Разделы

Авто
Бизнес
Болезни
Дом
Защита
Здоровье
Интернет
Компьютеры
Медицина
Науки
Обучение
Общество
Питание
Политика
Производство
Промышленность
Спорт
Техника
Экономика

V Металлургия свинца, олова и висмута

 

19 Свойства металлов

 

Свинец и олово известны с глубокой древности, в старину их часто не различали.

Все три элемента легкоплавки и отличаются большой плотностью.

Точка плавления свинца 327°С, олова 231,85°С, висмута 271,3°С. Плотность свинца 11340кг/м3, олова 7300кг/м3, висмута 9800кг/м3.

Свинец и олово – элементы 4 группы. Атом свинца крупнее и у него стремление отдать электроны сильнее выражено, чем у олова. В связи с этим устойчивее соединения Pb (ΙΙ), в большинстве солеобразные, а соединения Pb (ΙV) – сильные окислители. Напротив, четырёхвалентное олово более стойко, а двух валентное – энергичный восстановитель. В металлургии эти металлы объединяет легкоплавкость и малое сродство к кислороду, а также сходство способов получения и рафинирования, несмотря на различие в сырье.

Окисляясь на воздухе, свинец образует окисел PbO с температурой плавления 884°С (глет).

Жидкий глет при температурах выше 850С° не смешивается со свинцом, а образует взаимно насыщенные расплавы. Известны две модификации PbO: высокотемпературная – жёлтая (ромбическая) и низкотемпературная – красная (тетрагональная). Температура превращения одной в другую точно не определена из-за экспериментальных трудностей, наиболее вероятная её величина около 530°С.

Другие окислы свинца получают косвенно: сурик Pb3O4 – нагреванием глета на воздухе до 500°С, а двуокись – электролизом или действием сильных окислителей. Из первого смешиванием с олифой или льняным маслом делают весьма важные в технике водостойкие замазки, а с глицерином – самотвердеющие смеси. Двуокись применяется как окислитель и играет существенную роль в устройстве широко известных свинцовых аккумуляторов:

PbO2+4H+-2e=Pb2++2H2O

Олово окисляется на воздухе с образованием тонкой плотной плёнки SnO2, которая предохраняет твёрдый металл от дальнейшего окисления. Оксид SnO, называемый закисью, получается из водных растворов. Гидроокись олова (ΙΙ), выпадающая осадок от добавления небольшого избытка соды или щёлочи, разлагается, отщепляя воду. В зависимости от условий осаждения получают полиморфные модификации её синего или чёрного цвета. Нагретая выше 400°С SnO диспропорционируется:

4SnO=Sn3O4+Sn

8SnO=Sn7O8+Sn

2SnO=SnO2+Sn

Свинец восстанавливается из окиси чистой окисью углерода при температуре 350°С.

Олово из SnO2 начинает восстанавливается углеродом только выше 600°С и сначала до SnO.

Свинец с водными растворами щелочей не реагируют, но гидроокись Pb(OH)2, будучи амфотерной, в них растворяется, образуя плюмбид:

Pb(OH)2+OH-=HPbO-2+H2O

Pb(OH)2+2OH-= Pb(OH)2-4

У гидроокиси свинца (ΙΙ), преобладают основные свойства, а у H4PbO4 – кислотные. Соли последней называются плюмбаты.

Олово подобно свинцу даёт амфотерные гидроокиси, растворимые в щелочах и кислотах, однако только сразу после осаждения.

Сульфид свинца PbS с температурой плавления 1103°С; в жидком состоянии смешивается с металлом в любых отношениях, а в твёрдом свинце при обычных условиях растворимость его менее 0,001% (по массе).

Сульфидов олова три SnS, Sn2S3 и SnS2. Полная диаграмма состояния Sn – S не построена. SnS плавится при температуре 881°С; выше 860°С он ограниченно растворим в жидком металле.

Лучшим растворителем свинца, глета и сульфида свинца может служить азотная кислота. Металл она растворяет по реакции:

3Pb + 8HNO3=3Pb(NO3)2+4H2O+2NO

Нитрат свинца в несколько разбавленной азотной кислоте растворяется лучше, чем в крепкой.

Разбавленная серная кислота на свинец не действует; поверхностная плёнка PbSO4 надёжно защищает его. Концентрированная серная кислота энергично реагирует со свинцом при нагревании вследствие образования растворимой кислой соли Pb(HSO4)2.

Соляная кислота слабо реагирует с металлом из-за защиты его поверхности плёнкой труднорастворимого PbCl2; однако переходит в растворимые комплексные ионы PbCl-3 и PdCl+.

Азотная кислота не растворяет олово, а окисляет до твёрдой метаоловянной кислоты.

Концентрированная серная кислота при нагревании окисляет металл и даёт с ним труднорастворимый сульфат Sn(SO4)2.

Соляная кислота энергично восстанавливается оловом, выделяя водород, с образование хлоридов, из которых наиболее стойки SnCl2 и HSnCl3.

Висмут отличается от свинца только дополнительным p электроном. Окисляется на воздухе и кислородом до Bi2O3. Он растворяется во всех сильных кислотах, образуя соли, соответствующие степени окисления (ΙΙΙ), которые легко подвергаются гидролизу.

 

20 Металлургия свинца

 

Основной вид сырья – свинцовые концентраты, получаемые при селективном обогащении свинцово – цинковых или медно – свинцовых руд, обычно сульфидные, реже смешанные. Около 1/3 металла выплавляют из отходов: старых аккумуляторов, оболочек кабелей, сплавов и другого вторичного сырья.

Концентраты различны по составу: 31-78% Pb; 3-14% Zn; до 10% Cu; 2-15% Fe; 12-25% S; 1-12% SiO2; 0,1-3% CaO; 50-5000 г/т Au+Ag.

Основная технологическая схема производства включает селективную флотацию руд и восстановительную плавку концентратов в шахтных печах (рис. 87). Перед плавкой концентраты обжигают и спекают с флюсами на спекательных машинах.

Рис. 17. Схема свинцовой восстановительной плавки.

В процессе обжига и спекания свинцовых концентратов сульфиды воспламеняются на поверхности шихты в потоке топочных газов зажигателя. Далее при движении паллеты над камерами всасывания загораются и нижние слои шихты.

Сернистый газ при избытке воздуха окисляется до SO3, который образует сульфаты. Образование сульфата свинца необходимо предупредить, иначе он при плавке вновь восстановится до сульфида. Поэтому температура должна быть не ниже 1000-1100°С.

Силикаты свинца и сплавы из с окисью свинца плавятся в пределах 670 – 883°С, сульфиды и их сплавы – в интервале температур 800-1100°С, а эвтектики в системе SiO2-FeO-CaO при 1030-1050°С.

Помимо концентрата, в шихту входят свинцовые кеки от производства цинка и оборотная пыль обжига и плавки.

Чтобы полнее выжечь серу, шихту разбавляют 1-3 кратным по массе количеством оборотного агломерата либо обжигают дважды. Крупность концентратов в основном не менее 0,1 мм.

Шихту загружают пластинчатым питателем в увлажнитель, из которого она поступает в маятниковый питатель, который распыляет шихту по ширине ленты, толщиной слоя держащегося в пределах 200-300мм.

Обычная скорость движения агломерационной ленты от 0,6 до 1,5 м/мин, среднее содержание SO2 в отходящих газах 1,5-3%. Самый богатый газ получается в начале обжига – в первых камерах всасывания.

Затем осуществляют плавку в шахтных печах для получения чернового свинца. Устройство шахтных печей сходно с применениями для медных или окисленных никелевых руд, но в нём есть особенности. Внутренний горн выкладывают из шамотного кирпича на бетонном фундаменте в виде корыта глубинной около 600мм. Стены его футерованы магнезитом. Для непрерывного выпуска свинца служит сифон – канал в кладке сечением 250х250 мм, соединяющий горн у лещади с наружной плоской чашей и отходящим от неё желобом. У больших печей длиной до 6м делают 2 сифона на расстоянии 2м один от другого.

В боковых кессонах сделаны проёмы с лёдками для выпуска штейна и шлака. Смесь штейна и шлака стекает по короткому охлаждённому водой желобу в большой наружный отстойник, обогреваемый мазутом, газом или электричеством. Продукты плавки накапливаются здесь и расслаиваются, по мере надобности их направляют на дальнейшую переработку.

Колошниковый шатёр для загрузки шихты и отвода газов выкладывают из шамотного кирпича в стальном каркасе. Свод примыкает к газоходу.

Агломерат, кокс и флюсы подают по рельсовым путям, проложенным вдоль шатра.

Главная масса кокса сгорает в области фурм, температура здесь 1450-1500°С. Газы устремляются вверх, пронизывая шихту и передавая ей тепло. Температура в горне 900-1200°С, а на выходе колошниковых газов 250-400°С.

При спекании основная масса свинца уже связана на силикаты с температурой плавления около 700°С. Вскоре после загрузки в шахтную печь они начинают плавиться и растворять в себе окислы других металлов. Свинец, железо и примеси восстанавливаются из силикатного расплава, стекающего вниз.

(MeO)шл+CO=[Me]+CO2

Примеси окислов меди, висмута, цинка, мышьяка и сурьмы восстанавливаются попутно и растворяются в свинце.

Цинк преимущественно переходит в шлак. Мышьяк частично испаряется или возгоняется в виде As4O6.

Силикатный расплав стекая вниз обедняется свинцом, и располагается над слоем жидкого металла.

Сульфиды свинца, меди и железа, не окислившееся при обжиге, сплавляются в штейн, они хорошо растворяют золото и серебро. Сульфаты свинца и цинка восстанавливаются до сульфидов или разлагаются при контакте со шлаком:

PbSO4+SiO2+CO=PbSiO3+SO2+CO2

Штейн нежелательный продукт плавки: для переработки его с целью извлечения золота, серебра, меди и свинца необходимы сложные дополнительные переделы.

Шпейза – не постоянный продукт свинцовой плавки, иногда он получается из шихт загрязненных мышьяком и сурьмой, когда эти металлы неполно удалены обжигом.

Штейн (8-17% Pb; 7-40% Cu; 16-45% Fe; 20-25% S и, например, 1000г/т Ag+Au) отливают в блоки, а после охлаждения дробят, смешивают с известняком и кварцем, спекают и плавят отдельно от основной шихты. Шлак дорабатывают вместе с получаемым при рудной плавке.

Затем осуществляют возгонку свинца и цинка из шлака, в шлаковозгоночных печах, собранных из кессонов на охлаждаемой водой чугунной плите площадью 3-7м. при высоте до 3м. На длинных сторонах размещены фурмы, выше уровня которых заливают жидкий шлак. С воздухом вдувают угольную пыль.

Пары восстановленных металлов и сульфида свинца, окисляются и уносятся газами в виде тонкой пыли. Газы охлаждают, используя их тепло в паровых котлах для подогрева воздуха, а пыль улавливают в рукавных фильтрах.

При использовании свинцово-цинковой руды проводят шахтную плавку. Шахтная печь здесь отличается от обычной герметичным устройством для загрузки агломерата и кокса, предварительно нагретого до 800°С. Воздух вдувают через фурмы горячим (около 700°С), его предварительно подогревают в рекуператорах. Газы отводят ниже колошника, где температура шихты больше 1000°С. Состав шлака выбирают из расчёта, чтобы он минимально растворял ZnO, был тугоплавким, переходил в жидкое состояние 1250°С.

В газах, поступающих на конденсацию всего 5-6% CO2, их надо быстро охладить, чтобы не образовался СО и не окислился цинк.

Конденсатор – камера из карборундового кирпича, с опущенными через её свод стальными роторами, энергично разбрызгивающими жидкий свинец, поступающий непрерывно с температурой 450°С. Мелкие брызги металла, резко охлаждают газы, цинк конденсируется на их поверхности и растворяется в свинце. В сплаве, непрерывно вытекающем во внешний отстойник, содержится 2,5% цинка.

Черновой цинк загрязнён примесями и требует рафинирования.

Также свинец получают из сульфидного концентрата используя электроды, при этом электроды погружены в шлак, а вторым полюсом цепи служит слой свинца, температура ванны 1350°С.

Следующий этап рафинирование чернового свинца.

 

Дата публикации:2014-01-23

Просмотров:351

Вернуться в оглавление:

Комментария пока нет...


Имя* (по-русски):
Почта* (e-mail):Не публикуется
Ответить (до 1000 символов):







...

 

2012-2017 lekcion.ru. За поставленную ссылку спасибо.