Основы металлургии (стр. 10 )

Электролиз ведут в фарфоровых ваннах при 320-330 К, плот-ти тока 800-1500 А/м2, напряжении 1 В; катоды разгружают 3-4 раза в сутки, их промывают горячей водой, высушенные катоды плавят в индукц-ой печи, чистота Au 99,98-99,99.

Анодный шлам отмывают от электролита, отделяют скрап, кот-й возвращают на плавку анодов. Остаток направляют на извлечение Pt-х Ме-в.

3  МЕТАЛЛУРГИЯ СВИНЦА

3.1 Характеристика сырьевой базы для получения свинца

Самородный свинец в природе не найден. Свинец встречается в рудах главным образом в виде соединений с серой или кислородом.

Основные минералы свинца:

PbS - галенит (свинцовый блеск), содержит 86,6 % свинца;

3PbS Sb2S3 - буланжерит, содержит 58,8 % свинца;

2PbS Sb2S3 - джемсонит, содержит 50,65 % свинца.

Сульфидные минералы темно-серого цвета с металлическим блеском.

РвСОз - церуссит, цвет белый, серый, содержит 77,55 % свинца;

PbSO4 - англезит, цвет белый, содержит 68,3 % свинца.

Свинцовые руды классифицируют на сернистые или сульфидные, в которых свинец содержится в сульфидной форме, и окисленные, содержащие оксидные соединения свинца.

Наиболее распространены в природе сульфидные руды, в которых свинец находится главным образом в виде галенита - первичные руды.

В окисленных рудах свинец обычно находится в виде церуссита, поэтому их иногда называют карбонатными.

Минерал церуссит - вторичного происхождения и образуется в результате длительного процесса выветривания сульфидов. Поэтому в природе окисленные руды встречаются преимущественно в верхних, окисленных зонах месторождений. Эти наиболее доступные для эксплуатации части месторождений к настоящему времени в основном везде выработаны и свинцовая промышленность перерабатывает почти исключительно сульфидные руды.

Монометаллические свинцовые руды в природе встречаются очень редко. Наибольшее распространение имеют свинцово-цинковые руды (Алтай, Восточный Казахстан), реже встречаются медно-цинковые (Урал), медно-свинцовые (Жезказган) руды. Часто руды содержат, кроме свинца и цинка, медь, золото, серебро, кадмий и другие металлы. Свинцовые руды содержат серебро в виде минерала аргентита (Ag2S), из редких металлов - таллий. Такие сложные руды называются полиметаллическими.

Свинцовые руды из-за невысокого содержания в них извлекаемого металла (0,5-10 %), как правило, непосредственно в металлургическую переработку не поступают. Их предварительно обогащают.

Для обогащения полиметаллических руд, содержащих кроме свинца и другие ценные цветные металлы, применяют обычно методы селективной или коллективной флотации с последующей селекцией. Целью селективной флотации является разделение рудных металлов с получением по возможности монометаллических концентратов. Селективная флотация широко применяется при обогащении и имеет очень большое значение. Флотация при обработке руд цветных металлов достигла значительных успехов как по степени извлечения металлов, так и по степени их концентрации. Благодаря флотации на металлургические заводы поступают сравнительно чистые и богатые свинцовые концентраты. Примерный состав свинцовых концентратов, %: свинца - 40-78; цинка -0,6-13; меди - 0,1-4; железа - 1,8-15 и серы - 14-23.

1. К числу крупнейших месторождений свинцово-цинковых руд в СНГ относится группа месторождений полиметаллических сульфидных руд, расположенных на Алтае (Северо-Восточный Казахстан). Сюда относятся месторождения: Лениногорское, Зыряновское, Обуховское, Малеевское, Белоусовское, Тишинское, Николаевское. Рудоносными минералами в этих рудах являются: галенит, сфалерит (Zn S), халькопирит (CnFe S2), пирит (Fe S2) и изредка - медная руда, содержащая сурьму. В рудах содержатся также золото и серебро.

Характерной особенностью этих руд является тонкое прорастание минералов друг в друге, мелковкрапленность, благодаря чему получаемые из этих руд свинцовые концентраты содержат значительное количество цинка, а цинковые - свинца. Вследствие значительного содержания в рудах халькопирита, концентраты много содержат также меди.

2. Казахстан. В разных частях Казахстана имеется много месторождений. К их числу относится Турланское месторождение, расположенное в горах КараТау (северо-восток Г. Туркестана). Верхняя зона этого месторождения представлена окисленными рудами, которые уже почти выработаны. К этой группе относится также Карамазарское месторождение. Кладовыми свинца и цинка являются Жайремское в центральном Казахстане и Шалгиинское в южном Казахстане месторождения.

3. Северо-Кавказский край. Важнейшим месторождением в этом крае является Садонское (в 94 км от г. Владикавказа). Рудоносными минералами являются галенит, сфалерит, пирит, пирротин и халькопирит.

4. Дальний Восток. Здесь находится Сихотэ-Алиньское (Тетюхинское), бухта Рудная пристань, месторождение. Оно расположено в 350 км к Северо-Востоку от г. Владивостока. Руды этого месторождения содержат галенит, сфалерит, пирит, халькопирит и арсенопирит (FeAs S). В результате обогащения этих руд получают богатые свинцовые и рядовые цинковые концентраты. Свинцовый концентрат перерабатывают на месте.

5. В Сибири находятся Салаирские полиметаллические месторождения.

3.2 Привести и охарактеризовать технологическую схему получения свинца

При выплавке свинца из концентратов металлурги используют ряд его свойств: сравни­тельно низкую температуру плавления, способность сульфидов легко отдавать серу при обжиге и вос­станавливаться из окислов углеродом или окисью углерода.

Основными переделами производства свинца методом шахтной плавки являются:

1) под­готовка шихты и агломерирующий обжиг;

2) шахтная восстановительная плавка;

3) рафинирование чернового свинца;

4) пылеулавливание.

Агломерирующий обжиг проводят с целью окисления сульфидных соединений свинца и других металлов, содержащихся в свинцовом сырье и окускования свинцового сырья и флюсов. Агло­мерирующему обжигу концентратов на агломерационных машинах предшествует очень важная техно­логическая операция - подготовка шихты. От качества шихты зависит глубина обжига и технико-экономические показатели процесса агломерации. Качество шихты зависит от состава сырья и техниче­ского уровня процесса подготовки шихты.

Богатые агломерационные газы содержат до 6-7% 8О2 и служат сырьем для сернокислот­ного производства.

Агломерат, в котором основное количество свинца и других металлов находится в виде окислов, направляют на следующий технологический передел - шахтную восстановительную плавку.

Шахтной восстановительной плавкой осуществляют восстановление свинца из окислов углеродом или окисью углерода и выплавку его из агломерата в виде чернового свинца (иногда его на­зывают веркблеем), загрязненного различными примесями. Содержание свинца в черновом свинце со­ставляет 92-98% остальное - медь, мышьяк, сурьма, висмут, теллур, золото, серебро и некоторые дру­гие металлы.

Шлаки шахтной свинцовой плавки направляют в шлаковозгоночную печь для доизвлечения из них свинца и цинка.

Очистка чернового свинца от примесей происходит на следующем технологическом пе­ределе - рафинировочном.

Рафинирование чернового свинца - процесс, завершающий производство свинца. После очистки от примесей получают марочный свинец, который отправляют потребителям.

Примеси, извлеченные из чернового свинца при рафинировании, представляют большую ценность, их в виде полупродуктов направляют на дальнейшую переработку.

Пылеулавливание проводят для очистки технологических и вентиляционных газов от пы­ли, аэрозолей и паров, состоящих из ценных металлов и их соединений.

Пылеулавливание в значительной степени определяет экономику производства свинца.

3.3. Основные химические реакции протекающие при шахтной плавке свинцового агломерата. Факторы влияющие на распределение свинца по продуктам шахтной плавки

Основное количество металлов находится в агломерате в виде окислов – соединений с кислородом. В шахтную печь агломерат загружают сверху в виде порций, чередующихся с порциями кокса (такая порция называется колошей). Снизу в шахтную печь через фурмы подается воздух; кокс доходит до фурм и сгорает, окисляясь до углекислого газа

С + О2 = СО2

Раскаленный углекислый газ, поднимаясь по шахте печи, реагирует со следующими порциями кокса по реакции (реакция Будуара – Белла):

СО2+С=2СО

Образовавшийся СО реагирует с окислами металлов, находящимися в агломерате по реакции

МеО + СО = Ме + СО2

Свинец при высокой температуре восстанавливается и вытапливается из агломерата, протекает сквозь слой шихты в горн печи:

PbO + CO = Pb + CO2

По пути свинец растворяет в себе золото, серебро, медь, мышьяк, сурьму и некоторые другие металлы. Свинец, загрязненный примесями, называют черновым свинцом или веркблеем.

Черновой свинец выпускают из печи через сифонный канал и направляют на очистку от примесей в рафинировочный цех.

Медь находится в агломерате в небольшом количестве. Если содержание меди в агломерате не превышает 1,0%. то она растворяется в черновом свинце и извлекается из него при рафинировании в виде шликеров, которые содержат большое количество свинца и требуют дополнительной переработки.

Если меди в агломерате больше 1,0%, то она всплывает из свинца в виде твердых включений, перекрывая выпускные отверстия печи и затрудняя ход шахтной плавки. Особенно вредно сочетание меди, мышьяка и серы, образующих тугоплавкое устойчивое соединение, называемое шпейзой.

В этом случае в процессе плавки получают штейн (штейн свинцовой плавки – сплав сульфидов железа, меди, свинца и цинка), в который стараются перевести максимальное количество меди.

Штейн имеет высокую температуру плавления. Его плотность ниже, чем свинца, но выше, чем шлака. Поэтому штейн отделяется от свинца и шлака и его выпускают из печи отдельно, после чего перерабатывают в конвертерах до получения товарной меди или высокомедистого штейна.

Когда нужно перевести медь в штейн, спекание ведут так, чтобы в агломерате осталось достаточное для штейнообразования количество серы. Если агломерат обожжен более глубоко, то серу в печь вводят с пиритом (серным колчеданом).