Общая характеристика процессов рафинирования свинца (стр. 1 из 2)
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.
| I. ВведениеII. Технология и этапы рафинирования чернового свинца 2.1 Рафинирование свинца от меди2.2 Рафинирование свинца от теллура2.3 Рафинирование свинца от мышьяка, сурьмы и олова2.4 Очистка свинца от благородных металлов2.5 Очистка свинца от цинка2.6 Очистка свинца от висмута2.7 Качественное рафинирование свинца (от кальция и магния).2.8 | Стр. 3Стр. 5Стр. 5Стр. 7Стр. 7Стр. 8Стр. 9Стр. 10Стр. 11 |
I. 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.
II. 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.