Металлургия технология угля и неметаллических полезных ископаемых3

Выход штейна при плавке достигает 8—10% и соответствует количеству серы, оставленной в опеке ори обжиге. Поэтому при обжиге медистых концентратов в опеке обычно оставляют серу, необходимую для образования штейна. В этом случае основная масса меди переходит ори плавке в штейн, не загрязняя свинец.

Пыль, улавливаемая из колошниковых газов, содержит 58— 78% РЬ; 3—13% Zn; 0,5—2,3% Cd и до 0,5% As. Эту пыль на­ правляют на переработку отдельно для извлечения ее ценных со­ ставляющих.

Извлечение свинца достигает 90—95% и зависит от состава спека.

Состав чернового свинца изменяется в следующих пределах: 92—99% РЬ; 0,1—7,0%' Си; 0,006—1,3% Zn; до 1,9% As; 0,1— 1,5% Sb; до 0,25% Fe; до 0,3% <Bi; до 0,05% Аи; до 0,8% Ag.

§ 3. Рафинирование свинца

Целью рафинирования свинца является не только очистка его от примесей, но и извлечение их в виде отходов, пригодных для последующего получения металлов в чистом виде, особенно благородных металлов. Содержание благородных металлов в свин­ це иногда столь велико, что стоимость их оказывается выше стои­

водится в чугунном или стальном рафинировочном котле (рис. 39), емкостью по жидкому свинцу до 200 т.

Удаление меди из свинца основано на уменьшении раствори­ мости ее при понижении температуры. Медистые порошкообраз­ ные съемы, выделяющиеся на поверхности свинца, содержат 50— 80% РЬ и 10—25% Си; выход таких съемов колеблется в преде­ лах 4—12%.

При грубом рафинировании свинца (в две стадии) удается снизить содержание в нем меди до 0,1%. Для тонкого рафиниро­ вания от меди вмешивают в расплав свинца элементарную серу. Образующаяся не растворимая «в свинце полусернистая медь всплывает и удаляется в виде съемов, состоящих из CU2S и PbS.

Переработка медистых съемов представляет самостоятельный передел.

Для удаления олова, мышьяка и сурьмы используют огневое

окислами: PbO-ZnO (цинкат), Pb-SnO (станнат), PbO-As20 (арсенит), РЬО-БЬгОз (антимонит). Изгарины снимают с поверхности ванны.

Огневое рафинирование имеет ряд недостатков (переход свин­

ца в отходы, потери благородных металлов и др.), что делает необходимым чаще использовать способ окислительного рафини­ рования свинца щелочным способом. В этом случае используют более сильный окислитель — селитру (NaNOe), окисляющую свинец с образованием плюмбита натрия (Na2Pb02). Последний

окисляет затем примеси олова, мышьяка и сурьмы с образовани­ ем солей соответствующих кислот Na2Sn03, Na3As04, Na3Sb04.

Щелочное рафинирование свинца осуществляется в специаль­

ляют на весьма сложную переработку для извлечения примесей. Потери благородных металлов при щелочном способе рафини­

рования ничтожны.

Для извлечения из свинца благородных металлов в расплав добавляют цинк в несколько приемов, 'вмешивая его мешалкой. Температура ванны около 450° С. Образующаяся на поверхно­ сти свинца пена представляет собой сложный продукт, содержа­ щий благородные металлы в виде Ag2Zn3, Ag2Zn5, Au3Zn5, AuZn3 и насыщенных растворов свинца в цинке. Расход цинка обычно составляет 1—1,5%.

О л о в я н н ы е р у д ы обычно содержат не более 1% Sn в основном в виде касситерита Sn02. Поэтому руды обогащают в от­ садочных машинах и на концентрационных столах, а также фло­ тацией. В результате получают концентраты, содержащие 40—60%

в незначительных количествах также сурьма, мышьяк, висмут и вольфрам.

§ 2. Выплавка олова из концентратов

Для извлечения олова из концентратов наибольшее примене­ ние получила восстановительная плавка в отражательных или электрических печах, где плавят концентрат в смеси с углем и флюсом.

При плавке оловянного концентрата медь, сурьма, мышьяк, висмут и частично железо восстанавливаются и растворяются в черновом олове, очистка которого от примесей затруднена. По­

Для дальнейшей очистки концентрата от железа и других при­ месей его обрабатывают соляной кислотой в автоклавах при температуре 130° С. В этих условиях удаляется 85—95% железа, мышьяка и других примесейДля удаления магнетита и вольфра­ мита из оловянных концентратов иногда используют магнитную

SnO(TB) 4* СО = БП(Ж) + С02;

Кислотность шлаков обычно изменяется в пределах 1,25—1,50. Производительность отражательных печей, по конструкции по­ хожих на печи для огневого рафинирования меди, достигает 1,8 т/м2 концентрата в сутки. Расход топлива около 0,3 г «а 1 г шихты. В черновой металл извлекается 50—90% олова в зависи­

мости от отношения S n : Fe в концентрате.

