книги / Металлургия цветных металлов

§ 32. Выплавка чернового свинца

Технология плавки

Спек плавят в шахтных печах, похожих на печи для плавки медных или окисленных никелевых руд. Пла­ вильные печи имеют внутренний горн, выложенный из огнеупорного кирпича на бетонном фундаменте в виде корыта глубиной около 600 мм. Стены горна выложены внутри магнезитовым, а снаружи шамотным кирпичом. Они укреплены железным кожухом и обвязкой из сталь­ ных балок (рис. 58).

Для непрерывного выпуска свинца служит сифон — канал сечением 250x250 мм, входящий одним концом в горн у лещади, а другим концом в плоскую чашу со сливным желобом. При заполнении горна избыточный свинец вытекает через сифон в чашу, а из нее — в ковш. В случае закупорки сифона для выпуска металла слу­ жат летки, расположенные на уровне лещади. Сифон примыкает к середине одной из длинных сторон горна.

Кессоны сделаны, как у печей медной плавки, но по высоте они меньше и установлены в два ряда, один над другим. Нижний ряд кессонов, опирающийся на горн, имеет уклон наружу 5—7 град., в торцах печи кессоны стоят вертикально. Торцовые кессоны имеют проемы для выпускных кессонов — металлических плит с зали­ тыми в них водяными змеевиками и с отверстиями для выпуска шлака и штейна — летками.

Фурмы устроены так же, как и в печах медной плав­ ки. Обычно диаметр их 100—125 мм.

Колошниковое устройство для загрузки шихты и от­ вода газов в целях оздоровления атмосферы цеха гер­ метизировано.

Длина шахтных печей свинцовой плавки до 8 м; ши­ рина их в области фурм 1,4—1,6 м, высота от фурм до колошника 5—6 м.

В печь загружают спек, уже содержащий флюсы, необходимые для образования шлака, и кокс. Иногда часть флюсов, лучше золотосодержащих, задают непо­ средственно в печь, избегая дорогого измельчения.

Крупность основной массы шихты до 100 мм; содер­ жание мелочи (размер куска меньше 25 мм) не долж­ но превышать 10—15%. Загрузку регулируют сходом

сыпи, поддерживая уровень ее на колошнике посто­ янным.

Главная масса кокса сгорает в области фурм; тем­ пературя здесь достигает 1250—1300° С, а на отдельных участку и 1550° С. Продукты горения устремляются вверх, пронизывая шихту и передавая ей свое тепло. Температура в горне ниже, чем в фурменной области (900—1200°С); температура отходящих колошниковых газов 250—400° С.

Состав газа по высоте печи изменяется. В области фурм углерод кокса сгорает до С02. Угольный ангид­ рид, проходя вместе с другими газами в вышележащие слои раскаленного кокса, превращается в окись угле­ рода. При дальнейшем движении газов содержание СО в них снижается, а содержание С02 возрастает главным образом в результате восстановления окислов ме­ таллов.

Ещв при спекании основная масса свинца связыва­ ется в силикаты, имеющие температуру плавления око­ ло 700° С. Вскоре после загрузки в шахтную печь сили­ каты начинают плавиться и растворять в себе окислы других металлов. Поэтому восстановление окислов свинца, железа и других металлов при шахтной свин­ цовой плавке происходит главным образом из сили­ катного расплава, стекающего вниз, навстречу потоку горячих восстановительных газов.

Сродство железа к кислороду значительно выше, чем свинца. При плавке можно поддерживать температуру и концентрацию СО в газах, при которых будет восста­ навливаться практически весь свинец, а железо в виде FeO переходить в шлак.

При частичном восстановлении железа оно не за­ грязняет свинец, так как нерастворимо в жидком свин­ це. Несмотря на это, стараются, чтобы железо не вос­ станавливалось: оно дает в печи настыли, осложняю­ щие плавку, а обедненный закисью железа шлак теряет некоторые нужные свойства.

Примеси меди, висмута, сурьмы, мышьяка и других металлов восстанавливаются попутно со свинцом и рас­ творяются в расплавленном свинце.

