испарителя. Количество заливаемого цинка берут с избытком в 10-20%. Избыточный цинк, перетекая по тарелкам, проходит в сборник С и уносит с собой из испарителя накопившиеся в нем примеси. Промывка испарителя цинком позволяет ограничивать содержание примесей в испарителе.

В этой же работе сообщается о результатах очистки цинка марки ЦВ ректификацией. Непрерывный процесс ректификации проводили в колоннах с тарелками из графита высокой чистоты. Нагрев колонны осуществляли с помощью индукционных токов частотой 200 кГц. После ректификации по схеме, описанной выше, был получен цинк, содержащий примеси,% (по массе): Pb 1-10-5; Cd 1 • 10-5; Сu 6.10-5; Sn 1 • 10-5; Sb 1 • 10-6; Bi 1 • 10-7; Ni 5 -10-5; Al 2 • 10-5; Ag 2 • 10-6; Mn 6 • 10-7; Co 1 • 10-7; Ga 1 • 10-6. Для более глубокой очистки цинка следует увеличивать число тарелок в колонне. Несмотря на высокий рафинирующий эффект, способ рафинирования дистилляцией и ректификацией из-за дороговизны и сложности аппаратурно-технологической схемы применяют в ограниченном масштабе.

Рафинирование электролизом цинксодержащих растворов. В работе приведены сведения о рафинировании цинка в винипластовых ваннах с деревянным каркасом при плотности тока 800-. 1000 А/м2, содержание цинка в электролите составляло 100-110 г/л; температуру электролита поддерживали в пределах 34-40 °С. Аноды завешивали из цинка марки ЦВ, содержащего, %: Си 0,0006; Cd 0,002; Рb 0,004; Fe 0,003.

Очистку растворов от примесей производили в фарфоровых емкостях с винипластовыми мешалками, а фильтрацию растворов - в фарфоровых нутч-фильтрах. Нейтральный раствор на первой стадии очищали цинковой пылью, а на второй - с применением активированного угля и комплексообразователей (1 %-ного водного раствора диэтилдитиокарбамата натрия) ; рН раствора поддерживали на уровне 3,5-4,0.

Полученный электролитическим методом цинк переплавляли в печах и разливали в графитовые изложницы. Полученный цинк содержал, %:

Си (1-5) • 10-55; РЬ (5-8) • 10-4; Cd (5-7) • 10-4; Fe до 5 • 10-5; Sn до 1 • 10-5; Ni до 3 • 10-5; Со 3 • 10-5.

Метод амальгамного рафинирования. Получение цинка высокой чистоты амальгамным методом следует считать перспективным. Для перевода цинка в амальгаму рафинируемый металл используют в качестве анода в электролизере, в котором катодом служит ртуть. При рафинировании амальгамы ее подключают как анод и из нее в раствор переходит основной металл, а основная часть наиболее благородных примесей остается в амальгаме.

Для получения цинка применяли двухсекционный амальгамный электролизер. В качестве электролита использовали сернокислый цинк. Плотность тока на амальгамных электродах 300 А/м2; температура электролита 30-40 °С; выход по току 92-98% при напряжении 4-6 В. Полученный амальгамным методом цинк содержал около 1 • 10-5 % анализируемых примесей.

Метод зонной перекристаллизации. В последние годы для получения полупроводниковых соединений типа AII BIV, применяемых для изготовления фотосопротивлений и фотоэлементов, фоточувствительных слоев в телевизионных трубках и т.п., в качестве исходного компонента широкое применение получил цинк высокой частоты с очень малым содержанием вредных примесей.

По данным Аграната Б.А., цинк высокой чистоты получают методом зонной перекристаллизации при одновременном воздействии ультразвука. Процесс зонной перекристаллизации цинка проводят в графитовой лодочке из мелкозернистого графита.

