Металлургия тяжелых цветных металлов. Производство свинца и цинка. Практикум

Все применяемые в промышленности и разрабатываемые новые автогенные способы выплавки свинца из концентратов включают две стадии – окисление и восстановление.

Первую стадию – окисление – осуществляют автогенной плавкой с получением чернового свинца с низким содержанием серы и богатого по содержанию свинца шлака при низком прямом извлечении свинца в черновой металл, в ряде случаев не превышающим 50 %.

Вторую стадию – восстановление богатого свинцовистого шлака – проводят в целях доизвлечения металлического свинца и получения отвального по содержанию свинца шлака в технологическом процессе [3].

Осадительной плавкой получают свинец непосредственно из сульфидной руды или концентрата. Принцип осадительной плавки заключается в том, что металлы, обладающие большим химическим сродством к сере, способны вытеснять свинец из его сульфида, а сами превращаются в сульфиды по следующей реакции:

Однако в силу ряда технологических трудностей практического применения этот процесс не нашел широкого применения. Но реакция осаждения свинца используется на многих заводах (при шахтной плавке агломерата добавляют немного железосодержащего материала, что дает возможность повысить извлечение свинца в черновой металл).

Основным направлением совершенствования технологий получения чернового свинца из сульфидных концентратов является широкое внедрение в производственную практику автогенных процессов, ориентированных преимущественно на использование дутья, обогащенного кислородом. Применение автогенных плавок в металлургии свинца, начавшееся на рубеже 70–80-х годов прошлого века, явилось, по существу, использованием автогенных технологических процессов, успешно применяемых в металлургии сульфидного мед-

11

ного и никелевого сырья, с учетом специфики переработки свинцовых концентратов. Стимулирующими факторами этого направления развития производства свинца послужили требования экологии и недостатки доминировавшей ранее при получении чернового свинца классической технологической схемы.

Из автогенных технологий можно отметить процесс «Isasmelt», разработанный в Австралии, который в настоящее время является одним из самых распространенных в мире технологических процессов переработки свинцового сырья. Этот процесс предусматривает плавку свинцовых сульфидных концентратов влажностью 10…12 % вместе с флюсами и оборотными материалами в стационарном вертикальном агрегате с верхней погруженной в расплав фурмой. Восстановление шлакового расплава может проводиться в этом же агрегате (в периодическом режиме) или в аналогичном отдельном агрегате – непрерывно [4].

Основные примеси содержатся в черновом свинце в следующих пределах, %: Сu – 1…5; Sb – 0,5…2,0; As – 0,2…2,0; Sn – 0,1…0,2; Bi – 0,05…0,4, а также Ag – 1…5 кг/т; Au – 1…30 г/т. Помимо этих примесей, черновой свинец содержит 0,1…0,3 % S и 0,3…0,8 % шлакообразующих компонентов в виде механической примеси.

Очистку чернового свинца от примесей проводят одним из двух методов – пирометаллургическим, используемым на большинстве предприятий, и электролитическим комбинированным, включающим огневое обезмеживание и последующее электролитическое рафинирование в водных растворах, которым рафинируют около 20 % общего количества свинца.

Рафинирование свинца пирометаллургическим способом включает следующие последовательные операции:

–обезмеживание ликвацией и с помощью серы;

–обестеллуривание с помощью натрия в присутствии едкого натра;

12

–щелочное рафинирование – удаление олова, мышьяка и сурьмы окислением кислородом воздуха или селитрой

врасплаве едкого натра;

–обессеребрение – удаление золота и серебра с помощью цинка;

–обесцинкование окислением воздухом, в щелочном расплаве, вакуумированием или хлорированием;

– обезвисмучивание с помощью кальция, магния

исурьмы;

–качественное рафинирование (или смягчение) с удалением кальция, магния и сурьмы путем окисления в присутствии едкого натра и селитры или хлорирования.

Все получаемые при рафинировании полупродукты подвергаются переработке с извлечением ценных компонентов.

Ожидается, что рынок свинца будет иметь среднегодовой темп роста более 5 % в течение прогнозируемого периода (до 2026 г.) [5]. Свинец в различных отраслях применяется как в виде чистого металла, так и в виде сплавов его с другими металлами. Свинец находит свое основное применение в свинцово-кислотных батареях, за ними следуют пигменты, боеприпасы, оболочка кабелей и др. Рынок свинца сегментирован по применению и географии. По применению рынок подразделяется на боеприпасы, аккумуляторы, строительство, электронику, судостроение, сантехнику и другие области применения.

