Пирометаллургические способы получения свинца

Пирометаллургические способы получения свинца

Наличие искусственных водоемов на приусадебных участках уже давно перестало быть редкостью. К настоящему времени они стали не только красивыми и функциональными, но и.

Скрытые петли – это фурнитура, которая позволяет сделать зазор между полотном и коробом минимальным, а эксплуатацию двери удобной, долговечной и надежной.

Если вы новичок в сварке и только начинаете свой путь, то сегодняшний огромный рыночный ассортимент продукции сварочных аппаратов, поначалу может привести в.

Из одного деревянного бруса сразу несколько досок выпиливаются с помощью многопильных деревообрабатывающих станков. Формы и размеры заготовок задаются заранее. По.

Долговечность и устойчивость строения зависит от качества и прочности фундамента. Специальные блоки нередко используют для того, чтобы создать надежное основание. Со.

Натяжной потолок — отличное решение для современного интерьера, имеющее целый ряд преимуществ.

В сохранности стремятся сохранить свое имущество все люди. Только злые собаки и надежные замки раньше были в распоряжении владельцев частных домов. Дополнительную охрану.

В современных интерьерах все чаще можно увидеть стеклянные элементы. Это козырьки, душевые кабины, перегородки, двери и другие конструкции.

Источник

Производство свинца: добыча руды, выплавка и рафинирование металла

Судя по археологическим находкам, свинец производился еще в 7 тыс. до нашей эры. Уже в Древнем Риме выплавка металла достигала 80 тыс. тонн в год. В 19 веке Британия, Германия и Испания – основные производители, поставляли около 250 тыс. свинца в год.

И хотя сегодня сфер применения его стало меньше, производится металл в огромных масштабах. Поэтому сегодня мы погорим о производстве свинца из руды, его рафинировании, а также последующем изготовлении деталей и прочих изделий из свинца.

Структура и состав металла

Свинец – металл, довольно инертный, поскольку быстро покрывается защитной оксидной пленкой. Обладает довольно низкой теплопроводностью, и не слишком хорошей электропроводностью – намного ниже меди. Металл относят к тяжелым, однако при нормальной температуре он мягкий, легко режется.

Интересно вот какое свойство свинца: способность поглощать рентгеновское излучение. Существует закономерность: чем больше порядковый номер элемента, тем в большей степени вещество поглощает, и в меньшей степени рассеивает излучение. Свинец чаще всего используют в качестве защитного слоя, поскольку металл не только успешно справляется с этой задачей, но и является относительно доступным. В общем, вещества с большой молекулярной массой не распространены и добыча их сопряжена с большими трудностями.

Об особенностях производства свинца расскажет данное видео:

Производство свинца

Свинец не относится к редким металлам. В земной коре он составляет 1,6·10¯3, что, учитывая массу литосферы, составляет весьма значительную цифру. В основном для выплавки металла применяют полиметаллические руды: свинцово-цинковые, медно-свинцово-цинковые, включающие и другие элементы – золото, серебро, висмут, мышьяк и так далее.

В общем, схема производства металла выглядит так:

1. добыча сырья;
2. подготовка шихты;
3. агломерирующий обжиг;
4. плавка – шахтная;
5. огневое рафинирование чернового свинца.

При расчете шихты пытаются так рассчитать ее содержимое, чтобы конечный агломерат – до стадии шахтной плавки, оказывался самоплавким. Таким образом удается избавиться от необходимости вводить флюсы при плавке.

Про сырье для производстве свинца читайте ниже.

Сырье

Наиболее важными минералами является галенит – сульфид свинца, церуссит – карбоновая соль, англезит – сульфат. Как правило, содержание металла в руде не превышает 8–9%, поэтому в производстве руду сначала обогащают различными методами. В основном разрабатываются сульфидные руды, поскольку относят к наиболее богатым.