Сульфиды свинца, меди и железа, не окислившиеся при обжиге, сплавляясь, образуют штейны с темпера­ турами плавления 950—1100° С. Независимо от того,

ш

температура ниже, чем около фурм, медь может выкри­ сталлизовываться, закрывая сифон, и давать настыли на стенах горна, постепенно уменьшая его вместимость. По­

В этом случае основная масса меди переходит при плавке в штейн и настыли на горне не образуются.

Окись цинка при свинцовой плавке восстанавливает­ ся до металла, пары которого уносятся газами, снова окисляясь в них до окиси. Часть окиси цинка растворяет­ ся в шлаке. Сернистый цинк распределяется между штей­ ном и шлаком. В шлаке он мало растворим и присутству­ ет в Виде взвеси, повышающей вязкость шлака. Из-за этого цинковистые концентраты лучше обжигать намерт­ во — до полного удаления серы.

При совместном присутствии меди и цинка также предпочитают полный обжиг, так как сернистый цинк для плавки опаснее, чем медь, с выделением кристаллов ко­ торой можно бороться, повышая температуру в горне.

Выход штейна при свинцовой плавке невелик. Отдель­ ный выпуск его из печи труден из-за малой толщины слоя, поэтому шлак и штейн выпускают вместе в обогреваемый передний горн. По мере накопления штейн из переднего горна выпускают через летки и направляют на отдель­ ную переработку. Примеры состава штейнов приведены ниже, %:

жат значительное количество окиси углерода, но обычно они разбавлены воздухом и в качестве горючего непри­ годны.

Пыль, выносимая газами, частично оседает в газохо­ дах, а наиболее тонкие фракции ее улавливают электро­ фильтрами или рукавными фильтрами. Пыль из газохо­ дов возвращают в шихту обжига. В тонкой пыли кон­ центрируются кадмий и рассеянные металлы, пары лету­ чих соединений которых выносятся из печи потоком га­ зов. Эту пыль направляют на переработку отдельно для извлечения ценных составляющих.

Ниже приведены примерные составы пылей, улавли­ ваемых из газов свинцовой плавки электрофильтрами и рукавными фильтрами, %:

Наиболее ценная составляющая пыли — кадмий; его извлекают отдельной переработкой.

Шл а к и , удовлетворяющие условиям свинцовой плавки, должны плавиться при 1150—1200° С. Слишком легкоплавкие шлаки быстро стекают в горн, восстановле­ ние окиси свинца из них неполное. При слишком туго­ плавких шлаках обязателен перерасход топлива.

Основное назначение шлака — связать и удалить из печи окислы железа и кремнезем; однако шлаки, состоя­ щие только из FeO и SiC>2, имеют высокую плотность и плохо отделяются от штейнов. Кроме того, достаточно легкоплавкие сплавы этих окислов содержат много FeO, что способствует восстановлению железа при плавке до металла.

Окись кальция понижает плотность шлака и способ­ ствует полноте восстановления свинца, вытесняя его из силикатов, так как сродство окиси кальция к кремнезему

в шлаках значительных количеств его окиси, возрастаю­ щую с повышением содержания FeO и убывающую с уве­ личением содержания Si02 и СаО.

Ниже приведены составы шлаков, наиболее выгодные

Свинца в шлаках бывает от 0,9 до 1,5%, меди 0,2— 1,0%. Часть свинца присутствует в виде неотстоявшихся капель металла и штейна, поэтому полезно отстаивание шлаков в обогреваемых отстойниках, где они к тому же,

Накапливаясь, усредняются перед дальнейшей переработ­ кой. Отстойники подобны электропечам: через свод в шлак опущены три угольных электрода. Протекающий через слой шлака электрический ток нагревает его, под­ держивая в жидком состоянии.

