Общая характеристика процессов рафинирования свинца

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВПО  Уральский федеральный университет 

имени первого  президента РФ Б. Н. Ельцина 
 
 
 
 
 
 

 РЕФЕРАТ

    «Общая характеристика процессов рафинирования свинца» 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:         Яковлев А.М.

Курс, группа:                3 курс, Мт  38043

Проверил:        Спитченко В.С. 
 
 

Екатеринбург

2010

    Содержание.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Введение

    Черновой  свинец, получаемый при плавке свинцовых концентратов любым методом, всегда содержит примеси: медь, сурьму, мышьяк, олово, висмут, благородные металлы и другие элементы. Общее содержание примесей достигает 2–10 %. Необходимость очистки (рафинирования) чернового свинца обусловлена, во-первых, тем, что примеси, несмотря на малое содержание их в сплаве, сильно изменяют физические и химические свойства свинца, делая его непригодным для использования в промышленности. Во-вторых, многие примеси в черновом свинце представляют большую ценность для народного хозяйства и должны быть при рафинировании извлечены в отдельный продукт. Иногда общая стоимость примесей в черновом свинце превышает стоимость самого свинца. Состав чернового свинца различных заводов приведен в табл. 1

    Конечная  степень очистки от основных примесей регламентируется ГОСТ 3778-77 (табл. 2).

    На  свинцовых заводах получают свинец марок С0, С1, С2 и С3, широко применяемых в различных отраслях промышленности. Необходимое количество особо чистого свинца (марки С00, С000, С0000, ГОСТ 3778-74) для нужд радиоэлектронной техники и для использования в новых областях науки и техники получают по специальной технологии.

    Рафинирование чернового свинца от примесей проводят одним из двух методов: пирометаллургическим или электролитическим (в водных растворах).     

                                                          Таблица 1.

 

     Электролитическое рафинирование экономически выгодно  проводить при небольшом содержании примесей в черновом металле, в основном, от благородных металлов и висмута на небольших по мощности заводах. Из-за малой интенсивности процесса, сложной схемы переработки электролитного шлама, больших капиталовложений, высокой токсичности электролита, при большом содержании в черновом свинце разнообразных примесей электролитическое рафинирование нецелесообразно.

     В настоящее время на всех отечественных и большинстве зарубежных заводах используют пирометаллургический метод рафинирования. При огневом (пирометаллургическом) способе очистки чернового металла используют различия физических и химических свойств свинца и элементов-примесей:

     растворимость, температура плавления или кипения, окислительную способность или сродство к сере, а также возможность образования соединений, нерастворимых в свинце.

     При пирометаллургическом рафинировании из чернового свинца последовательно удаляют следующие металлы:

• медь ликвацией и с помощью обработки расплава элементарной серой;
• теллур с помощью металлического натрия в присутствии едкого натра;
• мышьяк, сурьму и олово в результате окислительных операций;
• серебро и золото с помощью металлического цинка;
• цинк окислением в свинцовой ванне или в щелочном расплаве, вакуумированием и другими способами;
• висмут – удаляют металлическим кальцием, магнием, сурьмой, при этом происходит загрязнение свинца этими металлами;
• кальций, магний и сурьму качественным рафинированием.

     На  каждой стадии рафинирования образуются съемы (промежуточные продукты), в которые переходят примеси и часть свинца. Их подвергают самостоятельной переработке.

     Существенным  недостатком применяемой в последнее время на отечественных заводах пирометаллургической технологии рафинирования чернового свинца является использование периодических процессов. При периодических процессах режим работы рафинировочного оборудования (котлов) чрезвычайно тяжелый. Температура свинца в котлах за кратковременный период изменяется от 330 до 550 °С. Частые теплосъемы, термические удары, воздействия на внутренние стенки котла агрессивных компонентов приводят к тому, что срок службы этого агрегата редко превышает два года. 

2. Технология  и этапы рафинирования чернового свинца

     Технологическая схема рафинирования свинца приведена на рис. 1 

     2.1 Рафинирование свинца от меди

     Рафинирование свинца от меди. Процесс обезмеживания чернового свинца – начальная операция в процессах как пирометаллургического, так и электролитического рафинирования. Многостадийный процесс рафинирования свинца начинается с обезмеживания, так как медь является основной примесью (содержание ее в черновом свинце достигает 2–3 %), выход промпродуктов с ней наиболее значителен, при этом уходит в оборот основная масса свинца; обезмеживание свинца с переводом меди в промпродукт в некоторой степени затрагивает извлечение в них других металлов; освобождение от меди на начальной стадии процесса позволяет получать на последующих этапах более или менее чистые по меди промпродукты других металлов.

     Процесс очистки чернового свинца от меди осуществляют в две стадии: грубое и тонкое обезмеживание.

     Грубое (предварительное) обезмеживание основано на малой растворимости меди в свинце, уменьшающееся с понижением температуры расплава.

