5.3.1 Свинец, его свойства и применение. Свинец – пластичный металл темно-серого цвета, плавится при температуре 327,4 С, его плотность при комнатной температуре составляет 11,336 г/см3, его электропроводность примерно в 10 раз хуже, чем у серебра. Со многими металлами он образует многочисленные сплавы, которые более тверды, а часто и более хрупки, чем чистый свинец. С железом свинец не сплавляется, и это свойство успешно используется при его
73
производстве. Свинец противостоит воздействию ряда крепких неорганических кислот, но легко растворяется в слабой уксусной кислоте, а его лучшим растворителем является азотная кислота. Свинец, так же как и медь, один из древнейших металлов: уже в 5-7 тысячелетии до н.э. из него изготавливали монеты, кубки, кровельные листы и пр. В настоящее время свинец широко используется для изготовления аккумуляторов (на что расходуется до 30-40 % всего получаемого свинца), листов и труб для химической промышленности, оболочек для электрических кабелей, свинцово-оловянных припоев, типографского сплава и пр. Много свинца расходуется на приготовление тетраэтилсвинца, добавка которого в бензин существенно повышает эффективность его использования в двигателях внутреннего сгорания, красителей и химикатов 5.3.2 Сырье для получения свинца и способы его переработки. Основным сырьем для производства свинца являются сульфидные полиметаллические руды. Наиболее распространены в природе свинцово-цинковые и медно-свинцово-цинковые руды, которые содержат также Bi, Au, Ag, As, Sb, Se, Ge, In и др. Производство свинца из вторичного сырья достигает 40 % от общего его выпуска. Важнейшими промышленными минералами свинца являются галенит PbS, а также церрусит PbCO3 и англезит PbSO4. Сопутствующими минералами являются сфалерит ZnS, халькопирит CuFeS2, пирит FeS2 и др. Руды обычно содержат не более 8-9 % свинца, и поэтому их обогащают методом селективной флотации, в результате которой получают свинцовый, медный, цинковый, пиритный и баритовый концентраты, а также отвальные хвосты. В металлургическую переработку поступают концентраты, содержащие (%): Pb – 30-80; Zn – 1-14; Cu – до 10; Fe – 2-15; S – 9-15, а также Ag и Au до 5 кг/т. В России и за рубежом свинец в основном (до 90 % от общего производства) получают по следующей технологии: подготовка шихты, агломерирующий обжиг, шахтная плавка, огневое рафинирование чернового свинца. Основной задачей подготовки сырья является получение однородной по крупности и химическому составу смеси, которую составляют из концентратов, богатых свинецсодержащих руд (как правило, окисленных), оборотов цинкового и свинцового производства, а также флюсов. При расчете шихты стремятся к тому, чтобы полученный агломерат получился самоплавким, так как это позволит при проведении шахтной плавки не вводить флюсы.
74
Агломерирующий обжиг проводят с целью превращения сульфидов свинца и других металлов в оксиды, и получения окускованного материала, пригодного для плавки в шахтной печи. Процесс ведут на агломерационных машинах (рисунок 5.10) и основная реакция, протекающая на паллетах – окисление сульфидов свинца кислородом воздуха
2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2,
но возможно также протекание и реакции
2PbO + PbS = 3Pb + SO2.
1 – бункер постели; 2 – бункеры шихты; 3 – зажигательный горн; 4 – вакуум-камеры; 5 – питатель шихты; 6 – дутьевые камеры; 7 – колпак; 8 – зона горения и плавления
Рисунок 5.10 – Схема агломерационной машины с продувкой воздуха снизу вверх
Извлечение свинца в агломерат составляет 99,5-99,7 %; получающиеся при этом газы, содержащие SO2, направляются в сернокислотное производство, а пыль – возвращается на агломерацию. 5.3.3 Шахтная восстановительная плавка. Основное назначение плавки – максимальное извлечение свинца и благородных металлов в черновой свинец, а также ошлакование пустой породы с максимально возможным переводом в шлак цинка. Шахтные печи свинцовой плавки во многом похожи на печи медеплавильного и никелевого производства (см. рисунки 5.3 и 5.8) Для восстановления свинца из его оксида требуется слабо восстановительная атмосфера, получаемая при горении кокса, которое происходит по реакции
75
PbO + CO = Pb + CO2
Схема обработки продуктов плавки приведена на рисунке 5.11.
Рисунок 5.11 – Схема обработки продуктов плавки.
Концентрация СО в газах шахтной плавки недостаточна для восстановления в заметной степени FeO и ZnO, которые переходят в шлак. В черновом свинце содержится много элементов-примесей – от 2 до 10 % и для придания ему лучших потребительских свойств и извлечения ценных металлов, свинец подвергается многостадийной очистке, в ходе которой из него последовательно удаляются Cu Te (As, Sb, Sn) Zn Bi (Ca, Mg). Штейн направляют на переработку в медное производство, а получаемые шлаки подвергают пирометаллургической обработке – фьюмингованию, в результате которой из него извлекают Zn, Pb, Sn и другие ценные компоненты. Схема установки для фьюминг-процесса приведена на рисунке 5.12. Через слой расплавленного шлака при температуре 1200 1300 С продувают продукты неполного горения пылеугольного или газообразного топлива. Образующийся металлический цинк и Pb, Sn, Ge, Ib, Ta, Se, Te, Cd удаляются из печи потоком газа. Газы из фьюминг-печи попадают в камеру-охладитель, где при дополнительной подаче воздуха догорают оставшиеся оксид углерода и водород, окисляются возгоны, превращаясь в твердые частички. Крупные фракции пыли осаждаются в котле-утилизаторе и в камере дожигания, а тонкая пыль улавливается рукавными фильтрами. Степень из
76
влечения цинка и свинца из шлака составляет 85-95 %. Процесс фьюмингования периодический и продолжается около 1,5 ч.
1 – фьюминг-печь; 2 – камера дожигания газа; 3 – котел-утилизатор; 4 – воздушный рекуператор; 5 – рукавные фильтры; 6 – шлак на обработку; 7 – отработанный шлак; 8 – уловленные возгоны
Рисунок 5.12 – Схема установки для фьюминг-процесса