До 40% свинца получают из вторичного сырья. Металл относят к высокотоксичным, все изделия из него и большинства его соединений требуют специальной утилизации. Поэтому технологии, позволяющие переработать опасное вторсырье, а не пытаться истребить тяжелый металл, появились довольно давно и весьма активно используются. Так как состав его заметно отличается от состава первичного сырья, вторичное обычно используют для получения разнообразных сплавов.

Так как свинцовосодержащая руда имеет очень сложный состав, она подвергается длительной и разнообразной обработке, прежде чем оказывается вблизи печи.

• В первую очередь руду измельчают – исходя из характеристики породы, и подвергают гравитационному обогащению, проще говоря, разделению по массе, с тем, чтобы выделить концентрат галенита.
• Затем продукт подвергается флотационному обогащению: заливают водой, затем перемешивают сжатым воздухом с примесью определенных реагентов скипидара. При этом галенитовая пена всплывает, а другие ингредиенты оседают на дно емкости.

Флотацию применяют несколько раз и в разных вариациях в зависимости от характера руды. Так, для обогащения сульфидных руд применяют 2 основных способа:

• коллективный – применяется к породам с относительно низким содержанием сульфидов до 25%. Флотация осуществляется несколько раз, на каждом этапе выделяют соответствующий концентрат: сначала медно-свинцовый с тем, чтобы подвергнуть его вторичной флотации и отделить свинец от меди, затем цинковый и пиритный;
• прямой селективный – метод позволяет последовательно с помощью разных химических реагентов выделить свинцовый, медный, цинковые концентраты. Этот способ применяется чаще.

Далее будет рассмотрена технологическая цепочка производства свинца.

Добыча свинца рассмотрена в данном видеоролике:

Технологии

Основными промышленными способами получения свинца являются пирометаллургический и гидрометаллургический. В первом случае все компоненты сырья подвергаются плавке, во втором – концентраты разлагают в растворителях, а затем восстанавливает свинец химическими способами.

Пирометаллургический метод

Практически весь объем металла, используемый в металлургии, получают именно пирометаллургическим методом. Используются для этого различного вида плавки.

Восстановительная плавка – универсальный способ, пригодный для руды с любым содержанием вещества и с любыми добавками. Свинцовый концентрат, как правило, сульфидный, после обогащения, перемешивают с флюсами и окисляют с тем, чтобы из сульфида металла получить оксид – эта стадия носит название агломерирующий обжиг. При этом окислению подвергаются и другие соли, так что в итоге полученный агломерат включает оксиды металлов. Материал измельчается перед тем, как подавать его в печь.

В шахтной печи продукт плавят в восстановительной атмосфере, то есть, в присутствии угарного газа. В результате получают черновой свинец, включающий примеси меди, золота, серебра, висмута.

Затем черновой свинец подвергается рафинированию, то есть, повторной плавке с тем, чтобы получить чистый металл и агломерат, включающий другие примеси. Последний отправляется на медный завод для извлечения других веществ. Может использоваться и плавка с дополнительными ингредиентами с тем, чтобы удалить примеси – меди и висмута, например.

Как правило, шахтная плавка в присутствии угарного газа не обеспечивает 100% восстановление и шлак все еще содержит изрядное количество свинца. Поэтому шлак подвергают повторной пирометаллургической обработке – фьюмингованию.

• Отражательная плавка на сегодня не применяется.
• Горновая плавка – тоже давно известный способ. Однако используется и сейчас, но ограниченно – для богатой руды. Здесь восстановительный обжиг и плавка, по сути, производятся одновременно: руда или концентрат загружается вместе с топливом – антрацит, древесный уголь, и продувается сжатым воздухом.
• Осадительная плавка – позволяет получать металл из руды без предварительного обжига. Суть ее сводится к способности более активных металлов вытеснять менее активные из их солей. При плавке сульфидного минерала с железом именно это и происходит: в итоге получают свинец и сульфид железа. Осадительная плавка на сегодня представляет собой академический интерес.
• Щелочная плавка – свинцовый концентрат нагревают в электропечи до 850 С с щелочным натром. В итоге получают довольно чистый металл и щелочной плав. Таким способом можно извлечь до 98% свинца из минерала.

Гидрометаллургические методы

Суть способа сводится к разложению конгломерата в растворах хлорного железа – водных. Процесс включает несколько этапов:

1. растворение свинцовых солей;
2. выщелачивание свинцовых соединении. При этом в раствор переходит множество примесей;
3. очистка рабочих растворов;
4. осаждение свинца – путем кристаллизации хлорида металла и дальнейшим электролизом, цементацией железным скрапом, электролизом с растворимыми анодами.

В настоящее время этот метод практически не применяется, несмотря на то, что по сравнению с пирометаллургическими представляет собой меньшую опасность для людей. Однако хлорирующий или сульфатизирующий обжиг – процесс дорогостоящий, и при осаждении металл из растворов имеет губчатую форму и его требуется брикетировать. К тому же конечный продукт все равно нуждается в рафинировании.

Далее мы погорим про оборудование для изготовления свинца из соответствующего сырья.

Оборудование

Главным действующим аппаратом линии является плавильная печь. Существует множество модификаций такого оборудования и подбирается оно исходя из особенностей технологии производства свинца. Плавка – процесс на редкость индивидуальный и, по сути, каждый завод производит плавку по собственной технологии.

К наиболее распространенным в России на сегодня относятся два метода и, соответственно, наиболее используемыми являются 2 вида устройства:

• печь для обжига во взвешенном состоянии – используется для прямой плавки. Эта технология – КИВЦЭТ-ЦС, была разработана в СССР. Она позволяет получить черновой свинец с долей металла до 97%. Обогащенную руду вместе с дымовыми газами или кислородом вдувают в вертикальную шахту, где при обжиге концентрат превращается в суспензию. При этом свинец и другие металлы превращаются в оксиды;
• кислородный конвертер – осуществляется продувкой кислорода через дутьевые трубы или донные фурмы. Производительность его несколько ниже.

Рафинирование осуществляется в специальных установках, устройство которых опять-таки определяется требованиями технологии.

Про заводы по добыче, производству свинца в России и мире поговорим ниже.

Известные производители

Залежи свинца в Росси весьма велики. Оцениваются они примерно на 9,2 млн. тонн: Россия уступает Австралии, США, Канаде и Китаю. По добыче металла РФ находится на седьмом месте.

Самым крупным производителем выступает ОАО «Горевский ГОК», а также центральная обогатительная фабрика ОАО «ГМК «Дальполиметалл». В Забайкалье самым известным является ОАО «Ново-Широкинский рудник» и ООО «Бугдаинский рудник». ОАО «Сибирь-Полиметалла» относится к самым значимым в Алтайском крае.

Свинец входит в состав полиметаллических руд, что затрудняет его выплавку и очистку. К тому же металл это токсичный и опасный. Активное применение вторичного сырья при использовании существенно снижает необходимость новых разработок, уменьшает опасность для окружающей среды.

О том, как изготавливают листовой свинец, смотрите в видео ниже:

Источник

ПИРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫРЕЦИКЛИНГА СВИНЦА

Как указывает А. Г. Морачевский, в мировой практике до настоящего времени существуют две принципиально различные технологии переработки лома свинцовых аккумуляторов с разными модификациями — это плавка неразделенного лома со сжиганием органической массы в воздухе или в техническом кислороде и технология, включающая предварительную разделку сырья с получением свинцовосодержащих полупродуктов для последующего металлургического передела.

В СССР около 80% вторичного свинцового сырья перерабатывалось в шахтных печах. Схема такой печи изображена на рисунке 5.37.

Основные части шахтной печи: горн, шахта и колошник. Вся печь опирается на соответствующий фундамент.

Один из главных недостатков шахтной плавки любого вида свинецсодержащего сырья — необходимость громоздких и дорогостоящих систем газоочистки, далеко не полностью обеспечивающих необходимые санитарные требования. Считается, что общая стоимость установки для очистки

Шахтная печь для плавки свинца (поперечный разрез)

отходящих газов почти в два раза превышает стоимость основного металлургического оборудования.