Металлический свинец применяется в виде труб и листов, употребляемых в химической промышленности при изготовлении кислотостойкой аппаратуры и кислотопроводов. В пробирном анализе свинец применяют в виде пробирного свинца (мелкой дроби). В виде сплавов с другими металлами свинец используется во многих отраслях промышленности при изготовлении различных марок баббитов или их заменителей, припоев и проч. В виде специальных сплавов свинец применяется для заполнения оболочек обычных пуль, а также для изготовления охотничьей дроби и пуль для пневматического оружия.

13

1.2.Тесты по металлургии свинца

1.В промышленной классификации цветных металлов свинец относится к группе:

1) редких металлов;

2) легких цветных металлов;

3) тяжелых цветных металлов;

4) редкоземельных металлов;

5) благородных металлов.

2.Температура плавления металлического свинца, С: 1) 660; 2) 420; 3) 1083; 4) 1539; 5) 327.

3.Ценные минералы сырья для производства свинца:

1)халькопирит;

2)пирит;

3)пирротин;

4)галенит;

5)боксит.

4.Содержание свинца в концентрате может составлять, %:

1) 5…10;

2) 20…40;

3) 60…90;

4) 10…30;

5) 30…80.

5.Классической технологической схеме переработки свинцового сульфидного сырья соответствует последовательность технологических процессов:

1) автогенная плавка – обжиг – рафинирование – дистилляция – электролиз;

14

2)обжиг – плавка – окислительное рафинирование – конвертирование штейнов – электролиз;

3)обжиг с агломерацией – шахтная плавка – рафинирование;

4)обжиг – плавка – конвертирование – купеляция;

5)плавка – конвертирование – рафинирование – электролиз.

6.Расположите процессы в порядке возрастания содержания свинца в получаемом продукте:

1) рафинирование – обжиг – плавка – шихтовка;

2) обжиг – плавка – шихтовка – рафинирование;

3) шихтовка – плавка – обжиг – рафинирование;

4) шихтовка – обжиг – плавка – рафинирование;

5) обжиг – шихтовка – плавка – рафинирование.

7.Основная цель процесса окислительного обжига в металлургии свинца:

1) частичное окисление содержащегося в концентрате свинца;

2) окисление всей содержащейся в концентрате серы

вцелях получения H2SO4;

3)перевод сульфидных соединений свинца в сульфаты;

4)полное удаление серы с переводом свинца в оксид и окускование материала;

5)нагрев и удаление влаги из сырья в целях сокращения затрат энергии при дальнейшей плавке.

8. Степень десульфуризации (при обжиге) – это:

1)содержание серы в отходящих газах, % об.;

2)содержание оставшейся в огарке серы, %;

3)отношение массы удаленной серы к ее массе в исходном сырье, выраженное в процентах;

4)отношение массы оставшейся серы в огарке к ее массе

висходном сырье, выраженное в процентах;

5)содержание сульфатной серы в огарке.

15

9. Кратность агломерирующего обжига – это:

1)отношение массы серы, содержащейся в шихте, к массе серы, удаляемой за один проход ленты агломашины;

2)отношение содержания серы в исходной шихте к содержанию серы в готовом агломерате;

3)необходимость глубокого окисления обжигаемого материала;

4)производственная необходимость многократного обжига исходной шихты для получения годного агломерата;

5)технологический показатель агломерирующего обжига свинцового концентрата.

10.При агломерирующем обжиге свинцовых концентратов широко применяются агломерационные машины с продувом, потому что:

1) упрощается технология обжига;

2) уменьшается заплавление металлическим свинцом колосников паллет агломашин;

3) ускоряется спекание материала;

4) снижается расход топлива;

5) получается более прочный агломерат.

11.Роль влаги при агломерации:

1)поглощение избыточного количества тепла;

2)снижение расхода топлива;

3)уменьшение пылеобразования;

4)повышение содержания SО2 в газах;

5)увеличение пористости шихты.

12. Нагрев шихты при агломерирующем обжиге свинцовых сульфидных концентратов происходит в результате:

1)окисления металлов исходной шихты;

2)окисления сульфидов шихты;

3)окисления твердого топлива, добавляемого в шихту;

4)процесс протекает без нагрева шихты;

5)горения природного газа.

16

13. Реакция, приводящая к образованию металлического свинца в процессе агломерации:

1)PbS + 2PbO = 3Pb + SO2;

2)PbS + O2 = Pb + SO2;

3)PbO + C = Pb + CO;

4)PbS = Pb + 1/2S2;

5)PbS + Fe = Pb + FeS.

14. Прочность агломерату придают соединения:

1)nZnO · mFe2O3, xZnO · yCaO · zSiO2;

2)nZnO · mFe2O3, PbO · SiO2;

3)xZnO · yCaO · zSiO2, PbO · SiO2;

4)PbO · SiO2, Fe2O3;

5)PbO · SiO2, PbSO4.

15.Основная часть свинца в агломерате находится в виде соединений:

1) PbS, PbSO4;

2) PbO, PbSO4, PbO · Fe2O3;

3) PbO, PbO · SiO2, PbO · Fe2O3; 4) PbSO4, PbO · Fe2O3;

5) PbS, PbO · SiO2, PbO · Fe2O3.

16.При агломерации очень богатых по свинцу концентратов (содержание Рb > 50 %):

1) повышается испарение свинца в атмосферу цеха;

2) ухудшается газопроницаемость шихты;

3) снижается температура плавления шихты;

4) увеличивается количество вытапливаемого свинца;

5) ухудшаются механические свойства агломерата.

17.При значительном увеличении слоя «постели» удельная производительность агломашины по выжигаемой сере:

1) не изменяется;

2) возрастает;

3) уменьшается;

17

4)величина слоя «постели» не влияет на производительность;

5)нет правильного ответа.

18.Цель оставления части серы в агломерате при агломерации свинцовых концентратов:

1) использование тепла экзотермических реакции сульфидов при плавке;

2) получение элементарной серы при плавке;

3) перевод в штейн цинка;

4) получение свинцово-медного штейна;

5) уменьшение содержания свинца в шлаке.

19.Преимущества агломашины с продувом при агломерации свинцовых концентратов:

1) полнее отгоняется цинк;

2) образовавшиеся силикаты образуют прочный «скелет»;

3) образовавшийся металлический свинец не попадает на паллеты;

4) полнее используется кислород воздуха;

5) дешевле конструкция.

20.Преимущественное окисление сульфида свинца при агломерации происходит:

1) в твердом состоянии;

2) в парообразном состоянии;

3) в жидком состоянии;

4) окисление сульфида свинца не происходит;

5) нет правильного ответа.

21.В готовом агломерате сера связана преимущественно с: 1) РbS;

2) FеS;

3) СuFеS2;

4) Сu2S;

5) ZnSО4.

18

22.При увеличении содержания СаО в шихте агломерации количество выплавляемого на агломашине свинца увеличивается в результате:

1) снижения температуры плавления;

2) взаимодействия СаО с РbS;

3) повышения активности РbО в силикатном стекле;

4) образования каркаса из цинкового мелилита;

5) улучшения условий растекания сульфидной жидкости по поверхности твердой шихты.

23.При производстве свинца значительная часть агломерата заворачивается в оборот:

1) из-за низкой механической прочности;

2) для улучшения газопроницаемости шихты; 3) из-за того, что за один проход аглоленты не успевает

выгореть вся сера; 4) для удаления кадмия;

5) для придания шихте легкоплавкости.

24.Увеличить концентрацию SО2 в отходящих газах агломашин, работающих с прососом воздуха, можно, если:

1) ввести рециркуляцию газов;

2) снизить количество просасываемого воздуха;

3) обогатить воздух кислородом;

4) ввести принудительное перемешивание шихты;

5) поднять температуру добавлением в шихту коксика.

25.Частичное выплавление свинца из шихты в ходе агломерации определяется реакциями:

1) РbО + С = Рb + СО;

2) РbО + СО = Рb + СО2; 3) РbО + Fe = Рb + FеО;

4) РbS + 2РbО = 3Рb + SО2;

5) 2РbО·SiO2 + СаО + 2СО = 2Рb + СаО·SiO2 + 2СО2.

19

26.На заводах по производству свинца не создают больших запасов готового агломерата, а направляют только что полученный агломерат сразу на плавку:

1) из-за недостатка сырья;

2) в целяхю использования тепла горячего агломерата; 3) из-за того, что при длительном воздействии влажного

воздуха агломерат теряет свои механические свойства; 4) из-за трудностей транспортировки; 5) нет правильного ответа.

27.Пыль агломашин обогащается:

1)Рb;

2)Zn;

3)Сd;

4)Аu;

5)Сu.

28. Оптимальное содержание свинца и серы в шихте одноступенчатого обжига, %:

29. Причины, по которым на агломашинах нельзя перерабатывать очень богатые свинцовые концентраты:

1)происходит выплавление свинца из шихты;

2)увеличивается количество свинца, перешедшего в газовую фазу;

3)получаются богатые по свинцу шлаки при последующей плавке;

4)снижается температура процесса агломерации;

5)происходит уменьшение механической прочности агломерата.

20