Оценка качества цинковых слитков, полученных зонной перекристаллизацией без ультразвукового поля и с наложением ультразвуковых колебаний различной интенсивности, показала, что зонная перекристаллизация цинка под действием ультразвука позволила значительно повысить чистоту металла (содержание кадмия - наиболее трудноудаляемой из цинка примеси - понизилось с 2,8 • 10-4 до 5 • 10-5%).

 

Рафинирование от газов и металлических включений

Степень загрязнения цинковых сплавов газами и неметаллическими включениями зависит в основном от качества шихтовых материалов (катодный или чушковый цинк, первичные металлы, лигатуры, возвратные отходы и др.), типа и состояния плавильного агрегата (состав печной атмосферы, состав футеровки и др.), технологии приготовления сплавов (температуры, продолжительности плавки, способа рафинирования).

Из всех известных газов только водород и кислород взаимодействуют с цинковыми сплавами. При этом водород, растворяясь в расплавах, может вызвать в цинковых отливках газовую пористость. Кислород находится в цинковых сплавах в виде твердых дисперсных оксидных включений, ухудшающих технологические характеристики и качество отливок.

Методы удаления из цинковых расплавов газов (дегазация) и неметаллических оксидных включений (рафинирование) можно, как это широко принято в производстве алюминиевых сплавов, разделить на адсорбционные и неадсорбционные. Из адсорбционных методов удаления из цинковых расплавов газов и неметаллических оксидов наиболее широко применяют: 1) обработку расплавов инертными и активными газами; 2) обработку расплава солями; 3) обработку расплава флюсами. Из неадсорбционных методов нашли применение способы рафинирования с помощью отстаивания, вымораживания и вакуумирования.

Рафинирование газами. Продувка газами приводит к удалению из цинковых расплавов растворенного водорода и частично неметаллических оксидных включений. Все методы рафинирования расплавов газами построены по одной принципиальной схеме: введение или образование в расплаве газа, всплывание пузырьков газа на поверхность металла, адсорбция рафинирующим газом растворенного в расплаве водорода и твердых неметаллических включений и удаление их из расплава.

Рафинирующее действие газа основано на адсорбции и диффузии. При прохождении через металл пузырьков рафинирующего газа, в которых парциальное давление водорода, согласно закону Дальтона равно нулю, водород из расплава диффундирует в эти пузырьки и вместе с ними поднимается на поверхность металла и удаляется в атмосферу. Кроме того, при продувке расплава газами происходят процессы, аналогичные флотационным. Проходящие через металл газовые пузырьки, насыщенные водородом, встречая на своем пути неметаллические взвешенные оксидные включения, прилипают к ним и вместе выносятся на поверхность металла.

Для продувки цинковых расплавов применяют инертные и активные химические газы. Из инертных газов чаще всего используют азот, аргон, из активных - хлор. По сравнению с инертными газами пузырьки хлора дают больший эффект удаления из расплава неметаллических включений. Например, при продувке цинк-алюминиевых расплавов хлором процесс химического и физического взаимодействия хлора с цинком протекает по следующей схеме.

а. Пузырьки хлора, введенного в расплав, в первую очередь взаимодействуют с цинком и алюминием по реакциям: Zn + Cl2-ZnCl2, 2А1 + С12 - 2AlCl3.

Образующийся хлористый цинк (tпл = 262 °С), адсорбирующий неметаллические включения, повышает эффективность очистки расплава от них. Образующийся хлористый алюминий благодаря высокому давлению своих насыщенных паров превращается в пар (tкип = 180 °С), вследствие чего пузырьки А1С13 действуют подобно пузырькам рафинирующего газа. Следует иметь в виду, что при обработке хлором цинковых сплавов, содержащих алюминий и магний, образующийся хлористый цинк может частично вступать с ними во взаимодействие по реакциям: 3ZnCl2 + 2Al-2AlCl3 + 3Zn, ZnCl2 + Mg-MgCl2 + Zn.

Образующийся хлористый алюминий может способствовать также разрушению оксидов цинка вследствие протекания следующей реакции: 2А1С13 + 3ZnO -А1203 + 3ZnCl2.

