شركة معادن سرمك

يعتبر معدن الزنك بعد النحاس والألومنيوم من أهم المعادن وأكثرها استخدامًا وغير الحديدية، ويستخدم في العديد من الصناعات نظرًا لخصائصه المرغوبة. الاستخدام الرئيسي للزنك هو الجلفنة والسبائك المختلفة. بحيث يمكن القول أن 48% من الزنك المنتج في العالم يستخدم في صناعة الجلفنة، و 18% في إنتاج النحاس الأصفر، و 15% في إنتاج سبائك أخرى، و 8% في إنتاج المواد الكيميائية، و 7% في إنتاج المنتجات شبه المصنعة و 4% في مجالات أخرى. ولكن من حيث الاستهلاك النهائي، تظهر الدراسات أن 48% من الزنك المنتج يستخدم في صناعة البناء، و 10% في إنتاج الآلات والمعدات الفنية، و 10% في إنتاج المصنوعات المنزلية، و 23% في صناعة السيارات والنقل، و 9% في الصناعات الأساسية.

إنتاج أكسيد الزنك من الخامات منخفضة العيار من الرصاص والزنك

الطريقة الرئيسية لإنتاج الزنك في البلاد هي عبر عملية الهيدرومتالورجيا (الاستخلاص بالتحليل باستخدام حمض الكبريتيك، التنقية بطريقة السمنتاسيون، والكهرو-استخلاص). يجب أن تكون نسبة الزنك في الخامات الداخلة إلى هذه المصانع مرتفعة (لا تقل عن 15) حتى يمكن إنتاج التركيز المسموح به لمحاليل التحليل الكهربائي. في قسم الاستخلاص، فإن استخدام خام يحتوي على معادن كربوناتية (مثل الكالسيت والدولوميت) يؤدي إلى استهلاك مرتفع للحمض، كما يسبب مشاكل في عملية التحليل الكهربائي، إضافة إلى أن إذابة المعادن السيليكاتية ذات كفاءة منخفضة.

أفضل طريقة لمعالجة وإنتاج الزنك من الخامات منخفضة العيار المستضيفة للصخور الكربوناتية والسيليكاتية هي استخدام طريقة فرن ويلز (Waelz Process).

يعتمد عمل فرن ويلز على اختزال وتبخير فلز الزنك باستخدام الفحم عند درجة حرارة تقارب 1050 درجة مئوية.

يمكن أن يشمل تغذية فرن ويلز مختلف أنواع الخامات الحاوية للزنك (مثل الخامات الكبريتيدية، السيليكاتية، والأكسيدية) وكذلك مختلف المخلفات الصناعية (مثل مخلفات مصانع الصهر وإنتاج سبائك الزنك، كعكات الفلتر، الغبار الناتج عن أفران القوس الكهربائي وغيرها).

تم تطوير الأفران الدوارة لاختزال الزنك قبل نحو 90 عامًا بواسطة شركة كروب الألمانية لمعالجة خامات الرصاص والزنك، ثم لمعالجة غبار أفران القوس الكهربائي حول العالم.

الأفران الدوارة التقليدية لاختزال الزنك لها بنية مشابهة لأفران الإسمنت وتكون متكاملة. أدت التجارب مع هذه الأفران التقليدية والمشاكل المرتبطة بها مثل ارتفاع نسبة استهلاك الفحم وصعوبة التحكم في الفرن إلى قيام شركة معادن سرمك بإجراء تعديلات على الأفران التقليدية، مما رفع كفاءتها وقلل من استهلاك الفحم. وبفضل هذه التعديلات أصبح تشغيل الفرن أسهل نتيجة تحكم المشغل في بيئات مختلفة داخل الفرن.

جاءت هذه الابتكارات في تعديل الأفران الدوارة لاختزال الزنك بعد سنوات من البحث والدراسة، وبناءً على نتائج تجارب معالجة خامات الرصاص والزنك منخفضة العيار وخامات الحديد الهيماتيتية منخفضة العيار. وقد تم تسجيل هذا الابتكار كتقنية جديدة.

