Рафинирование свинца

ГОСТ 3778—65 утверждено шесть марок свинца: в высшей С000 должно быть не менее 99,99954% свинца, в низшей СЗ— 99,9%.

Черновой свинец далеко этому не удовлетворяет: чистота его 96—99%, а количественное отношение примесей различно. Как средние, можно назвать следующие цифры: 3% Сu, l%As, 2% Sb, 0,1% Bi, 0,6% (Ag+Au).

Как рафинируют свинец

Свинец рафинируют в несколько стадий (рис.), вмешивая в жидкую ванну его разные реагенты или обрабатывая ее иными способами. Для большинства переделов применяют чугунные или стальные полусферические котлы емкостью от 50 до 350 т, обогреваемые снизу мазутом, газом или электричеством (рис. 2).

Реагенты вмешивают переносными пропеллерными мешалками с диффузором, делающими 100—160 об/мин. Металл перекачивают из одного котла в другой переносными центробежными насосами с производительностью до 15 т/мин. Часто необходимое точное регулирование температуры достигается автоматизацией включения нагревателя, она возможна и при обогреве топливом.

Рис. Схема рафинирование свинца

Удаление меди из свинца (обезмеживание)

Рафинирование проводят в две стадии: грубое — ликвацией, удаляя медь до 0,1 %, и тонкое — вмешиванием серы — до 0,002% меди.

Грубое рафинирование основано на снижении растворимости меди при охлаждении свинца. Эвтектика, затвердевающая при 326° С, содержит всего 0,06% меди. Кристаллы меди всплывают на поверхность и образуют корку. С охлаждением вязкость свинца увеличивается и он все больше захватывается всплывающими кристаллами.

При температуре ниже 400° С в съемах более 95% свинца, остальное — медь, мышьяк, сурьма, висмут, серебро и золото. Ценные примеси невыгодно выводить из производства в малоконцентрированном виде, поэтому сначала, при 500° С снимают сухие съемы, в которых меди 25%, а потом при 340° С — «жирные». 

Рис. 2. Котел для рафинирования свинца:

1 — двигатель и редуктор; 2 —мешалка; 3 — стальное опорное кольцо; 4 — рабочая площадка; 5 — кирпичная кладка; б —донные опоры; 7 — топка

Последние получили название по внешнему виду, они поступают в оборот — присоединяются к очередной партии металла перед его рафинированием. Чтобы быстрее охладить свинец после удаления сухих съемов, его перекачивают в другой котел. В результате грубого рафинирования содержание меди снижается до 0,1%.

Тонкое рафинирование

Тонкое рафинирование интересно как пример использования различия скоростей прямой и обратной реакции, протекающей по уравнению:

2Cu + PbS ⇄ Pb + Cu₂S

При температуре 340° С в свинец вмешивают элементарную серу, ее забрасывают в воронку на поверхности металла, образуемую вращающейся мешалкой. Более высокая температура нежелательна из-за испарения реагента, а нижний предел ее ограничен затвердеванием свинца. Растворяясь в металле, сера тотчас образует PbS, вступающий в реакцию.

Нерастворимый сульфид меди всплывает на поверхность. После трех добавок в свинце остается 0,005%, а после пяти 0,002% меди. Вмешиванием суммарного количества серы (около 1 % от массы свинца) в один прием получаются значительно худшие результаты: растворимость PbS в свинце мала, часть его, не вошедшая в реакцию, кристаллизуется и оказывается бесполезной.

Невозможность протекания реакции при температуре ниже 300° С; помимо затвердевания свинца, объясняется еще и уменьшением сродства меди к сере. Близ этой температуры графики пересекаются, а около 340° С убыль изобарного потенциала реакции всего около —8,38 кДж, что соответствует величине К=5,19. Предположив достижение равновесия жидкого Сплава с двумя твердыми сульфидами, можно считать активности их в свинце постоянными и включить в К,

Практические результаты не подтверждают расчета, меди остается очень мало из-за весьма медленного взаимодействия кристаллов Cu₂S с металлом, которым они не смачиваются. По той же причине элементарную серу нельзя заменить кристаллическим галенитом. Реакция не достигает равновесия.

Сухие съемы можно перерабатывать разными способами плавки на штейн с получением чернового свинца и,оборотного шлака, всегда это довольно сложный дополнительный передел.

Разработан и успешно внедрен в производство иной способ грубого обезмеживания, позволяющий перевести медь в штейн прямо из чернового свинца.

Грубое обезмеживание

Грубое обезмеживание с получением штейна также включает реакцию; однако при более высокой температуре, позволяющей вместо серы применять сульфид свинца, — богатый свинцовый концентрат. Черновой свинец заливают в электрическую или газовую печь, где ванна металла глубиной 1,8 м внизу нагрета дс 800—900, а вверху только до 450° С.

На поверхность жидкого металла загружают свинцовый концентрат и кальцинированную (безводную) соду соответственно 8 и 1,5% (по массе). Медь связывается в сульфид, сода образует сернистый натрий и сульфат натрия:

4Na₂CО₃ + 4PbS = 3Na₂S + Na₂SО₄ + 4Pb + 4CO₂

Соли и сернистая медь сплавляются в штейн, всплывающий на поверхность ванны, в нем 15% свинца и 50% меди. В свинце остается до 0,4% меди, он поступает на тонкое обезмеживание серой, как описано выше.

Статья на тему Рафинирование свинца