книги / Металлургия цветных металлов

Г— I.

Свинец Отходе/

Разливка

ронку на поверхности жидкого металла. Реагенты, пода­ ваемые в эту воронку, увлекаются током свинца, хорошо распределяясь по всему объему котла.

Автоматическое регулирование температуры значи­ тельно упрощает рафинирование свинца и удешевляет производство, наиболее удобен обогрев котла электри­ чеством.

Удаление меди

Этот передел называется также обезмеживанием. Рас­ творимость меди уменьшается с понижением температу­ ры. При охлаждении свинца из него выкристаллизовыва­ ется твердый раствор свинца и меди плотностью около 9. Плотность жидкого свинца около 10, и кристаллы твердо­ го раствора всплывают на его поверхность.

Степень удаления меди тем больше, чем ниже темпе­ ратура охлаждения ванны. Однако с понижением темпе­ ратуры возрастает вязкость жидкого свинца, всплывание твердых частиц в нем замедляется и съемы механически удерживают в себе много жидкого свинца.

Чтобы захватить возможно меньше свинца, котел сна­ чала медленно охлаждают до 450—500° С и удаляют «су­ хие» съемы. Для этого применяют ковши с дырчатым дном, переносимые мостовым краном. При 500° С съемы порошкообразны и увлекают с собой сравнительно мало свинца.

Затем свинец переключают в другой такой же котел и охлаждают до 330—340° С, получая в съемах вязкую массу, пропитанную жидким свинцом. Такие «жирные» съемы возвращают на первое рафинирование.

Описанные выше операции называют грубым рафини­ рованием. Оно позволяет снизить содержание меди толь­ ко до 0,2—0,3%. Для дальнейшего тонкого рафинирова­ ния в свинец при 330—350° С вмешивают элементарную серу. Медь образует с серой не растворимую в свинце полусернистую медь, всплывающую при отстаивании в виде твердых частиц. Съемы тонкого рафинирования состоят из Cu2S и PbS. Перед снятием их температуру повышают до 370° С для уменьшения механического захвата свинца. После обработки серой в свинце остается не более 0,003% Си.

Сульфидные съемы, содержащие, например, 95% РЬ и 3% Си, поступают в оборот: их вместе с жирными съемами добавляют в первый котел при обработке сле­ дующей порции свинца.

Переработка сухих медистых съемов —это самостоя­ тельный передел.

Удаление олова, мышьяка и сурьмы

Эти примеси имеют большее сродство к кислороду, чем свинец. Для удаления их жидкий свинец обрабатыва­ ют жидким сплавом NaOH и NaCl, содержащим окисли­ тель— селитру, которая окисляет примеси по реакциям 1:

2As -f- 2NaN03 4NaOH —>- 2Na3As04 -j- 2H20 -f- N2,

2Sb + 2NaN03 + 4NaOH 2Na3Sb04 + 2H20 + N2, 5Sn -f- 4NaN03 -f- 6NaOH — 5Na2Sn03 -j- 3H20 -f- 2N2.

1 П одобны е реакции возмож ны и при восстановлении азота селит­ ры до аммиака, но они имеют сравнительно меньш ее значение в пе­ ределе.

Попутно окисляется и небольшое количество свинца с образованием плюмбпта натрия:

5Pb + 2NaN03 + 8 NaOH ->- 5Na2Pb02 + No + 4H20.

Хлористый натрий не участвует в процессе, а служит только для увеличения объема солевого расплава и пони­ жения его вязкости.

Аппарат для этого передела (рис. 62) снабжен насо­ сом, подающим свинец из котла в реакционный цилиндр

димости его заменить. Клапан перекрывают, и свинец, накапливаясь в цилиндре, вытесняет сплав в подставлен­ ный для него ковш, а в аппарат заливают свежую пор­ цию щелочного сплава.

Насыщенный примесями сплав перерабатывают гид­ рометаллургическим способом, получая из него арсенат кальция, применяемый в сельском хозяйстве, антимонат натрия, годный для выплавки сурьмы, а также щелочь, которую вновь используют для рафинирования свинца. Примеси олова в свинце обычно мало, и оно редко на­ капливается в плавах; однако способ извлечения соедине­ ний олова также известен.

Для удаления серебра и золота — обессеребрения в расплавленный свинец при температуре около 450° С до­ бавляют цинк, образующий с серебром и золотом хими­ ческие соединения, температуры плавления которых та­ ковы, °С:

Кроме того, цинк дает с серебром и золотом многочис­ ленные твердые растворы, точка плавления которых вы­

имеют меньшую плотность, и они всплывают над свинцом, образуя на его поверхности корку серебристой или цин­ ковой пены.

Цинк ограничено растворим в свинце, избыток его так­ же всплывает над свинцом в виде насыщенного раствора свинца в цинке. Таким образом, пена на поверхности свинца представляет собой сложный продукт, содержа­ щий благородные металлы, свинец и цинк. Примеси мышьяка, сурьмы и олова увеличивают расход цинка и затрудняют отделение пены, поэтому они должны быть предварительно удалены.

Для удаления из свинца благородных металлов слу­ жат те же стальные котлы. Цинк вводят в несколько при­ емов, вмешивая его мешалкой. При этом последовательно снимают несколько пен: первые из них богаты, а послед­ ние бедны благородными металлами; бедные пены — про­ дукт оборотный.

Первой добавкой при 500° С служит бедная пена от предыдущего передела. После полного расплавления со­ держимое котла перемешивают мешалкой 20—30 мин, затем охлаждают до 450—480° С и снимают первую пену. Так же поступают после следующих добавок.

