Металлургия свинца
Схема
получения свинца.
2)восстановительная плавка агломерата в шахтных печах на
черновой свинец (веркблей);
3)рафинирование чернового металла ликвацией и присадкой
серы для удаления Си. Окислительное рафинирование в отражательной печи.
Получение частично рафинированного свинца;
4)окончательное рафинирование от благородных металлов и Biликвацией с образованием интерметаллических соединений
добавкой Zn(метод Паркса) или К +Mg(метод Жоливе), электролитическое рафинирование (при
содержании Bi≥0,5%).
Агломеририющий
обжиг.
а.Процесс окисления сульфидов:
—частичный обжиг (сейчас применяется редко) до 2—3 %
остаточной S, необходимой для образования
штейна при последующей плавке, куда
переходит медь.
б.Реакции:
PbS + 2O2→PbSO4;
4PbS + 7O2→2 (PbO*PbSO4) + 2SO2;
3PbS + 5O2→2PbO* PbSO4 + 2SO2;
5PbS + 8O2→4PbO*PbSO4 + 4SO2;
3PbS04 + PbS→4PbO + 4SO2;
2PbS + 3O2→2PbO + 2SO2;
2PbS + PbO→3Pb + SO2;
PbSO4 + PbS→2Pb + SO2
в.Побочные процессы:
возможно обратное окисление Pb; связывание
РbО в силикаты (650—800 °С); связывание РbО в
ферриты (900—1000 °С); PbSO4 диссоциирует при температуре
выше 1000 °С с образованием основного сульфата; PbS,
РbО улетучиваются выше 750 °С; Asпереходит в As2O3или As2O5+As(диспропорционирование); Sbпереходит в Sb2O3 или Sb2O4, Sb2O5 антимонаты; Znошлаковывается в виде ZnOили Fe—Zn-фаялита;
Сu переходит
в штейн (при частичном обжиге).
—одноступенчатый,
—двухступенчатый (предварительный и окончательный), при
наличии Asв исходном материале.
Восстановительная
плавка
а.Главные процессы:
—восстановление РbО в основном при помощи СО;
—образование СО по реакции Будуара в результате сгорания
80 % кокса перед фурмами по реакции С+О2→СО2
и далее СO2 + С→2СO.
б.Основные реакции:
РbО + СО→Рb +CO2 (косвенное восстановление>170°С );
PbSO4 + 4СО→PbS+ 4СO2; (>630°С)
PbS + Fe→Pb + FeS (>900°С)
PbO*SiO, + CaO→CaO*SiO2 + PbO;
PbO*SiO2 + 2FeO→FeO*SiO2 + PbO.
в.Побочные процессы: ZnSпереходит в шлак, часто образуя настыли; Znв виде ZnOпереходит в шлак; ZnOчастично восстанавливается до паров Znс повторным его окислением в верхней части печи (возможно
образование настыли); Сuпереходит в штейн; As, Sbрастворяются в Рb (возможно также образование
шпейз); Snраспределяется между металлом и
шлаком; Biна 70 % растворяется в Pb; Ni, Со
распределяются между черновым свинцом, шпейзой и штейном; благородные металлы
растворяются в основном в РЬ, частично в штейне (Ag) или
в шпейзе (Pt, Au).
Для этого процесса, ведущегося в горне, необходима
крупная, чистая, богатая руда с содержанием ≤3 % SiO2 и низким содержанием Asи Sbво избежание потерь Рb. В
результате этого процесса получается чистый РЬ (≥99 %).
Для ведения процесса не требуется кокс, можно
использовать низкосортный уголь. Извлечение Рb
составляет ~65%. Получаемый при этом серый шлак и пыль восстанавливают в
шахтной печи:
2PbO + PbS→3Pb+SO2;
PbS + PbSO4→2Pb + 2SO2.
Рафинирование
чернового свинца.
а.Очистка от Сu ликвацией. При охлаждении
свинца кристаллизуются Сu-съемы (шлекеры) с меньшей
плотностью. Происходит также ликвация растворенного штейна. При нагреве
рабочая температура несколько превышает температуру плавления Рb,
который вытапливается из примесей (Сu, Ni, Со,
штейн) и сливается.
б.Очистка от меди сульфидированием:
—способ Колкорда. После ликвации остается ~0,1 % Сu.
Присадкой серы содержание Сu снижается до ≤0,01 % (используется
большое сродство Сu к S);
—окислительное рафинирование.
в.Ликвация с образованием интерметаллических соединений:
—очистка от благородных металлов (процесс Паркса).
Вмешивание Znи удаление образовавшейся
серебряной пены. Сначала в пену переходятAuи Pt, затем Ag;
—очистка от Bi. В жидкий РЬ вмешивают K+Mg. При
длительном охлаждении выделяется тройное соединениеCaxMgyBiz. Остаточное содержание Bi≤0,015 %. К и Mgудаляются хлорированием (метод
Жоливе).
г.Дистилляция. После очистки от благородных металлов в
свинце остается ~ 0,7 % Zn. Для его удаления используют
различие в давлении паров РЬ и Znпри вакуумировании. Пары Znконденсируют.
д.Электролитическое рафинирование (при ≥0,5 % Bi).
Используется электролиз с растворимым анодом. Очистка от Biи благородных металлов.
Электролиты:
—H2SiF6 при низком содержании Biв анодах; требуются громоздкие
установки;
—сульфаминовая кислота NH2SO3H.