
- •Часть 1. Металлургия цинка
- •1.1. Общие сведения
- •1.2. Методы переработки цинксодержащего сырья
- •1.3. Окислительный обжиг сульфидных цинковых концентратов
- •Температура воспламенения некоторых сульфидов в зависимости от размера их частиц (по и.И. Пензимонжу), с
- •1.4. Дистилляция цинка
- •1.5. Рафинирование чернового цинка
- •1.6. Выщелачивание цинкового огарка
- •1.7. Очистка цинксодержащих растворов от примесей
- •1.8. Электролиз раствора сульфата цинка и переплавка катодного цинка
- •1.9. Переработка цинковых кеков
- •1.10. Переработка медно-кадмиевых кеков
- •Часть 2. Металлургия свинца
- •2.1. Общие сведения
- •2.2. Методы переработки свинецсодержащего сырья
- •2.3. Выплавка свинца реакционным способом
- •2.4. Агломерирующий обжиг свинцовых концентратов
- •2.5. Шахтная плавка свинцового агломерата
- •2.6. Автогенные процессы
- •2.7. Рафинирование чернового свинца
- •2.7.1. ОгнеВой метод
- •2.7.2. ЭлектролИзный процесс
- •2.8. Переработка цинксодержащих шлаков
- •Рекомендательный библиографический список
- •Оглавление
2.2. Методы переработки свинецсодержащего сырья
Главным природным сырьем для производства свинца являются сульфидные свинцовые концентраты, которые перерабатывают пирометаллургическим методом. В промышленном производстве свинца в настоящее время используют три разновидности этого метода:
выплавка свинца реакционным способом;
двухступенчатый способ;
автогенные процессы.
Выплавка свинца реакционным способом является старейшим методом переработки богатых по содержанию основного металла свинцовых руд и высокосортных флотационных свинцовых концентратов. В настоящее время этот метод используется в небольшом масштабе для переработки высокосортных концентратов методом горновой плавки и плавки в короткобарабанных печах. Концентрат сначала обжигают для частичного перевода сульфида свинца в оксид и сульфат свинца по реакциям
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 + 828,7 кДж; (2.1)
PbS + 2O2 = PbSO4 + 820,8 кДж. (2.2)
Оставшийся неокисленным сульфид свинца затем взаимодействует с оксидом или сульфатом свинца с образованием свободного металла:
PbS + 2PbO 3Pb + SO2 – 238,9 кДж; (2.3)
PbS + PbSO4 2Pb + 2SO2 – 427,6кДж. (2.4)
Оксид свинца восстанавливается также за счет углерода, вводимого в шихту.
Основным способом переработки свинецсодержащего сырья является двухступенчатая технология (рис.2.1), согласно которой сульфидный свинцовый концентрат сначала подвергают окислительному обжигу для перевода PbS в форму PbO по реакции (2.1) и получения спеченного продукта обжига (агломерата). Затем шихту, состоящую из смеси агломерата и кокса, плавят в шахтной печи, где оксид свинца восстанавливается до металла по реакциям
PbO + C = Pb + CO – 107,7 кДж; (2.5)
PbO + CO = Pb + CO2 + 65,9 кДж. (2.6)
Основной продукт этого процесса – черновой свинец, который затем направляется на рафинирование.
Эта технология может быть использована для переработки любых свинецсодержащих материалов, в том числе вторичного свинецсодержащего сырья.
Рис.2.1.
Технологическая схема переработки
сульфидных свинцовых
концентратов
с использованием шахтной восстановительной
плавки
Что касается гидрометаллургических процессов, то они пока еще практически не используются в производстве свинца.
2.3. Выплавка свинца реакционным способом
Как отмечено выше, при выплавке свинца из сульфидных свинцовых концентратов методом реакционной плавки имеют место две группы основных реакций:
реакции частичного окисления сульфида свинца (2.1) и (2.2);
реакции, приводящие к образованию свободного свинца (2.3) и (2.4). На практике можно проводить все четыре реакции в одной реакционной зоне металлургического агрегата (например, это имеет место при горновой плавке) или раздельно. Во втором случае, например, можно провести частичный обжиг концентрата на агломашине, а затем получить свинец плавкой агломерата в короткобарабанной печи по реакциям (2.3) и (2.4).
