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% Сu; 2—15% Fe; 12—25% S; 1—12% SiO₂; 0,1—3% СаО; 50—5000 г/т Au+Ag.

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

Рис. Схема свинцовой восстановительной плавки

Обжиг и спекание свинцовых концентратов

Сульфиды воспламеняются на поверхности шихты в потоке топочных газов зажигателя. Далее при движении паллеты над камерами всасывания загораются и нижние слои шихты. Реакции окисления экзотермичны: при сгорании 1 кг PbS, ZnS или FeS₂ выделяется соответственно 1760, 4520 и 6900 кДж. Окисляются и другие сульфиды; однако приход тепла из-за малости их количеств сравнительно невелик.

Сернистый газ при избытке воздуха окисляется до SО₃, который образует сульфаты. PbSО₄ весьма устойчив. 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 их с окисью свинца плавятся в пределах 670—883° С, сульфиды и их сплавы — в интервале температур 800—1100° С, а эвтектики в системе SiО2 — FeO — СаО при 1030—1050° С

Преждевременное оплавление нежелательно: легкоплавкие составляющие обволакивают частицы сульфидов и прекращают доступ воздуха; в спеке остается неокисленная сера. Этому препятствуют смешанные с концентратом флюсы и возврат (непригодный для плавки мелкий спек), разделяя частицы концентрата. Кроме того, применяемый в качестве флюса известняк диссоциирует на СаО и СО₂ с поглощением тепла, сдерживая резкое повышение температуры.

Таким же регулятором в момент зажигания служит вода, которой увлажняют шихту перед загрузкой до 4—8%. Увлажнение способствует слипанию мелких частиц в комочки, которые в слое лежат менее плотно, чем порошок, и предупреждают распыление при загрузке.

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 (двойной обжиг). Тот или иной способ выбирают в зависимости от состава сырья и местных условий. Количество серы, выжигаемой на 1 м² площади ленты в сутки, от этого почти не зависит; оно колеблется в пределах 0,7—1,2 т.

Крупность концентратов в основном менее 0,1 мм. Такое же тонкое измельчение флюсов и оборота способствует однородности шихты, но при этом понижается ее газопроницаемость и удорожается передел. Поэтому флюсы измельчают только до 6 мм, а оборотный спек — до 8 мм, применяя для измельчения флюсов щековые и конусные дробилки, а для спека — валковые и иные. Чтобы улучшить газопроницаемость, шихту иногда окатывают.

Шихту загружают (см. рис. 2) пластинчатым питателем в увлажнитель, из которого она далее поступает в маятниковый питатель, качающийся перпендикулярно продольной оси машины. Питатель рассыпает шихту по ширине ленты, а при движении она разравнивается неподвижным ножом. Толщину слоя выбирают в зависимости от газопроницаемости материала в пределах 200—300 мм.

Рис. 2. Схема оборачивания газов при обжиге свинцовых концентратов на спекательной машине:

1 — зажигатель; 2 — камеры богатого газа; 5 —зонты над паллетами; 4— камеры оборотного газа; 5 — камеры бедного газа; 6 — вентиляторы.

Скорость обжига зависит, от температуры и избытка воздуха, а полнота окисления сульфидов — также от продолжительности пребывания шихты над камерой всасывания. Загрузка и увлажнение шихты, скорость движения паллет и полнота обжига поддаются автоматическому регулированию по датчикам измерения температуры спека, разрежения во всасывающей камере и сотава отходящих газов. Обычная скорость движения агломерационной ленты от 0,6 до 1,5 м/мин, среднее содержание SО₂ в тходящих газах 1,5—3%.

Самый богатый газ получается в начале обжига — в первых камерах всасывания, а по мере выгорания серы концентрация SO₂ убывает. Чтобы избежать разбавления богатых газов, всасывающую камеру делят на части и отбирают газ из головных отсеков, а из хвостовых выбрасывают. Недопустимость этого из-за загрязнения атмосферы очевидна, поэтому бедный газ лучше оборачивать (рис. 2).

В последнее время большое внимание уделяют обжигу с дутьем снизу (рис. 3). При этом камеры всасывания спекательной машины превращаются в воздухораспределительные короки, работающие под давлением. Воздух пронизывает слои шихты снизу вверх. Удельная производительность обжига с дутьем

Рис. 3. Поперечный разрез спекательной машины с дутьем;

1 — надпаллетный колпак; 2 — паллета в верхнем 2а и нижнем 2б положениях; 3 — воздухораспределительная коробка

При выше и оборачивание газов проще. Можно спекать богатые шихты, не опасаясь заплавления колосников свинцом, который частично восстанавливается по реакции. Обогащение воздуха кислородом до 24% повышает производительность машины на 20%, а содержание SО₂ в газах до 7%. Наряду с этими преимуществами обжиг с дутьем имеет ряд трудностей и пока применяется редко.

 

Статья на тему Металлургия свинца