شرح عملية إنتاج أكسيد الزنك

• تغذية فرن ويلز (خامات منخفضة العيار من الرصاص والزنك من منجم تكيه) تحتوي على حوالي 3% رصاص و5% زنك.
• تبلغ الطاقة الإنتاجية لفرن اختزال آهنگران نحو 500 طن يوميًا.

يدخل الخام بعد التكسير والتصنيف إلى حجم يتراوح بين 3-10 ملم إلى الفرن. يتكون فرن آهنگران من ثلاثة أقسام:

• فرن التسخين المسبق بدرجة حرارة 300-400 م° (طوله 12 م وقطره 3 م).
• فرن الكلسنة بدرجة حرارة 700-800 م° (طوله 24 م وقطره 3 م).
• قسم الفرن الاختزالي بدرجة حرارة 1200 م° (طوله 20 م وقطره 3.5 م).

في قسم التجفيف، يتم إزالة الرطوبة من الخام عبر ملامسته للغازات الخارجة من فرن الكلسنة. في فرن الكلسنة، تتحلل المعادن الكربوناتية مطلقة غاز ثاني أكسيد الكربون مع الغبار. كما يتم تحميص المركبات الكبريتيدية إن وجدت، ويكون الوسط مؤكسدًا لتسهيل خروج الغازات.

تنطلق غازات ثاني أكسيد الكبريت والمواد المتطايرة ومركبات الكلور والفلور من الخام في فرن الكلسنة، ثم تدخل إلى نظام جمع الغبار (المكون من السيكلون، سكربر فنتوري، وسكربر أسطواني)، حيث تتم إزالتها على مراحل باستخدام الماء ومركبات قلوية مثل ماء الجير.

يدخل الخام المكلس عند 800 م° مع الفحم (عامل الاختزال الذي يضاف فقط في قسم الفرن الاختزالي) إلى الفرن. نتيجة احتراق جزء من الفحم وبوجود المشعل في نهاية الفرن، تصل الحرارة إلى 1100-1200 م°.

في هذه العملية يُختزل الزنك الموجود في الخام ويتبخر، ثم يتفاعل في الطور الغازي مع الأكسجين ليكوّن مسحوق أبيض من أكسيد الزنك.

تدخل الغازات الحاوية للزنك الخارجة من الفرن بدرجة حرارة 900-1000 م° إلى غرفة الترسيب لتهدئة الغازات وترسيب الجزيئات الكبيرة. ثم تمر الغازات الساخنة (700-800 م°) عبر أنابيب تبريد بطول 400 م لتبريدها بالهواء.

بعد التبريد إلى 200 م° تدخل الغازات إلى السيكلونات لفصل الجزيئات الكبيرة، ثم إلى سكربر فنتوري حيث تختلط بشدة مع الماء لفصل أكسيد الزنك. ولإزالة البقايا بالكامل، يستخدم سكربر تعبئة متصل بسكربر فنتوري، حيث يتم رش الماء على شكل قطرات دقيقة لإزالة أكسيد الزنك المتبقي.

تدخل الغازات الخالية من أكسيد الزنك إلى سكربر أسطواني آخر لإزالة الملوثات مثل ثاني أكسيد الكربون باستخدام الماء وماء الجير، ليتم إطلاق الغازات إلى الجو بأدنى مستوى من التلوث.

في النهاية، يتم تفريغ المخلفات المنصهرة من أسفل الفرن إلى موقع مخصص، ثم تنقل بعد التبريد إلى مكب المخلفات.

تبلغ كفاءة استخلاص الزنك والرصاص في فرن ويلز حوالي 90-95%، ويحتوي منتج أكسيد الزنك على نحو 65% زنك و14% رصاص.