Следует, однако, отметить, что шахтная плавка — весьма универсальный процесс, позволяющий перерабатывать вторичное сырье практически любого состава.

Помимо шахтной плавки для переработки аккумуляторного лома применяют плавку в электрических печах (А. М. Кунаев с соавт.).

Для переработки вторичного свинца применяют рудно-термические электрические печи, в которых тепло выделяется непосредственно в слое жидкого шлака с высоким удельным сопротивлением при прохождении через него электрического тока (джоулево тепло), а также при микродуговом разряде в газовой фазе у поверхности электрода. Электрический ток подводится через графитовые электроды, погруженные в слой жидкого шлака. Преимущества электроплавки при переработке вторичного свинцового сырья по сравнению с шахтной плавкой следующие: низкий расход кокса; сокращение расхода воздуха; уменьшение потерь тепла и пыли с отходящими газами. При использовании электроплавки следует учитывать,

что этот процесс предъявляет повышенные требования к подготовке вторичного сырья, особенно при получении свинцово-сурмянистого сплава[17].

Процесс переработки вторичного свинца в электропечах осуществляется следующим образом.

Исходный лом после дробления разделяется на две свинецсодержащие фракции: металлизированную (с содержанием до 90% свинца и 4-5% сурьмы) и оксидно-сульфатную (содержащей около 70% свинца, 0,7% сурьмы, остальное — сера, кислород и другие примеси). Органические отходы являются отвальным продуктом. Электроплавке подвергается оксидно-сульфатная фракция; металлизированная фракция переплавляется отдельно.

При плавке свинецсодержащего сырья в шихту дополнительно добавляют соду. При этом протекают следующие основные химические реакции:

В результате реализации процесса получали в качестве товарного продукта свинцово-сурьмянистый сплав. Существенным недостатком процесса является большой расход соды, достигающий 40-50% от массы оксидно-сульфатной фракции. Поэтому в дальнейшем в Казахстане была разработана и внедрена в практику аналогичная бессодо- вая технология электроплавки с получением шлаков, не оказывающих отрицательного воздействия на окружающую среду и пригодных для последующей переработки.

В РФ институтом «Гинцветмет» (Москва) также разработана и запатентована технология бессодовой бесштей- новой электрической плавки разделанного аккумуляторного лома и других видов вторичного свинцового сырья, обладающая, по данным ее авторов, максимальной безотходностью и экологической безопасностью. Разработан типовой проект установки для переработки аккумуляторного лома с выпуском 15 тыс. т свинца и его сплавов в год.

Поступающий на переработку аккумуляторный лом подвергается механизированной сепарационной разделке на следующие фракции: металлическую, оксидно-сульфатную, полипропиленовую, эбонитовую, поливинилхлоридную. Утилизируется электролит, перерабатываются все оборотные и промежуточные продукты производства.

Основные показатели рассмотренной технологии представлены ниже.

Удельная производительность по черновому свинцу

4,5 т/м2 в сутки

Расход электроэнергии на плавку

480-520 кВт ч на 1 т свинца

Расход кокса (по углероду)

Выход шлака

Безвозвратные потери свинца

менее 1,5%

Температура шлака

1100-1150°С

Температура свинца

Количество образующихся технологических газов

200-250 нм3 на 1 т свинца

Кроме того, авторы характеризуют свою технологию следующим образом.

За рубежом более 2/3 отработанных СКА перерабатываются по технологии, которая включает получение свинцово-сурьмянистых сплавов и мягкого свинца. В мире широко используют оборудование и технологии итальянской фирмы «Engitec Technologies». По ее проекту в РФ построен завод производительностью 25 тыс. т в год свинца готовой продукции ЗАО «МЕТКОМ Групп» (Московская область). В отличие от других предприятий по переработке аккумуляторного лома, действующих на территории России, технологическая схема предполагает утилизацию свинцовых аккумуляторов, содержащих электролит. Изложим подробно эту технологию, основываясь на монографии А. Г. Морачевского.

