Металлургия свинца

Схема получения свинца.
Исходное сырьесульфидная свинцовая руда, содержащая Сu, Ni, Sn, As, Sb, Bi, благородные металлы:
1)агломерирующий обжиг до 1 % S (как правило, обжиг намертво)
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.
полный обжиг. Вся Сu при плавке перейдет в черновой свинец.
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 FeZn-фаялита; Сu переходит  в   штейн   (при частичном обжиге).
г. Разновидности процесса обжига: агломерате ≤45 % Рb;
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 + СO.
б.Основные реакции:
РbО + СО→Рb +CO2 (косвенное восстановление>170°С );
РbО + С→Рb + СО (прямое восстановление>500°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).
Реакционная (горновая) плавка (65— 70 % Рb в концентрате)
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.
Исходный продукт содержит ≥97 % Рb, остальное Сu, Sn, As, Sb, Bi, благородные металлы.
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;
HBF4 при высоком содержании Biв анодах; требуются установки меньших размеров;
сульфаминовая кислота NH2SO3H.