Вторичный цинк: получение и применение¶

Вторичный цинк — это цинк, полученный в результате переработки цинксодержащих отходов производства и потребления (цинкового лома), в отличие от первичного металла, выплавляемого из рудного сырья. Вторичный цинк является важным ресурсом для промышленности, позволяя существенно снизить затраты энергии и сократить объёмы добычи полезных ископаемых.

¶Источники сырья

Основными источниками для получения вторичного цинка служат:

• Цинковые отходы металлургии: пыли и шламы доменного и электросталеплавильного производства, содержащие до 15–25 % цинка (например, пыль газоочистки электродуговых печей).
• Лом и отходы сплавов: лом латуни (сплав меди с цинком), отходы литья под давлением из цинковых сплавов (ЦАМ).
• Отходы гальванических производств: шламы, электролиты, травильные растворы.
• Отработанные химические источники тока: цинк из марганцево-цинковых батареек (солевых и щелочных).
• Прочие отходы: цинковая зола и гарт (осадки при плавке), отходы цинкования, бракованная оцинкованная продукция.

¶Технологии получения

Выбор технологии зависит от химического состава сырья и его агрегатного состояния. Основные промышленные методы:

¶Пирометаллургические методы

Это наиболее распространённая группа способов, основанная на восстановлении оксида цинка углеродом при высоких температурах. К ним относятся:

• Дистилляционный процесс: восстановление цинка в ретортных печах с последующей конденсацией паров. Устаревший, энергоёмкий метод, применяемый редко.
• Велы-процесс: переработка цинксодержащих пылей и шламов во вращающихся трубчатых печах (вельц-печах). В результате получают вельц-оксид (Waelz oxide) с содержанием цинка 55–65 %, который затем направляют на рафинирование или в гидрометаллургию. Это основной способ переработки сталеплавильной пыли.
• Плавка в шахтных печах: используется для переработки окускованных материалов (агломерата) с получением чернового цинка.
• Электрометаллургический (электродуговой) способ: восстановление в электропечах, позволяет перерабатывать сырьё с высоким содержанием тугоплавких примесей.

¶Гидрометаллургические методы

Основаны на выщелачивании цинка из отходов растворами кислот (обычно серной) с последующим электролизом раствора.

• Сернокислотное выщелачивание: применяется для переработки вельц-оксидов, золы и шламов. Цинк переводят в раствор в виде сульфата, раствор очищают от примесей (железа, кадмия, меди) и подвергают электролизу. На катоде осаждается металлический цинк высокой чистоты (до 99,99 %).
• Щелочное выщелачивание: используется для сырья с высоким содержанием железа, так как цинк селективно растворяется в растворах едкого натра.

¶Переплавка лома и отходов сплавов

Лом латуни и цинковых сплавов переплавляют в плавильных печах (индукционных, тигельных) с последующей доводкой состава. Этот процесс менее энергозатратен, чем восстановление из оксидов, и позволяет напрямую получать литейные сплавы.

¶Применение

Вторичный цинк используется практически во всех тех же сферах, что и первичный металл, однако есть и специфические области. Основные направления применения:

• Гальваническое цинкование: защита стали от коррозии (горячее и электролитическое цинкование). Это крупнейшая статья потребления цинка.
• Производство сплавов: латуней, цинково-алюминиевых сплавов (ЦАМ) для литья под давлением в автомобилестроении, приборостроении и производстве фурнитуры.
• Химическая промышленность: получение оксида цинка (для резинотехнических изделий, лакокрасочных материалов, косметики), сульфата цинка (для сельского хозяйства и производства вискозы).
• Металлургия: раскисление стали, извлечение серебра и золота из свинцовых шламов (процесс Паркеса).
• Производство аккумуляторов: цинк-воздушные и цинк-серебряные элементы.

¶Экологическое значение

Переработка цинка во вторичный металл имеет значительный экологический эффект. Она позволяет:

• сократить объёмы захоронения токсичных промышленных отходов;
• снизить выбросы парниковых газов (энергозатраты на вторичное производство составляют лишь 20–30 % от затрат на первичное);
• сохранить природные запасы цинковых руд;
• уменьшить площади земель, отчуждаемых под хвостохранилища горно-обогатительных комбинатов.

¶Рынок и экономика

Доля вторичного цинка в мировом производстве составляет около 30–35 % от общего объёма. Крупнейшими производителями вторичного цинка являются Китай, США и страны Европейского союза. В России переработка цинксодержащих отходов развита в меньшей степени, однако действуют предприятия по переработке вельц-оксидов и лома сплавов. Экономическая целесообразность переработки напрямую зависит от цен на первичный цинк на Лондонской бирже металлов (LME), а также от стоимости логистики и сортировки лома.

¶Источники

• Козлов П. А. «Вельц-процесс. Теория и практика».
• Справочник «Металлургия тяжёлых цветных металлов» под ред. Ю. В. Баймакова.
• Данные Международной ассоциации по цинку (International Zinc Association, IZA).