В цехе подготовки сырья производится разделка аккумуляторов с получением товарного сульфата натрия, свинецсодержащих продуктов (металлической и оксидносульфатной фракции), десульфатизация оксидно-сульфатной фракции гидрометаллургическим способом с применением карбоната натрия, очистка раствора сульфата натрия от примесей. При разделке аккумуляторов применяется гидродинамическая сепарация. Образуются: металлическая фракция (решетки и полюсы, приведенная плотность доЮ г ем-3), фракция полипропилена (приведенная плотность менее 1 г ем-3), фракция эбонита и сепараторов (приведенная плотность в пределах 1,01-1,40 г ем-3), пульпа, состоящая преимущественно из сульфата свинца, оксидов свинца, незначительного количества металлического свинца и других компонентов аккумуляторного лома, пере- измельченных при дроблении. После операции десульфата- ции твердая фаза содержит: соединение 5PbC03Na2C03, РЬО, остаточное количество PbS04, РЬ02, РЬ, примеси.

Раствор сульфата натрия содержит в качестве примесей незначительные количества соединений свинца, железа, олова, сурьмы. Примеси переводят в осадок добавлением раствора сульфида натрия. Избыток сульфида натрия после отделения осадка примесей удаляют с помощью пероксида водорода. Раствор сульфата натрия, собранный в резервуаре хранения перед операциями, связанными с кристаллизацией, имеет концентрацию 15-21 %масс. Na2S04.

Оборудование для плавления, рафинирования, газоочистки на предприятии ЗАО «МЕТКОМ Групп» спроектировано французской фирмой «BJ-Industries». В качестве плавильных агрегатов используются ротационные полноповоротные короткобарабанные печи с рабочим объемом 3 и 5 м3. По характеру происходящих процессов такая печь является вариантом отражательной печи, медленно поворачивающейся вокруг своей оси (скорость вращения от 0,1 до 1,5 мин-1).

Печи обогреваются сжиганием газообразного топлива (природного газа и кислорода) внутри печи. Горелка установлена в торце печи, факел направлен вдоль оси и нагревает как расплав, так и стенки печи. В отличие от стационарной отражательной печи, для нагрева расплава используется не только тепло факела горелки, но и тепло стенок печи, также нагреваемых факелом горелки при вращении печи. Происходит постоянный подогрев расплава не только с поверхности (от факела горелки), но и от стенки, а также перемешивание расплава. Благодаря этому необходимая температура поддерживается во всем объеме расплава, а процессы восстановления свинца идут с большей скоростью и меньшим расходом топлива и восстановителя. Использование кислорода в дутье позволяет сократить объем отходящих газов, соответственно и затраты на их очистку и потери тепла с газами.

Кроме основного назначения — плавления, печи такой конструкции выполняют функции сушильного и смесительного оборудования.

Отходящие от печей технологические газы имеют температуру 800-900°С, запыленность до 2000 мг м»3 и на выходе из печей попадают в вертикальные вытяжные камеры. Очистка газов осуществляется с помощью рукавных фильтров. Перед фильтрацией технологические газы смешиваются с воздухом, что приводит к понижению их температуры до 140-170°С. Особое внимание уделяется проблеме аспирирования газов, что позволяет поддерживать состояние воздуха рабочей зоны по запыленности и содержанию свинца в пределах установленных нормативов. Печи находятся в специальных укрытиях, которые позволяют локализовать и удалить пыли и газы, образующиеся в процессе проведения плавки. Очистка аспирационных газов (общий объем до 80 тыс. нм3*ч-1) производится рукавным фильтром.

Химический состав перерабатываемых материалов приводится в таблице 5.17. Технологический режим работы печей — периодический (циклический), состоит из следующих операций: загрузка шихты; сушка шихты; расплавление; отстаивание; выпуск расплава.

Продолжительность цикла зависит от вида сырья и колеблется от 3,5-4,5 ч при плавке металлической фракции до 6,5-7,5 ч при плавке десульфатированного кека.

Источник