Электропечи для выплавки олова устроены подобно сталепла­ вильным печам, но установлены неподвижно. Расход электроэнер­ гии на плавку составляет около 1650 квт-ч/т олова. Содержание олова в шлаках при пла'вке в электропечах составляет от 0,2 до 1%. Значительная часть шлаков поступает в отвал.

При электроплавке достигается производительность печей до 4,5 т/м2 концентрата в сутки, т. е. значительно более высокая, чем в отражательной печи. Кроме того, в электропечи можно произ­ водить плавку концентратов с повышенным содержанием же­ леза.

Добавкой кремния восстановленное железо связывается в фер­

вести и кремния. Обычно содержание олова в шлаке снижается до 2,5—5,0%. Дальнейшее извлечение олова из шлака осуществ­ ляется плавкой на возгон в отражательных, шахтных или шлако-

гие методы его извлечения, например, метод хлорирования. Кон­ центрат смешивают с хлоридами железа или кальция и нагре­ вают в 'восстановительной атмосфере при температуре 800° С. Хлористое олово конденсируют и затем извлекают электролизом.

Большого внимания заслуживает комплексная переработка оловянных концентратов с попутным извлечением редкоземельных металлов (висмута, индия, скандия и др.). Висмут оловянных концентратов при выщелачивании соляной кислотой переходит в растворы, из которых осаждается в виде хлорокиси BiOCl. Вис­ мут чернового олова при его рафинировании переходит в съемы.

§ 3. Рафинирование олова

Черновое олово, содержащее до 0,4 %' As, 1,3% Fe, 0,4% Си, 0,5%' Р, 0,3% Bi, рафинируют огневым способом или электро­ лизом.

Рафинирование олова от железа и меди, а также частично от мышьяка и сурьмы основано на понижении их растворимости при охлаждении расплавленного олова (ликвационное рафинирова­ ние) и образовании соответствующих интерметаллидов (FeAs, Cu3Sn, Cu2Sb и др.). Ликвацию с углем проводят при темпера­

Рафинирование от мышьяка и сурьмы основано на образова­

имышьяка.

Рафинирование от свинца осуществляют методом хлорирова­

ния с получением съемов, содержащих до 15% свинцаРафинирование от висмута производят образованием в рас­

плаве малорастворимых соединений BijMgs, ЕИгСаз и др. Вис­ мутовая пена, содержащая до 2% Bi, подвергается переработке для извлечения висмута.

Электролитическое рафинирование олова мало изучено и ис­ пользуется значительно реже. В ванне сульфоорганического раст­

При электролизе -наблюдается пассивирование анода осадками солей олова. Опробовались также кремнефтористые и сульфидно­

На воздухе цинк при температуре ниже 200° С окисляется мед­ ленно вследствие образования на его поверхности защитного слоя карбонатов.

Извлечение цинка из концентратов осуществляют методами пирометаллургии (дистилляции) и гидрометаллургии (электро­ лиза).

§ 2. Пирометаллургия цинка

Пирометаллургия цинка включает следующие технологиче­ ские операции: обжиг и спекание концентрата, дистилляцию в го­ ризонтальных или вертикальных ретортах, в электропечах или шахтных течах, рафинирование с получением товарного цинка.

Основная реакция обжига 'концентрата 2ZnS ЗО2= 2ZnO 2SO2

может осуществляться в специальных установках во взвешенном состоянии, 'в многоподовых механических печах или в печах с кипящим слоем-

Для более полного удаления серы из концентрата обжиг его проводят в два приема. В первой стадии выжигают основную массу серы при сравнительно низких температурах, исключаю­ щих спекание концентрата. Во второй стадии, осуществляемой на спекательных машинах, остатки серы удаляют .при темпера­

Восстанавливаются также кадмий, свинец и медь.

Остаток после дистилляции называется раймовкой, в ней со­ держится до 10—13% всего цинка в виде силикатов, ферритов, цинкатов и алюминатов, а также золото, серебро и медь.

К устью реторты примыкает конденсатор из огнеупорной гли­ ны; жидкий цинк из него по мере накопления вычерпывают. Однако не все пары цинка успевают здесь сконденсироваться, часть их уходит в полую стальную алонжу, надетую на устье конденсатора. В алонже цинк улавливается в виде тонкой пыли — пусьеры, содержащей также до 2,3% кадмия. Конденсации кад­ мия вместе с цинком способствует растворимость его в цинке.

Продолжительность дистилляции обычно 18—24 ч; за это вре­ мя черновой цинк несколько раз выгребают из конденсатора.

Распределение цинка между продуктами дистилляции сле­ дующее: черновой цинк 82,8%; пусьера 4,8%; раймовка 6,3%. С конденсаторным и ретортным боем, замазкой и газами уходят около 6% цинка.

Состав чернового цинка: 98—99% Zn; до 1,8% РЬ; 0,05— 0,1% Fe; 0,004—0,02% Си; 0,2—0,4% Cel. Черновой цинк рафини­

руют.

Усовершенствование процесса дистилляции достигается при­ менением 'пепрерывнодействующих реторт и шахтных печей, ко­ торые являются более производительными агрегатами.

Рис. 40. Схема установки горизонтальной реторты для ди­ стилляции цинка:

1 — реторта; 2 — конденсатор; 3 — алонжа

§ 3. Гидрометаллургия цинка

Гидрометаллургия цинка основана на выщелачивании его из обожженного концентрата серной кислотойОсновной реакцией выщелачивания является растворение окиси цинка:

ZnO + H2S04 = ZnS04 + Н20.

Все соединения цинка обожженного концентрата образуют растворимые в воде сульфаты. Примеси кремнезема, свинца и кальция в раствор практически не переходят. Однако соединения Fe, Си, Cd, As, Sb и Со взаимодействуют с серной кислотой с об­ разованием водорастворимых сульфатов или других соединений. Можно частично предупредить выщелачивание этих примесей, так как они взаимодействуют с разбавленной серной кислотой медленнее, чем окись цинка.

Скорость выщелачивания цинка зависит в основном от кон­ центрации серной кислоты, температуры, крупности частиц кон­ центрата и интенсивности перемешивания.

Выщелачивание проводят в две стадии. На первой стадии

в нейтральный (слабокислый) раствор 'переходит часть цинка, но в этот раствор не переходит железо. Нерастворимый остаток, содержащий много цинка, подвергают кислому выщелачиванию

остается около 10% цинка, весь овинец, все золото и серебро, около 50% меди и часть кадмия.

Очистка нейтрального раствора перед электролизом, необхо­ димая для удаления меди и кадмия, основана на реакциях вытес­

Cd; 2—8% Си и 30—40%' Zn), являющийся ценным сырьем для производства кадмия.

Очистка раствора от кобальта основана на образовании осад­ ка при добавлении в раствор ксантогената натрия и медного ку­ пороса. 'Кобальтовый 'кек (осадок) содержит около 4% Со.

На электролиз поступает очищенный от примесей нейтральный раствор сернокислого «цинка.

Ванны для электролиза цинка делают из бетона или дерева и защищают от действия электролита листовым свинцом, рези­ ной, винипластом. Аноды отливают из сплава свинца с 1% сереб­ ра, катоды вырезают из прокатанного алюминия.

Осаждающийся на катодах цинк сдирают один раз в сутки и подвергают плавке в отражательных или индукционных элек­ тропечах. Анодный шлам (10—14% РЬ; до 2% Zn и 70% МпОг) применяют для окисления железа при нейтральном выщелачива­ нии цинка.

Для получения высоких выходов цинка по току температура

рует на аммиак и хлористый водород. Потери цинка в изгарину и пыль при электро-плавке не превышают 2,5%. Цинк разливают в изложницы в чушки весом по 20 кг.

Расход электроэнергии для производства цинка гидрометал­ лургическим методом составляет около 4000 квт-ч/т. Извлечение цинка в чушковый металл достигает 87%, остальной цинк уда­ ляется с осадками (~11,5% ) и около 1,5% составляют механи­ ческие безвозвратные потери.

Чушковый металл содержит 99,97—99,99% Zn и незначитель­ ные примеси кадмия, свинца, железа и меди. Цинк, полученный гидрометаллургическим методом, соответствует маркам ЦО, Ц1 и Ц2 по действующему ГОСТу.

§ 4. Рафинирование цинка

Цинк, полученный после дистилляции, подвергают рафиниро­ ванию двумя способами — отстаиванием и перегонкой (ректифи­ кацией).

метод, основано на уменьшении растворимости примесей цинка — свинца и железа с понижением температуры расплава.

Практика ликвационного рафинирования совмещает процессы удаления свинца и железа в одной операции. Расплавленный цинк выдерживают ъ отражательных печах емкостью до 150 г при температуре 420—450° С в течение 1—2 суток для достиже­