б. Часть хлора вступает в реакцию с растворенным водородом с образованием хлористого водорода: С12 + 2Н -HCl, который при условиях рафинирования также находится в расплаве в парообразном состоянии и действует как рафинирующий газ. Не исключено, что хлористый водород при всплывании может реагировать с цинком, алюминием, магнием и медью по реакции: уНС1 + хМе -МехСlу + + уН. Однако из-за быстрого всплывания пузырьков НС1 процессы хлорирования легирующих элементов и цинка практически не протекают.

в. Парообразный хлор, не успевший прореагировать, оказывает на расплав то же действие, что и пузырьки рафинирующего газа.

Таким образом, продувка цинкового расплава хлором обеспечивает более эффективное удаление из расплава водорода и способствует за счет флотационных процессов выносу на поверхность расплава взвешенных неметаллических включении.

Рафинирование солями. Обработка цинкового расплава солями является наиболее распространенным способом рафинирования. В качестве солей используются ZnCl2, NH4C1 и С2 С16. Хлористый цинк при температуре плавления и рафинирования цинковых расплавов находится в жидком состоянии и адсорбирует неметаллические включения, а также вступает во взаимодействие с магнием и алюминием, содержащимися в цинковом сплаве, с образованием хлористого алюминия: 3ZnCl2 + 2А1 -2А1С13 +3Zn.

Хлористый аммоний возгоняется при 335 °С и находится в расплаве при температуре рафинирования в парообразном состоянии. В результате взаимодействия хлористого аммония с оксидом цинка происходит образование на поверхности расплава легкоплавкого флюса ZnCl2 • NH3 по следующей реакции: 2NH4C1 + ZnO (ZnCl2 • NH3) + NH3 + H20. Избыточное количество парообразного хлористого аммония, не успевшего прореагировать с оксидом цинка, при всплывании обеспечивает удаление из расплава водорода и неметаллических включений. Недостатком ZnCl2, NH4C1, применяемых при рафинировании цинковых сплавов, является их гигроскопичность. Поэтому эти соли следует хранить в герметичной таре и употреблять после прокаливания.

Имеются сведения о применении органических хлоридов СС14, С2С16, С2Н2С14 для рафинирования цинковых сплавов. Органические хлориды практически не гигроскопичны, недефицитны и обладают большой рафинирующей способностью. Наибольший интерес представляет гексахлорэтан (С2С16), температура возгонки которого 185,5 °С. При повышенных температурах гексахлорэтан разлагается на тетрахлорэтилен (С2С14) и хлор. В основе рафинирования гексахлорэтаном лежит реакция взаимодействия расплавов с гексахлорэтаном: С2 С16 + Zn -С2 Ci4 + ZnCi2.

Образовавшийся тетрахлорэтилен (С2С14) находится в расплаве в парообразном состоянии (tкип = 121 °С) в виде пузырьков, которые, как и рафинирующие газы, адсорбируют растворенный водород и увлекают его на поверхность ванны.

В случае использования гексахлорэтана для рафинирования цинк-алюминиевых сплавов возможны термическая диссоциация части гексахлорэтана: С2 С162 С14 + С12, а также протекание следующей реакции: 2С2 С16 + 2А1 - 3С2 С14 + 2AlCl3.

Образующиеся в результате этих реакций газообразные продукты, а также непрореагировавшая часть гексахлорэтана обеспечивают удаление из расплава водорода и взвешенных неметаллических включений.

Рафинирование флюсами. При плавке цинковых сплавов применяются активные легкоплавкие флюсы, состоящие в основном из хлористого цинка и хлористого аммония. На рис. 68 показана диаграмма состояния системы ZnCl2 - NH4 CI.

Взаимодействие хлористого аммония с оксидом цинка, находящимся в густых окисленных шлаках, происходит с разрушением пенообразного состояния шлаков и образованием на поверхности расплава дополнительного количества легкоплавкого флюса (ZnCl2 • • NH3). Легкоплавкий флюс образуется также при взаимодействии хлористого аммония с цинком: 2NH4C1 + Zn (ZnCl2 • NH3) + + H2 +NH3.

Применение двойного флюса на основе системы ZnCl2 - NH4C1 обеспечивает лучшее рафинирование расплавов от водорода и взвешенных неметаллических включений. Для понижения температуры плавления в состав флюса вводят хлористый натрий и хлористый калий, а для лучшего отделения металла от оксидов - фтористые соли: криолит, фтористый натрий и фтористый калий. При этом несколько повышается межфазное натяжение на границе металл-флюс и лучше отделяются флюсы и оксиды от металла. Для понижения потерь алюминия, а особенно магния и лития в процессе рафинирования цинковых сплавов в состав флюсов вводят А1С13, MgCl2, LiCl.

Ниже даны усредненные составы флюсов для плавки и рафинирования цинковых сплавов, %:

1) 40ZnCl2, 6ONH4Cl; 2) 20ZnCl2, 35NaCl, 35КС1, 10Na3AlF6; 3) 60ZnCl2, 26NaCl, 10Na3AlF6; 4) 35NaCl, до 10Na3A1F6, ZnCl2 -ост.; 5) 57KC1, 43LiCl; 6) 9NaCl, 39KC1, 52LiCl; 7) 65Na3AlF6, 5-20 борной кислоты, 20-35 поташа; 8) 87NH4C1, 5-20NaC)H; 9) 85ZnCl2, 13,5NH4Cl, 1,4-2,1 (NH3)2C03; 10) 75ZnCl2, 11NH4C1, 2,5-4,6 (NH4)HC03, 0,6-0,9 (NH4) Н2РО4, 1,4-2,5 глицерина; 11) 20NaCl, 80MgCl2 . KCl; 12) 15NaCl, 30NH4C1, 55MgCl2. KCl.

Компоненты флюсов тщательно перемешивают и размельчают до размера 3-5 мм. Полученные смеси в определенных количествах насыпают на поверхность металла и перемешивают вместе с расплавом. При использовании для рафинирования цинковых расплавов жидких флюсов их готовят во флюсоплавильных установках (соляных ваннах).

Рафинирование отстаиванием обеспечивает удаление из цинковых расплавов водорода и взвешенных неметаллических включений. В основе рафинирования отстаиванием лежат ликвационные процессы, основанные на различии в температурах плавления фаз в расплаве, малой взаимной растворимости и на различии в плотностях.

Удаление избыточного водорода из расплава обусловливается процессом диффузии газа в объеме расплава и выравниванием парциальных давлений газа в металле и окружающей атмосфере.

Скорость отделения инородных взвешенных частиц определенных размеров приближенно определяется по формуле Стокса:

v =2 r2g(p′ -p")/(0.9n),

где v - скорость опускания или всплывания включений, см/с; r - радиус включения, см; р′, р" - плотность включения и расплава, г/см3; n- коэффициент вязкости расплава, Па•с; g - ускорение силы тяжести, см/с2.

Из формулы следует, что скорость отделения включений прямо пропорциональна квадрату радиуса включения и разности плотности включения и расплава и обратно пропорциональна ее вязкости. При р′ > р" включения тонут, при р′ < р" включения всплывают.

Следовательно, по формуле Стокса можно приближенно вычислить размеры включений, которые за данный промежуток времени могут при определенной глубине ванны всплыть на поверхность. Нижний предел применимости формулы Стокса приближается к области коллоидных растворов и ограничивается размером частиц около 0,0001 мм. При меньших размерах частиц роль поверхностных явлений сильно возрастает и закономерность, установленная Стоксом, нарушается.

На продолжительность удаления из расплава инородных включений отстаиванием большое влияние оказывают объем металла и его свободная поверхность. Она прямо пропорциональна объему металла и обратно пропорциональна площади свободной его поверхности. Ввиду значительной продолжительности метод отстаивания имеет ограниченное распространение и применяется, как правило, в сочетании с другими способами рафинирования.

Рафинирование вымораживанием применяется для дегазации расплава. В основу метода положена зависимость растворимости водорода в расплаве от температуры. Сущность метода заключается в следующем: жидкий металл медленно охлаждается до твердо-жидкого состояния, затем быстро нагревается до температуры литья и разливается в формы. Удаление газа из металла происходит преимущественно в момент перехода расплава в твердо-жидкое состояние.

Этот метод дегазации из-за большой продолжительности рафинирования и нерационального использования плавильных печей применяется лишь в том случае, когда более совершенные методы дегазации не могут быть применимы по каким-либо причинам.

Эффективность рафинирования расплавов повышается при применении комбинированных методов очистки, т.е. при сочетании двух известных методов, например обработки расплава хлористыми солями (флюсами) и продувки инертными или активными газами, обработки флюсами и фильтрации.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

Статьи

• Физико-химические основы и методы получения цинковых сплавов
• Печи для плавки цинка и его сплавов
• Шихтовые материалы и лигатуры
Рафинирование цинковых сплавов
• Модифицирование цинковых сплавов

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

Ц 16:26 Проволока ПАНЧ 11 для механизированной сварки чугуна

Ч 16:26 Продам со склада швеллер б/у: 10, 12, 14, 16, 18, 24, 27, 30

Ч 16:26 Продам со склада балку (двутавр) б/у: 30К2, 25К2, 30Б2, 25Б2

Ч 16:26 Продам со склада лист стальной б/у 4, 5, 6, 8, 10, 11, 12, 1

Ч 16:26 Продам трубу стальную б/у: 76, 89, 108, 114, 133, 219, 273,

Ч 16:25 Трубы лежалые 60, 133, 219, 530, 720, 820, 1020...

Ч 16:25 Трубы восстановленные 273, 325, 377, 426, 530....

Ч 16:25 Балки стальные 35Ш2, 35Б, 36М, 30б, 50Б1 - 29 000

Т 16:24 Контактные зажимы из латуни

Т 16:24 Уголок для защиты стекол оптом

Т 16:24 Станок правки геометрии полок двутавровой балки

Т 16:23 Стан для сборки тавровых и двутавровых балок z15

НОВОСТИ

8 Декабря 2016 17:38
Распиловка крупных бревен на шинной пилораме

1 Декабря 2016 07:01
Столетние ткацкие станки (10 фото)

8 Декабря 2016 17:18
Запасы железной руды в китайских портах за первую неделю декабря выросли на 0,93%

8 Декабря 2016 16:40
”ВТЗ” выполнил годовое задание по производству товарной заготовки

8 Декабря 2016 15:06
”JSW Steel” в ноябре увеличила выпуск стали на 45%

8 Декабря 2016 14:55
Металлурги ”Уральской кузницы” начали поставку железнодорожных осей в Казахстан

8 Декабря 2016 13:29
Турецкий импорт слябов за 10 месяцев упал на 48%

НОВЫЕ СТАТЬИ

Основные виды и области применения термопар

Использование мешков для упаковки в отраслях промышленности

Пневмоцилиндры и пневматическое оборудование

Промышленные светодиодные светильники - преимущества перед газоразрядными лампами

Бытовка для строителя

Как правильно поменять замок во входной двери?

Какой стабилизатор напряжения для дома лучше: отзывы и разновидности приборов

Использование нержавеющего проката в пищевой промышленности

Тротуарная плитка от ”АВТОСТРОЙ” - типы и назначение

ГНБ технология бурения

Лазерная резка металла

Рентгенофлуоресцентные спектрометры - толщиномеры

Малярные валики и кисти

Складские пластиковые ящики для хранения изделий

Современные промышленные фены

Основные виды масел в промышленности

Погрузчики в складской отрасли и промышленности

Листовые материалы из древесины в строительстве

Качественные и доступные гидрозамки

Доступные качественные гидроцилиндры

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Открыт новый раздел: Прайс-листы в файлах! (Excel и др.), доступен упрощенный просмотр прайсов без скачивания!
Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2014 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.