     PbS + 2[Cu]Pb = (Cu2S)шт + [Pb]Pb 

Рис. 1. Технологическая схема огневого рафинирования чернового свинца

     Тонкое обезмеживание чернового свинца основано на введении в расплав веществ, образующих с примесями тугоплавкие соединения, не растворяющиеся в свинце. Такими веществами могут быть элементарная сера, хлористый алюминий, едкий натр в присутствии сульфидов.

[Pb]Pb + [S]Pb = [PbS]Pb

     2[Cu]Pb + [PbS]Pb= Cu2Sтв + [Pb]Pb

     2.2 Рафинирование свинца от теллура

     Рафинирование свинца от теллура. В процессе переработки свинцового сырья теллур на 60–70 % переходит в черновой свинец. Содержание его в рафинируемом металле равно 0,005–0,01 %.

     Технология  извлечение теллура из чернового свинца основана на способности теллура образовывать с металлическим натрием устойчивое и практически нерастворимое в свинце соединение – теллурид натрия Na2Te, обладающее высокой температурой плавления (953 °С), а также меньшей, чем у свинца, плотностью, что обеспечивает хорошее разделение теллурида натрия и свинца в результате ликвации Na2Te к поверхности ванны.

     Na2Te хорошо растворяется в расплавленной щелочи – NaОН. Чтобы собрать и сконцентрировать образовавшийся теллурид натрия, на поверхности свинца создают слой расплава щелочи. 

     2.3 Рафинирование свинца  от мышьяка, сурьмы  и олова

     Рафинирование свинца от мышьяка, сурьмы и олова. Операция рафинирования свинца от мышьяка, сурьмы и олова проводится перед операцией обессеребрения, так как их наличие затрудняет процесс выделения благородных металлов.

     Способы рафинирования от этих металлов основаны на том, что такие примеси обладают большим сродством к кислороду, чем свинец.

     В промышленности применяют два способа рафинирования: окислительный и щелочной. Оба могут быть осуществлены в периодическом и непрерывном режимах.

     Окислительное рафинирование осуществляют в небольших отражательных печах путем подачи воздуха к поверхности свинцовой ванны или продувки ее воздухом при температуре 750–800 °С.

     Щелочное  рафинирование основано на способности оксидов мышьяка, сурьмы и олова образовывать со щелочью нерастворимые в свинце соединения (Na3AsO4, Na3SbO4, Na2SnO3).

     Процесс осуществляется при температуре 400–450 °С и складывается из следующих основных этапов: окисление примесей в расплавленном свинце (в качестве окислителя на практике используют натриевую селитру (NaNO3)); взаимодействие образующихся оксидов мышьяка, сурьмы и олова с расплавом щелочи (NaОН), сопровождающееся переводом примесей в щелочной плав; разделение металлической фазы и щелочного плава с после- дующей их переработкой.

     Последовательность  удаления примесей в ходе окислительного рафинирования в соответствии с энергией образования оксидов такова: олово, мышьяк, сурьма:

     2(PbO) + [Sn]Pb = 2[Pb] + (SnO₂)

     3(PbO) + 2[As]Pb = 3[Pb] + (As₂O₃)

     3(PbO) + 2[Sb]Pb = 3[Pb] + (Sb₂O₃) 

     2.4 Очистка свинца  от благородных  металлов

     Очистка свинца от благородных  металлов. В черновом свинце содержится до 3 кг/т благородных металлов, главным образом серебра. Поэтому операцию очистки свинца от благородных металлов называют обессеребрение. Свинцовые заводы – основные производители серебра.

     Благородные металлы могут быть удалены из свинца следующими способами: окислительным плавлением (купелированием), дробной кристаллизацией, очисткой цинком.

     При окислительном плавлении свинец продувают воздухом при 900–960 °С. Весь свинец при этом окисляется, а золото и серебро получают в остатке в виде сплава. А оксид свинца затем восстанавливают до металла. Остаточное содержание благородных металлов в восстановленном свинце составляет 20 г/т. Процесс сопровождается большими потерями металлов (свинца, золота, серебра), низким качеством очистки и большими эксплуатационными расходами.

     Дробная кристаллизация основана на явлении ликвации. При медленном охлаждении свинца в интервале температур 324–304 °С происходит кристаллизация чистого свинца на поверхности расплава, а благородные металлы накапливаются в маточном расплаве. Когда концентрация благородных металлов в маточном расплаве достигает 2 %, производят купелирование. В очищенном свинце содержится до 16 г/т благородных металлов.

     Наиболее  эффективный способ обессеребрения свинца основан на способности золота и серебра образовывать с металлическим цинком прочные интерметаллические соединения с высокой температурой плавления. Цинк при этом в свинце почти не растворяется. Плотность образующихся твердых сплавов меньше, чем у свинца, и они всплывают на поверхность свинцовой ванны в виде твердой пены, которую удаляют. Остаточное содержание в свинце благородных металлов не превышает 5 г/т.

     Основная  реакция процесса обессеребрения может быть записана следующим образом:

     [Ag]Pb + m[Zn] = AgZ_nm

     Золото  в процессе очистки свинца от благородных металлов удаляется в первую очередь, что связано с большим сродством этого металла к цинку, чем у серебра. Поэтому при небольшой добавке цинка можно золото выделить в отдельный съем: