Основы металлургии (стр. 16 )

3PbO + As2O5 = Pb3(AsO4)2.

При высоком содержании мышьяка в агломерате затрудняется плавка в шахтной печи и рафини­рование чернового свинца.

Сурьма в сульфидных концентратах в основном находится в виде трехсернистого соединения Sb2S3, окисляющегося, как и аналогичное соединение мышьяка, по реакции

2Sb2S3 + 9О2 = 2Sb2О3 + 6SО2

Трехокись сурьмы при высокой температуре и избытке воздуха окисляется до четырех и пяти­окиси и образует с окислами металлов устойчивые соединения, называемые антимонатами:

Sb2O5 + 3РbО=Рb3(SbO4)2

Кадмий присутствует в сульфидных концентратах в виде CbS. Когда агломерация идет интен­сивно при высокой температуре, кадмий окисляется и летит, концентрируясь в пылях, полученных из аглогазов. Поэтому пыли агломерационных цехов свинцовых заводов являются одним из видов сырья для производства кадмия.

Серебро содержится в свинцовых концентратах почти всегда. Сульфид серебра Ag2S называют аргентитом или серебряным блеском.

При агломерирующем обжиге сульфид серебра окисляется до сульфатного, которое может дис­социировать по реакции

Ag2SO4«2Ag + SO2 + О2

Поэтому в агломерате серебро бывает в виде металлического и в соединениях с серой.

Золото в концентратах не находится ни в каких соединениях и после обжига остается в агломе­рате в виде металла.

Для плавки агломерата в шахтной печи с высокими технико-экономическими показателями не­обходимо, чтобы он имел определенный химический состав (такой агломерат называют «самоплав­ким»). Чтобы быть самоплавкими, сульфидным концентратам, как правило, не хватает железа, кальция и кремнезема.

Это компоненты вводят в шихту агломерации с железной и кварцевой рудами и известняком. Такие добавки называют флюсующими добавками или флюсами.

Железная руда Fе2Оз при агломерации разлагает сульфат свинца по реакции PbSO4 + Fe2O3=PbO×Fe2O3 + SO2 +0,5О2

С окислами свинца и других металлов окись железа образует ферриты окислов по реакции PbO+ Fe2O3=PbO×Fe2O3

Физические и химические свойства железной руды способствуют повышению десульфуризации при спекании. Часто в качестве железного флюса вместо железной руды применяют огарок, получен­ный при обжиге пирита на сернокислотных заводах. При соответствующей подготовке к агломерации пиритный огарок ведет себя при спекании аналогично железной руде.

Известняк СаСО3 = СаО + СО2.

Диссоциация известняка происходит с поглощением большого количества тепла. Подобные ре­акции называют эндотермическими. Благодаря такому свойству известняк при агломерации служит хо­рошим терморегулятором процесса. С окислами свинца окись кальция образует соединения, называе­мые плюмбитами:

СаО + РbО=СаРbО2

При взаимодействии с сульфатами тяжелых металлов и сернистыми газами окись кальция сульфатизируется. Сульфат кальция - соединение стойкое, разлагается при температурах выше 1000°С, по­этому в агломерате может оставаться некоторое количество серы в виде CaSO4.

Кварцевая (окисленная) руда SiO2, образуя со свинцом легкоплавкий силикат свинца, способст­вует формированию прочного агломерата (см. выше).

Мы рассмотрели поведение основных компонентов шихты изолированно друг от друга. При аг­ломерирующем обжиге они находятся в тесном контакте, что в значительной степени изменяет ход и результаты реакций.

приводит такой пример: при совместном обжиге сульфида меди Cu2S и сульфида свинца PbS образуется легкоплавкое соединение (эвтектика), которое не обжигается и повышает со­держание серы в агломерате, снижает десульфуризацию процесса.

На практике скорость окисления сульфидов ниже, а остаточное содержание серы в агломерате выше, чем этого следовало бы ожидать, изучая реакции, происходящие при обжиге отдельных сульфи­дов металлов.

Дело в том, что взаимодействие сульфидов приводит к образованию целого ряда легкоплавких соединений, не разрушающихся до окончания обжига. Кроме того, окисление сульфидов сопровождает­ся образованием сульфатов, снижающих степень обжига.

4 МЕТАЛЛУРГИЯ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛОВ

4.1 Производство глинозема по способу Байера.

Открытый более 100 лет назад австрийским химиком способ получения глинозема из бокситов является основным способом

производства AI2O3. Суть способа Байера может быть выражена обратимой химической реакцией : Al(OH)3 + NaOH = NaAl(OH)4

Прямая реакция отражает процесс образования алюмината натрия при выщелачивании, обратная гидролиз алюмината с выделением AI(OH)3 при декомпозиции. В производстве глинозема по способу Байера алюминатно-щелочной раствор проходит цикл из четырех последовательных переделов - выщелачивание, разбавление, декомпозиция и выпарка. На каждом из них у алюминатных растворов изменяются температура, концентрация, а у выщелачивания и декомпозиции - каустическое отношение, что существенно влияет на стойкость апюминатных растворов и насыщенность их глиноземом. Умелое управление насыщением алюминатных растворов - важнейшее условие успешного ведения процесса производства гпинозема.

Боксит поступающий с рудника предварительно подготавливают усредняют, дробят и измельчают и иногда обогащают. Крупное и среднее дробление влажных, глинистых и умеренно твердых гиббситовых бокситов проводят в молотковых дробилках в одну-две стадии. Твердые невлагоемкие бокситы (как правило бёмитовые и диаспоровые) дробят в 2 (реже в 1) стадии на щековых и конусных дробилках.

Подготовленный боксит подвергают мокрому размолу в оборотном алюминатно-шелочном растворе. Размол осуществляется в шаровых мельницах мокрого помола с центральной разгрузкой, работающие в замкнутом циклe с гидроциклонами реже с классификаторами, еще реже применяют трубные мельницы, работающие в открытом цикле.

Затем идет передел выщелачивания (как правило, автоклавного) тем же оборонным раствором в присутствии небольших количеств извести с целью максимально полного образования алюмината натрия. Собственно взаимодействие начинается с момента первого контакта оборотного раствора и боксита при мокром размоле однако наибольшая скорость и полнота достигаются только на переделе выщелачивания. Среди факторов, впияющих на скорость и степень выщелачивания А12О3 из бокситов, основными являются следующие: 1) температура выщелачивания, 2) концентрация щелочи, 3) каустические мод) тонина помола, 5) скорость перемешивания пульпы, 6) добавка извести. Температура выщелачивания ~ наиболее действенный фактор при выщелачивании. С ее ростом увеличивается козффициент диффузии и растворимость гидроксидов Аl. Концентрация щелочи - важный фактор для условий низкотемперагурного процесса. С ростом концентрации Na2О растет скорость выщелачивания. Кроме того при работе с болee концентрированными растворами сокращается объем аппаратуры (или повышается ее производительность при сохранении прежнего объема). Каустические модули оборотного и алюмшштного растворов также важные факторы для интенсификации байеровского процесса.

Эффективность процесса растет как при увеличении , так и уменьшении .Тонина помола боксита должна быть оптимальной, несмотря на то что с уменьшением крупности растет величина поверхности частиц. Она должна обеспечивать максимально полное вскрытие всех глиноземсодержащих соединений боксита и разрушение пленок их экранирующих. С другой стороны, переизмельчение ведет на увеличение затрат на размол боксита и к ухудшению отстаивания красного шлама. Тонина помола зависит от структуры химического и минералогического состава бокситов. Скорость перемешивания пульпы - также влияет на скорость выщелачивания в связи с тем, что лимитирующей стадией является диффузия. Перемешивание уменьшает толщину диффузионного слоя, способствует разрушению зашитых пленок на поверхности частиц гидроксида алюминия. Добавка извести - положительно влияет на скорость выщелачивания бокситов, особенно диаспоровых

Процесс выщелачивания бокситов по способу Байера проводят в автоклавных батареях. Современная батарея это сложная непрерывно действующая автоматизированная установка, включающая три основные группы – подогреватели, автоклавы и сепараторы пара.

В глинозёмной технологии применяют автоклавы двух типов а) с нагревом острым паром б) с глухим нагревом и перемешиванием. Подогреватели применяют в батареях с использованием автоклавов с нагревом острым паром. На отечественных заводах широкое применение нашли трубчатые подогреватели с плавающей головкой. Другой разновидностью теплообменников, используемой в процессе высокотемпературного выщелачивания, являются т. н. двухтрубные теплообменники типа труба в трубе. Сепараторы применяются в автоклавных батареях всех типов. Для решения двух задач: снижения температуры вареной пупьпы до значений ниже температуры кипения и отделения пара самоиспарения.

В промышленной практике для выщелачивания бокситов, как правило, автоматизированные батареи автоклавов непрерывного действия. Применительно к различным типам бокситового сырья могут быть использованы различные варианты аппаратурно-технологических схем выщелачивания боксита.

Вариант I Автоклавная батарея состоит из кожухотрубных теплообменников, автоклавов с нагретым острым паром и сепаратором двух ступеней Вариант II Автоклавная батарея cостоит из аппаратов со встроенными теплообменниками и перемешивающими устройствами Вариант III При котором гиббситовые бокситы выщелачиваются при 145 °С с растворами с концентрацией Na2OK около 100 г/дм3 , число ступеней сепарации – 3. Вариант IV Схема с использованием высокотемпературною выщелачивания. В схеме использован пульпо-пульповый теплообменник, поскольку в столь жестких условиях традиционные автоклавы не пригодны.

Образующаяся в результате вареная пульпа состоит из алюминатного раствора и нерастворимого осадка - красного шлама. Такие растворы близки к насыщению, поэтому гидролиз алюмината в них будет идти крайне медленно. Кроме того, высокая вязкость таких растворов не позволит отделить твердый остаток - красный шлам. Поэтому целесообразно разбавить такие пульпы первой промывной водой от многократной противоточной промывки. Разбавлением решаются три задачи - снижается вязкость раствора, достигается нужная степень пересыщения раствора А1(ОН)3, протекает процесс обескремнивания раствора.