Возгонка свинца и цинка из шлаков

Свинец и цинк, растворенные в шлаке в виде окис­ лов и силикатов, извлекаются возгонкой в шлаковозгоночных печах. Такую печь собирают из кессонов на охлаждаемой водой чугунной плите. Печь имеет сечение от 2,5X3,5 до 3X7 м и высоту от 3 до 10 м. На длинных сторонах ее имеется 11—36 фурм диаметром до 100 мм. Выше уровня их заливают жидкий шлак. Через фурмы вдувают угольную пыль, служащую топливом и восста­ новителем. В полости всплывающих воздушных пузырей уголь сгорает до СО, которая восстанавливает окислы свинца и цинка из шлака. В восстановлении участвуют и частицы угля, всплывающие в шлаке главным образом с помощью возникающих на них газовых оболочек из смеси СО и С02.

При температуре в печи около 1300° С восстановлен­ ные металлы и сульфид свинца испаряются; пары их, вы­ несенные на поверхность шлака, окисляются газами и увлекаются ими в виде тонкой пыли, содержащей 15— 25% РЬО и 60—75% ZnO. Газы охлаждают, используя тепло их в паровых котлах и для подогрева воздуха, и затем пыль улавливают в рукавных фильтрах. После продувки полезно еще раз выдержать шлак в обогревае­ мом отстойнике.

Этим способом удается извлекать из шлаков до 90% Zn и 95—98%РЬ. Пыль перерабатывают в цинковом про­ изводстве.

Шлаковозгоночные печи действуют периодически, пе­ рерабатывая за один прием 40—50 тшлака в течение 2 ч. Расход угля — около 20% от массы шлака. Установка

Технико-экономические показатели свинцовой плавки

Производительность шахтных печей свинцовой плав­ ки (проплав) колеблется в пределах от 40—80 т/м2

Рнс. 59. Схема установки для возгонки свинца и цинка из шлаков:

1 — электрообогреваемый отстойник; 2 — ковш со шлаком; 3 — мостовой кран: 4 — шлаковозгоночная печь: 5 — желоб для заливки шлака: 6 — газоход; 7 — камера для дожигания СО и паровой котел; 8 — нагреватель для воздуха; 9 — вентиля­ тор; 10— рукавный фильтр; 1J — электрообогреваемый отстойник; 12 — желоб, ведущий в бассейн для грануляции шлака

в зависимости от состава шихты и качества спека. Одно­ родный по крупности прочный спек легко проницаем для газов, поэтому он способствует равномерному горению топлива и лучшему его использованию. С этими же усло­ виями связан расход дорогого топлива — кокса, который колеблется в пределах 8—17% от массы шихты. Снижению затрат на кокс может способствовать подогрев воздуха в рекуператорах при сжигании природного газа, а также обогащение воздуха кислородом. Примешивание к воз­ духу чистого кислорода до содержания его около 25% снижает расход кокса на 10—15%, повышает проплав и уменьшает на 20—25% вынос пыли.

Извлечение свинца в черновой свинец зависит от со­ става сырья, выхода побочных продуктов и способов их переработки. Из концентратов с малыми примесями ме­ ди и цинка извлекается 95% РЬ и благородных металлов, а при значительном содержании этих примесей — только около 90%.

Расчет шихты свинцовой восстановительной плавки

Требуется рассчитать шихту для обжига и плавки концентрата, содержащего: 50% РЬ; 12% Zn; 3,1% Си; 20% S; 2% Si02; 6,5% Fe и 3% СаО.

В качестве флюсов применяются материалы, приве­ денные в табл. 23.

Т а б л и ц а 23

Состав флюсов

Из практики плавки концентратов подобного состава принимаем следующий состав штейна: 29% Си; 18% РЬ;

7% Zn; 20% S; 20% Fe.

Извлечение меди в штейн около 80%. Из 100 кг кон­ центрата в штейн перейдет меди

3,1.0,8 = 2,5 кг.

шлаком, штейном и газами. Примем, что в шлак перехо-

Цинка в шлак переходит значительно больше, чем железа, Si02 и СаО. Для образования шлака, способного растворить окись цинка, придется добавлять все три

флюса.

Из приведенных на стр. 216 составов шлака выбираем

внем окиси цинка, будет

—100=60 кг.

20

Обозначив количества флюсов — железной руды, кварца и известняка — соответственно х, у и 2, составля­ ем уравнения материального баланса: