Описание проекта

1. Обзор проекта

В 2025 году металлургическое предприятие на острове Сулавеси (Индонезия) ввело в эксплуатацию современную производственную линию по получению оксида цинка (ZnO) на основе вращающейся печи проектной мощностью 180 тонн готовой продукции в сутки . Проект предназначен для переработки местных цинксодержащих промышленных отходов и низкоконцентрированных цинковых руд с получением высококачественного оксида цинка, востребованного в резиновой, керамической и химической промышленности стран Юго-Восточной Азии .

Предприятие рассчитано на непрерывную круглосуточную работу в условиях тропического климата. Ещё на этапе проектирования были заложены высокие требования к теплоэффективности, экологической безопасности и механической надёжности — с учётом опыта эксплуатации аналогичных установок в регионе, где китайское оборудование демонстрировало непрерывную работу свыше 14 месяцев без капитального ремонта .

2. Сырьё и материалы

Линия рассчитана на переработку широкого спектра цинксодержащих материалов :

• Оксидные цинковые руды (низкого качества, с содержанием цинка 15–25 %)

• Цинковые концентраты и цинковый обжиговый песок (цинковый кальцин)

• Пыль сталелитейного производства (электродуговой пыль, колошниковая пыль и шлам, вторичная пыль конвертеров)

• Цинксодержащие осадки и хвосты гидрометаллургического производства

• Импортная цинксодержащая дымовая пыль и шлаки свинцовых производств

В качестве восстановителя используется коксовая мелочь или антрацитовые отсевы, смешиваемые с цинксодержащим сырьём в строго дозированном соотношении . В индонезийской установке массовое соотношение кокс : руда поддерживается на уровне 0,30–0,35 : 1, что обеспечивает полное восстановление цинка при минимальном содержании остаточного углерода в отвальном шлаке .

3. Конфигурация производственной линии

Полная производственная линия мощностью 180 т/сут включает семь интегрированных подсистем :

3.1 Система дозирования и шихтовки

Обеспечивает точное дозирование цинксодержащего сырья и восстановителя. Включает многобункерные весовые дозаторы, ленточные конвейеры и лопастной смеситель, обеспечивающий однородное перемешивание руды и коксовой мелочи . При необходимости добавляется вода для последующего окомкования.

3.2 Система окомкования и загрузки

Смешанная шихта поступает в дисковый гранулятор или брикетировочный пресс, формирующий зелёные окатыши диаметром 8–15 мм . Окатыши транспортируются ленточным конвейером или ковшовым элеватором в загрузочный бункер у хвостовой части печи. Винтовой или дисковый питатель с регулируемой частотой вращения подаёт окатыши в печь через герметичный загрузочный желоб .

3.3 Вращающаяся печь — основное оборудование

Ядро установки — вращающаяся печь со следующими основными параметрами :

Корпус печи изготовлен из стального листа толщиной 20 мм, изнутри футерован высокоглинозёмистым огнеупорным кирпичом в зоне высоких температур и легковесной теплоизоляционной массой в зонах подогрева и охлаждения . Корpus опирается на несколько опорных роликовых станций с бандажными кольцами; подшипники бронзовые, с водяным охлаждением (температура масла не выше 25 °C) .

Упорный ролик ограничивает осевое перемещение корпуса . Привод выполнен по схеме зубчатый венец — шестерня с питанием от электродвигателя с частотным регулированием через редуктор, что позволяет точно подстраивать скорость вращения под технологические требования .

Уплотнения головки и хвоста печи выполнены из керамического волокна на основе циркония в виде лабиринтных уплотнений, минимизирующих подсос холодного воздуха и тепловые потери .

3.4 Система мокрого гашения шлака

Выгружаемый из головки печи обеднённый шлак поступает в бассейн водного гашения, где быстро охлаждается и фрагментируется . Скребковый конвейер извлекает гашёный шлак, который складируется для использования в строительстве или возврата на сталелитейный завод. Замкнутый контур циркуляции воды с отстойными резервуарами минимизирует потребление пресной воды.

3.5 Система окисления и охлаждения

Цинксодержащие печные газы выходят из хвоста печи при температуре 500–600 °C и сначала проходят через камеру окисления и осаждения (иногда интегрированную с котлом-утилизатором), где :

1. 1.Тяжёлые частицы (невосстановленные рудные фракции, оксиды железа) осаждаются под действием гравитации — первая ступень разделения.

2. 2.Неполностью окисленные продукты дополнительно окисляются при контакте с остаточным кислородом в газовом потоке, обеспечивая полное превращение паров цинка в ZnO.

3. 3.Температура снижается до 250–300 °C за счёт водяных трубных теплообменников; отведённое тепло утилизируется в виде пара.

Далее газ проходит через поверхностный охладитель из змеевиковых труб (11 рядов гребенчатых труб), где температура дополнительно снижается ниже 160 °C . Этот охладитель также выполняет функцию вторичного осаждения более тяжёлых частиц оксида в сборных бункерах под каждым рядом труб.

3.6 Система газоочистки и фасовки продукции

Охлаждённый газовый поток, несущий мелкодисперсную пыль ZnO, поступает в импульсный рукавный фильтр, работающий при температуре 110–130 °C . Фильтр содержит свыше 2200 высокотемпературных фильтровальных рукавов диаметром 130 мм. Собранный оксид цинка периодически выгружается через ротационные шлюзовые затворы в пневмотранспортную систему, доставляющую готовый продукт на весо-упаковочные автоматы .