Вторую и последующие добавки цинка дают в соответ­ ствии с анализами проб металла на серебро и золото. Пе­ ред каждой очередной добавкой свинец разогревают до 450—480° С, а перед съемом пены охлаждают до 340— 350° С. Обычно для удаления серебра до 3 г/т достаточно трех добавок цинка.

На весь передел, включая разогрев и охлаждение свинца, затрачивается 10—12 ч. Расход цинка зависит от

состава перерабатываемого свинца и обычно составляет 1—1 5 0 ^ ( п 0 массе), расход топлива — около 3% от мас­

сы свинца.

Богатая пена после вытапливания из нее части свинца (ликвации) или отжатия под прессом имеет, например, такой состав10% Ag, 25% Zn и 65% Pb.

Переработка цинковой пены

Цинк из пены удаляют дистилляцией, пользуясь боль­ шей его летучестью по сравнению со свинцом и благород-

Рцс. 63. Ретортная печь для дистилляции цинка из пены:

ход; 6 — колосниковая ре­

шетка

ными металлами. Для отгонки пену нагревают в графито­ вой реторте (рис. 63) в течение 5— 8 ч при 1100—1200° С. Пары цинка отводят из реторты и конденсируют. Чтобы избежать окисления цинка, в реторту вместе с пеной за­ гружают 3—4% древесного угля или мелкого антрацита.

На некоторых заводах цинк из пены отгоняют в не­ больших круглых электропечах, пары его не конденсиру­ ют в металл, а сжигают, получая окись. Пена в печи нахо­ дится под слоем шлака, служащего телом нагрева; в него погружены опущенные через свод угольные электроды.

Электропечной способ позволяет проводить дистилля­ цию при 1350° С и достигать лучшего извлечения бла­

подвергать отдельной гидрометаллургической переработ­ ке, в то время как цинк из ретортной печи можно сразу направлять на рафинирование свинца от серебра и зо­ лота.

Рис, 64, Купеляционная печь:

1 =- купель на тележке; 2 — форсунки; 3 — устройство для подачи воздуха; й — отверстие для выпуска глета; 5 — дымоход

Серебристый свинец, полученный тем или иным спо­ собом, подвергают купеляции — окислению свинца до глета РЬО в небольших отражательных печах при 1200° С и энергичной подаче воздуха.

Ванну купеляционной печи — купель выкладывают из магнезитового кирпича в железном кожухе и устанавли­ вают на тележке, стенки защищают кессонами (рис. 64). Жидкий глет, всплывающий на поверхность сплава, по­ степенно выпускают, а в ванну загружают новые порции серебристого свинца, накапливая в ней золото и серебро.

После наполнения ванны золотосеребряным сплавом окончательно окисляют остатки свинца. Образуемые при этом небольшие количества глета впитываются в стенки купели.’Сплав золота с серебром (металл доре) разли­ вают в изложницы и отправляют на аффинажные заводы для рафинирования и разделения на золото и серебро.

После обессеребрения в свинце остается избыток вве­ денного цинка, составляющий около 0,7% от массы свинца.

Для удаления цинка известно несколько способов, из них частое применение теперь находит отгонка в вакууме.

Рис4 65. Аппарат для вакуумного обесцинковання свинца:

Предназначенный для этого аппарат (рис. 65) переносят краном и устанавливают на обычном котле. На раме ап­ парата укреплен перевернутый стальной стакан с охлаж­ даемым водой днищем; он сообщается с вакуум-насосом. По оси стакана проходит стальная труба, в ней — вал свинцового насоса. От насоса вверх отходят трубки с раз­ брызгивателями и стальными дисками на концах. При 600° С и остаточном давлении в стакане около 6 ,6 6 н/м2 (0,05 мм рт. ст.) включают свинцовый насос. Свинец, за-

бираемый насосом из котла, подается в боковые трубки и разбрызгивается в вакуумном пространстве, а падающие капли его дополнительно разбиваются на стальных дис­ ках. Большая суммарная поверхность капель способству­ ет быстрому испарению цинка.

Пары цинка конденсируются вместе с некоторым ко­ личеством свинца в виде крупных кристаллов на дне ста­ кана. После пятичасовой работы аппарата в свинце оста­ ется около 0,3—0,5% Zn. Аппарат снимают и скалывают с его днища конденсат, содержащий 60% Zn и 40% РЬ. Этот конденсат пригоден для обессеребрения свинца.

На многих заводах цинк удаляют также щелочным способом, подобно олову, мышьяку и сурьме, однако се­ литра здесь не требуется: цинк хорошо окисляется ще­ лочью по реакции

Zn + 2 NaOH Na2Zn02 + Н2.

Отработанные плавы выщелачивают водой для извле­ чения окиси цинка и регенерации щелочи.

Вакуумное рафинирование лучше щелочного тем, что оно позволяет выделить часть цинка в виде сплава со свинцом, пригодного для удаления благородных метал­ лов. Вместе с тем вакуумное рафинирование не обеспечи­ вает получения товарного свинца, и остаточный цинк пос­ ле него приходится удалять щелочным способом.

Удаление висмута

Для удаления висмута в свинец при температуре око­ ло 350° С добавляют магний и кальций, образующие с висмутом химические соединения и твердые растворы, нерастворимые в металлическом свинце и всплывающие на его поверхность. Температуры плавления некоторых таких соединений даны ниже, °С:

При работе только с кальцием удается понизить со­ держание висмута до 0,05%; при совместном действии кальция и магния —до 0,008%. Последующая небольшая присадка сурьмы снижает содержание висмута до 0,004—0,006% вследствие образования нерастворимых в свинце интерметаллических соединений типа Bi,„ Sb,,