Получение чернового свинца

Получение. Осн. источник получения свинца-сульфидные полиметаллич. руды. Селективной флотацией из руд, содержащих 1-5% Рb, получают свинцовые и др. концентраты. Свинцовый концентрат обычно содержит 40-75% Рb, 5-10% Zn, до 5% Сu, а также благородные металлы и Bi. Ок. 90% свинца получают по технологии, включающей стадии: агломерирующий обжиг сульфидных концентратов, шахтная восстановит. плавка агломерата и рафинирование чернового свинца. Разрабатывают автогенные процессы плавки, позволяющие использовать тепло сгорания сульфидов.

Агломерирующий обжиг при традиц. произ-ве свинца проводят на прямолинейных машинах с дутьем воздуха либо путем просасывания его. При этом PbS окисляется преим. в жидком состоянии: 2PbS + 3О₂ : 2РbО + 2SO₂. В шихту добавляют флюсы (SiO₂, CaCO₃, Fe₂O₃), к-рые, реагируя между собой и с РbО, образуют жидкую фазу, цементирующую шихту. В готовом агломерате свинец в осн. концентрируется в свинцовосиликатном стекле, занимающем до 60% объема агломерата. Оксиды Zn, Fe, Si, Ca кристаллизуются в форме сложных соед., образуя жаропрочный каркас. Эффективная (рабочая) площадь агломерац. машин 6-95 м².

В готовом агломерате содержится 35-45% Рb и 1,2-3% S, часть к-рой  находится в виде сульфатов. Производительность агломерац. машин по агломерату зависит от содержания S в шихте и колеблется от 10 (бедные концентраты) до 20 т/(м² · сут) (богатые концентраты); по выжигаемой S она находится в пределах 0,7-1,3 т/(м²· сут). Часть газов, содержащих 4-6% SO₂, используют для произ-ва H₂SO₄. Степень утилизации S составляет 40-50%.

Полученный агломерат  направляют на восстановит. плавку в шахтных печах. Печь для выплавки свинца представляет собой шахту прямоугольного сечения, образуемую водо-охлаждаемыми коробками (кессонами). Воздух (или воздушно-кислородная смесь) подается в печь через спец. сопла (фурмы), расположенные по всему периметру печи в ниж. ряду кессонов. В шихту плавки входят в осн. агломерат и кокс, иногда загружают кусковое оборотное и вторичное сырье. Уд. проплав агломерата 50-80 т/(м² · сут). Прямое извлечение свинца в черновой металл 90-94%.

Цель плавки-максимально  извлечь свинец в черновой металл, a Zn и пустую породу вывести в шлак. Осн. р-ция шахтной плавки свинцового агломерата: РbО_{расплав} + СО : Рb + + СО₂. В качестве восстановителя в шихту вводят кокс. Часть свинца восстанавливается им непосредственно. Для восстановления свинца требуется слабовосстановит. атмосфера (давление О₂ 10^-6-10^-8 Па). Расход кокса к массе агломерата при шахтной плавке 8-14%. В этих условиях оксиды Zn и Fe не восстанавливаются и переходят в шлак. Медь присутствует в агломерате в форме СuО и CuS. Оксид меди в условиях шахтной плавки легко восстанавливается до металла и переходит в свинец. При высоком содержании Си и S в агломерате при шахтной плавке образуется самостоят. фаза-штейн.

Осн. шлакообразующие  компоненты шлаков (80-85% от массы шлака) - FeO, SiO₂, CaO и ZnO-направляются на дальнейшую переработку для извлечения Zn. В шлак переходит до 2-4% Рb и ~20% Си, содержание в нем этих металлов соотв. 0,5-3,5 и 0,2-1,5%. Образующаяся при шахтной плавке (и агломерации) пыль служит исходным сырьем для извлечения редких и рассеянных элементов.

В основе автогенных процессов выплавки свинца лежит  экзотермич. р-ция PbS + О₂ : Рb + SO₂, состоящая из двух стадий:

2PbS + 3O₂:2PbO + 2SO₂ PbS + 2РbО:3Рb + SO₂

Преимущества автогенных способов перед традиц. технологией: исключается агломерац. обжиг, устраняется необходимость разбавления концентрата флюсами, что снижает выход шлака, используется тепло от горения сульфидов и исключается (частично) расход кокса, повышается извлечение SO₂ с газами, что упрощает их использование и повышает безопасность на заводе. В пром-сти применяют два автогенных процесса: КИВЦЭТ-ЦС, разработанный в СССР и осуществленный на Усть-Каменогорском заводе и в Италии на заводе Порто-Весме, и американский процесс QSL.

Технология плавки по методу КИВЦЭТ-ЦС: тонкоизмельченную, хорошо высушенную шихту, содержащую концентрат, оборотную пыль и кокс, с помощью горелки инжектируют техническим О₂ в плавильную камеру печи, где происходит окисление сульфидов металлов, получение свинца и формирование шлака. Газы (содержат 20-40% SO₂) после очистки от пыли, возвращаемой в шихту плавки, поступают на произ-во H₂SO₄. Черновой свинец и шлак через разделит. перегородку протекают в электротермич. печь-отстойник, откуда их выпускают через летки. Кокс подают в шихту для восстановления избыточного оксида свинца в плавильной зоне.

Процесс QSL проводят в  агрегате типа конвертера. Печь разделена перегородкой на зоны. В плавильной зоне происходит загрузка гранулир. концентрата, плавка и окисление расплава техническим О₂. Шлак поступает во вторую зону, где с помощью фурм он продувается пылеугольной смесью для восстановления свинца. Во всех способах плавки осн. кол-во Zn (~80%) переходит в шлак. Для извлечения Zn, а также оставшегося свинца и нек-рых редких и рассеянных элементов шлак перерабатывают способом фьюмингования или вальцевания.

Черновой свинец, полученный тем или иным способом, содержит 93-98% Рb. Примеси в черновом свинце: Сu (1-5%), Sb, As, Sn (0,5-3%), Аl (1-5 кг/т), Аu (1-30%), Bi (0,05-0,4%). Очистку чернового свинца производят пирометаллургически или (иногда) электролитически.

Пирометаллургич. методом  из чернового свинца последовательно  удаляют: 1) медь-двумя операциями: ликвацией  и с помощью элементарной S, образующей сульфид Cu₂S. Предварит. (грубую) очистку от Си до содержания 0,5-0,7.% проводят в отражательных либо электротермических печах с глубокой свинцовой ванной, имеющей перепад т-ры по высоте. Медь взаимод. на пов-сти с сульфидным свинцовым концентратом с образованием Cu-Pb штейна. Штейн направляют в медное произ-во либо на самостоят. гидроме-таллургич. переработку.