Получаемый ZnO соответствует следующим качественным характеристикам :

3.7 Система десульфуризации дымовых газов

Диоксид серы, образующийся при обжиге серосодержащего сырья, удаляется в трёхступенчатой противоточной скрубберной колонне . Щёлочной раствор (как правило, на основе извести или гидроксида натрия) разбрызгивается вниз через полые пластиковые наполнительные шарики, тогда как газ, содержащий SO₂, движется вверх. Реакция нейтрализации даёт осадок сульфита кальция, обезвоживаемый на рамном фильтр-прессе и утилизируемый как твёрдые отходы. Содержание SO₂ в очищенных газах на выходе из трубы составляет менее 400 мг/м³, что соответствует индонезийским экологическим нормативам .

4. Принцип работы

Оксидно-цинковая вращающаяся печь работает на принципе высокотемпературной карботермической редукции с последующим окислением в газовой фазе — процессе, широко известном как метод Вельца .

4.1 Термические зоны

По мере вращения печи окомкованная шихта перемещается от хвоста (загрузочного конца) к головке (разгрузочному концу), проходя через три характерные термические зоны :

1. 1.

   Зона сушки и подогрева (~12 м, 650–700 °C): Удаляется влага, заряд постепенно нагревается. Начинается разложение цинксодержащих соединений.

2. 2.

   Зона промежуточного нагрева (~18 м, 700–850 °C): Ускоряется твердофазная редукция. Углерод кокса взаимодействует с оксидом цинка и цинковым ферритом:

   ZnO + C → Zn(г) + CO ZnFe₂O₄ + C → Zn(г) + Fe + CO

3. 3.

   Зона высокотемпературной редукции (~18 м, 850–1200 °C): Основная реакционная зона, где основная масса цинка восстанавливается до металлических паров. Температура кипения цинка составляет 907 °C, поэтому при рабочих температурах 1150–1200 °C восстановленный цинк полностью находится в парообразном состоянии . Над слоем перекатывающегося материала наблюдаются интенсивные жёлтое пламя, свидетельствующее об активном испарении цинка .

4.2 Окисление паров цинка

Пары металлического цинка вместе с другими летучими металлами (Pb, Cd) выносятся из печи потоком воздуха принудительного дутья (обычно 3–4 м/с) навстречу потоку материала . При контакте паров цинка с кислородом в газовой фазе происходит быстрое окисление:

2Zn(г) + O₂ → 2ZnO(т)

Эта экзотермическая реакция образует характерную белую дымку ZnO, которая уносится газовым потоком в систему газоочистки .

4.3 Ключевые параметры управления процессом

Неконтролируемый температурный режим — как чрезмерный (вызывающий ускоренную коррозию футеровки и нарастание «колец»), так и недостаточный (приводящий к неполному восстановлению и слипанию шихты) — способен серьёзно нарушить работу установки .

5. Экологические и safegационные мероприятия

Индонезийская установка включает ряд экологических решений :

• Замкнутый контур водного гашения шлака с рециркуляцией охлаждающей воды.

• Утилизация отработанного тепла из камеры окисления-осаждения с получением пара для вспомогательного отопления.

• Трёхступенчатая десульфуризация дымовых газов с выбросами SO₂ менее 400 мг/м³.

• Импульсная рукавная фильтрация с эффективностью улавливания частиц > 99,5 %.

• Автоматизированная система управления печью с мониторингом температуры в реальном времени, регулировкой скорости и аварийной сигнализацией .

6. Преимущества и итоги эксплуатации

На основании опыта эксплуатации аналогичных установок, производственная линия оксида цинка мощностью 180 т/сут в Индонезии обладает следующими преимуществами :

1. 1.Высокий коэффициент извлечения цинка: Метод Вельца обеспечивает степень испарения цинка свыше 95 %, при содержании цинка в шлаке стабильно ниже 2 % .

2. 2.Низкий расход топлива: Оптимизированные соотношения кокса и утилизация отходящего тепла снижают удельный расход энергии на 12–15 % по сравнению с более ранними конструкциями .

3. 3.Непрерывная стабильная работа: Прочная механическая конструкция и автоматическое управление обеспечивают кампании между плановыми остановками продолжительностью 12–14 месяцев .

4. 4.Универсальность по составу сырья: Система способна перерабатывать цинковые руды, промышленные отходы, пыль сталелитейных производств и смешанные цинксодержащие отходы .

5. 5.Компактность: Интегрированная семиподсистемная компоновка требует меньшего количества оборудования по сравнению с альтернативными гидрометаллургическими маршрутами, снижая капитальные затраты .

6. 6.Экологически чистые выбросы: Комбинированная система рукавной фильтрации и мокрой газоочистки соответствует как индонезийским, так и международным экологическим стандартам .

7. Заключение

Проект вращающейся печи для производства оксида цинка мощностью 180 т/сут в Индонезии представляет собой проверенное экономически эффективное решение для переработки разнообразного цинксодержащего сырья в высокочистый оксид цинка. Сочетание апробированного метода Вельца с современным инжинирингом, автоматизированным управлением и комплексной системой охраны окружающей среды обеспечивает высокую степень извлечения, стабильное качество продукции и длительную кампанию работы — формируя эталон для производства оксида цинка в странах АСЕАН .