فلز روی پس از مس و آلومینیوم از مهمترین و پرمصرفترین فلزات و غیر آهنی است و بهخاطر خواص مطلوب آن در صنایع متعدد مورد استفاده قرار میگیرد. عمده کاربرد روی، گالوانیزه و آلیاژهای مختلف است. بهطوری که میتوان گفت 48 درصد روی تولیدی در جهان در صنعت گالوانیزاسیون، 18 درصد در تولید برنج، 15 درصد در تولید آلیاژهای دیگر، 8 درصد در تولید مواد شیمیایی، 7 درصد در تولید محصولات نیم ساخته و 4 در صد در سایر زمینهها به مصرف میرسد. اما از نظر مصرف نهایی بررسیها نشان میدهد که 48 درصد روی تولیدی در صنایع ساختمانی، 10 درصد در تولید ماشینآلات و تجهیزات فنی، 10 درصد تولید مصنوعات خانگی، 23 درصد در صنایع اتومبیلسازی و حملونقل و 9 درصد در صنایع زیربنایی مورد استفاده قرار میگیرد.
تولید اکسید روی از کانسنگهای کمعیار سرب و روی
روش اصلی تولید روی در کشور به صورت فرایند هیدرومتالورژی (لیچینگ با اسید سولفوریک، تصفیه به روش سمنتاسیون و الکترووینینگ) میباشد. عیار روی در خوراک مورد استفاده برای این کارخانهها، باید بالا باشد (حداقل 15) تا بتوان غلظت مجاز برای محلولهای الکترولیز را تولید کند. در بخش لیچینگ، استفاده از خوراکی که حاوی کانیهای کربناتی (مانند کلسیت و دولومیت) باشد علاوه بر مصرف بالای اسید مشکلاتی را نیز در فرایند الکترولیز ایجاد میکند و همچنین انحلال کانیهای سیلیکاتی راندمان اندکی دارد.
بهترین روش برای فراوری و تولید روی از کانسنگهای کمعیار روی و با میزبانی سنگهای کربناتی و سیلیکاتی، استفاده از روش کوره ولز (Waelz Process) است.
اساس کار کوره ولز بر احیای و تبخیر فلز روی با استفاده از ذغال در دمای حدود 1050 درجه سانتیگراد میباشد.
خوراک کوره ولز میتواند شامل انواع کانسنگهای حاوی فلز روی (مانند کانسنگهای سولفیدی، سیلیکاتی و اکسیدی) و انواع باطلههای کارخانهها (مانند باطلههای کارخانههای ذوب و تولید شمش روی، کیکهای فیلتر پرس، غبار حاصل از کورههای قوس الکتریکی و غیره) باشد.
کوره دوار احیای روی در حدود 90 سال پیش توسط شرکت آلمانی کروپ برای فرآوری کانسنگهای معدنی سرب و روی و سپس برای فرآوری غبارهای کورههای قوس الکتریکی در دنیا گسترش یافت.
کورههای دوار احیای روی سنتی ساختاری شبیه کوره سیمان داشته و به صورت کوره یکپارچه میباشند. تجربیات استفاده از کورههای احیای سنتی و مشکلات پیش روی آن مانند بالا بودن درصد ذغال مصرفی، مشکل بودن کنترل کوره موجب شد تا شرکت معادن سرمک با ایجاد تغییراتی در کوره احیای سنتی، کارایی و راندمان این کوره را بالا برده و میزان مصرف ذغال را کاهش دهد. با انجام این اصلاحات، به دلیل تسلط اپراتور به محیطهای مختلف کوره کاربری کوره آسان شده است.
نوآوری در اصلاح کوره دوار احیا روی، پس از سالها تحقیق و پژوهش و بر اساس نتایج حاصل از آزمایشهای فرآوری بر روی کانسنگهای معدنی سرب و روی با عیار کم و کانسنگهای کمعیار سنگآهن هماتیتی انجام شده است. این نوآوری در اصلاح کوره ولز سنتی به صورت اختراع ثبت شده است.
شرح فرایند تولید اکسید روی
خوراک ورودی به کوره ولز (کانه کمعیار سرب و روی معدن تکیه) دارای حدود 3 درصد سرب و عیار روی 5 درصد میباشد. ظرفیت کوره احیای آهنگران در حدود 500 تن در روز می باشد.
در فرایند کوره احیا، خوراک بعد از خردایش و دانهبندی و رسیدن به اندازه حدود 3-10 میلیمتر، وارد کوره میشود. کوره احیای آهنگران از سه بخش با نام کوره پیشگرم با دمای 300-400 درجه سانتیگراد (طول 12 متر و قطر 3 متر)، کوره کلسینه با دمای حدود 700-800 درجه سانتیگراد (طول 24 متر و قطر 3 متر) و بخش کوره احیا با دمای حدود 1200 درجه سانتیگراد (طول 20 متر و قطر 5/3 متر) تشکیل شده است که به صورت عمود بر هم قرار گرفتهاند. به طوری که خوراک ورودی با خروج از یک کوره وارد کوره بعدی میشود.
در بخش خشککن رطوبت موجود در خوراک اولیه با برخورد با گاز خروجی از گازهای کوره کلسینه خارج میشود. در کوره کلسینه، کانیهای کربناتی موجود در خوراک کلسینه شده و گاز دیاکسید کربن محتوی آن آزادشده و به همراه ذرات گرد و غبار خارج میگردد. در این کوره عمل تشویه یا خروج گاز دیاکسید گوگرد در صورت وجود ترکیبات سولفیدی در خوراک نیز انجام میشود. محیط این کوره اکسایشی میباشد تا خروج گازهای دیاکسید کربن و دیاکسید گوگرد بهراحتی انجام گیرد.
دیاکسید سولفور، مواد فرار و ترکیبات کلر و فلوئور دار در صورت وجود، در کوره کلسینه از خوراک آزاد شده و با ورود به سیستم جمعآوری غبار (که از سیکلون و اسکرابر ونتوری و اسکرابر استوانهای تشکیل شده)، این ترکیبات در چندین مرحله با استفاده از آب و ترکیبات قلیایی دیگری مانند آب آهک حذف میگردند.
خوراک کلسینه شده با دمای حدود 800 درجه سانتیگراد، به همراه ذغال (به عنوان عامل احیا که فقط در بخش کوره احیا شارژ میگردد) وارد بخش احیای کوره میشوند. در اثر سوختن بخشی از ذغال و همچنین به واسطه مشعل موجود در انتهای کوره احیا، دمای به حدود 1100-1200 درجه سانتیگراد میرسید
در این فرایند فلز روی موجود در خوراک با ذغال احیاشده و تبخیر میشود. بعد از تبخیر دوباره روی در فاز گازی با اکسیژن موجود واکنش داده و اکسید میشود تا پودر سفیدرنگ اکسید روی تشکیل گردد.
گازهای حاوی روی خروجی از کوره احیا با دمای حدود 900- 1000 درجه، وارد اتاق آرام یا اتاقک تهنشینی شده تا ذرات درشت در این اتاقک تهنشین شوند. گازهای خروجی داغ این اتاقک با دمای حدود 700 -800 درجه سانتیگراد، در ادامه برای خنک شدن وارد لولههای خنککننده به طول کلی 400 متر میشوند تا توسط هوا خنک شوند.
گازهای حاوی اکسید روی خنک شده با دمای حدود 200 درجه وارد سیکلون های جداکننده میشوند تا ذرات درشتتر در این سیکلون ها جداسازی شوند سپس این گازها، وارد اسکرابر ونتوری میشوند در اسکرابر ونتوری، گازهای حامل اکسید روی با آب بهشدت ترکیب میشود تا اکسید روی از این گازهای جداسازی شوند. برای حذف کامل اکسید روی از اسکرابر پکینگی که به صورت سری با اسکرابر ونتوری قرار دارد استفاده میشود تا در این اسکرابر، با پاشش آب به صورت قطرات بسیار ریز اکسید روی باقیمانده نیز کامل حذف گردد.
گاز خروجی عاری از اکسید روی برای حذف آلایندههای دیگر مانند دیاکسید کربن و رسیدن به استاندارد محیط زیستی وارد اسکرابر استوانهای دیگری میشوند، در این اسکرابر ها برای حذف آلایندهها از پاشش آب و آب آهک استفاده میشود تا گازهای خروجی از کوره بدون کمترین آلایندگی وارد اتمسفر گردند.
خوراک بعد از احیای در کوره، در نهایت از انتهای کوره به پایین به صورت باطله گداخته به محل مخصوص تخلیه آن ریخته میشود این مواد بعد از سرد شدن به دپوی باطله انتقال داده شود.
راندمان استحصال روی و سرب در کوره ولز در حدود 90-95 درصد میباشد و محصول اکسید روی کوره، دارای حدود 65 درصد روی و 14 درصد سرب میباشد.