Реакции
(2.1) и (2.2) являются типичными реакциями
окисления сульфидов металлов, поэтому
детально рассмотрим только реакции
(2.3) и (2.4), в результате которых получается
свинец в виде свободного металла. Обе
последние реакции обратимые и
эндотермические, следовательно, их
равновесие с повышением температуры
смещается в правую сторону. Поскольку
растворимость PbS,
PbO,
PbSO4
и Pb
друг в друге при температурах реакционной
плавки небольшая, то константы равновесия
Kр
реакций (2.3) и (2.4) можно выразить через
парциальные давления SO2.
Влияние температуры на равновесное
парциальное давление
реакций (2.3) и (2.4) иллюстрируют следующие
данные:
t, C |
692/609 |
755/655 |
800/700 |
847/723 |
870/– |
|
0,8/4,0 |
5,08/20,8 |
13,3/56 |
72,5/98 |
111/– |
______________________ Примечание. В числителе и знаменателе – для реакций (2.3) и (2.4) соответственно. |
Установлено, что реакции (2.3) и (2.4) начинают протекать соответственно при температурах 550 и 600 С. Выплавку свинца реакционным способом в горнах (горновую плавку) ведут при 800-850 С. Парциальное давление SO2 в отходящих газах этого агрегата обычно не более 4-5 кПа, что во много раз меньше равновесного давления SO2 реакций (2.3) и (2.4) при этих температурах. Выплавку свинца реакционным способом в короткобарабанных печах ведут при температурах, достигающих 1100 С, т.е. в условиях еще более благоприятных для протекания реакций в правую сторону.
Реакционной плавкой в горнах или в короткобарабанных печах можно перерабатывать только высокосортные свинцовые концентраты, содержащие не менее 70-75 % свинца и небольшое количество примесей (особенно это касается SiO2, содержание которого не должно превышать 1-2 %).
Основной частью горна для выплавки свинца реакционным способом является отлитый из чугуна ящик-тигель длиной 2,4-2,5 м, шириной 0,35-0,5 м и глубиной 0,25 м с толщиной стенок около 50 мм. На боковых и задней стенке горна установлены кессоны, охлаждаемые водой или воздухом, а к передней стенке примыкает наклонная шихторазборочная рабочая плита. Тигель горна помещают на чугунной раме или на кирпичной кладке. вытяжной колпак над горном соединен газоходом с эксгаустером. В передней стенке колпака по всей ее длине имеется выемка высотой около 50 см, служащая для загрузки шихты и обслуживания горна. через фурмы в задней стенке горна подается воздух, необходимый для ведения процесса. Расплавленный свинец собирается на дне горна и сливается из него через выпускное отверстие в одной из торцевых стенок горна.
Для перемешивания шихты служит специальный механизм, который циклически перемещается вдоль передней стенки горна. Шихта горновой плавки состоит из высококачественного свинцового концентрата, известняка (2-3 % от массы концентрата, крупность 3-5 мм) и каменного угля или кокса (4-8 % от массы концентрата, крупность 5-15 мм). Продуктами плавки являются черновой свинец, серый шлак, пыль и газы. Производительность горна по шихте 15-25 т в сутки. Чем выше содержание свинца в концентрате, тем выше его извлечение в черновой металл и больше производительность горна по свинцу. Например, при переработке концентрата, содержащего 75 % свинца, металл распределяется следующим образом, %: черновой свинец 65-70, серый шлак 10-15, пыль 15-25.
Короткобарабанная печь состоит из клепаного стального кожуха диаметром и длиной 3 м (на некоторых заводах применяют удлиненные до 8 м печи Дершеля), положенного горизонтально и футерованного высокоглиноземистым (65-70 % Al2O3, 20-25 % SiO2) огнеупорным кирпичом. Кожух печи опирается на ролики и может медленно вращаться вокруг горизонтальной оси специальным приводом. В одной из торцевых стен печи имеется отверстие, закрываемое крышкой, которое служит для загрузки шихты в печь. В отверстии противоположной стенки печи установлена пылеугольная горелка или мазутная форсунка. Через это же отверстие удаляют из печи и отходящие газы.
Печь работает в периодическом режиме. Процесс плавки длится около 4 ч. Плавят агломерат с содержанием свинца 70-80 % и с отношением в нем масс серы и кислорода около 1 : 1. За один цикл получают 4-5 т свинца. Извлечение свинца из агломерата в черновой металл 85-87 %, около 8 % свинца переходит в пыль и остальной свинец уходит в шлак. Общее извлечение свинца из агломерата с учетом переработки шлака и пыли достигает 97-98 %. При работе на буром каменном угле расход его составляет 12-15 % от массы загрузки. Часть тепла отходящих газов используют для получения пара в котле-утилизаторе.