Восстановительная плавка свинцового агломерата в шахтных печах

Цели восстановительной плавки свинцового агломерата:

· получить максимальное количество свинца в виде чернового металла, в котором концентрируются золото и серебро и растворяются другие ценные металлы (медь, висмут, сурьма, мышьяк, олово, теллур);

· ошлаковать пустую породу и перевести в шлак возможно больше цинка, присутствующего в агломерате.

Свинец в агломерате представлен в основном силикатами, ферритами и оксидом (глетом), которые могут быть восстановлены при температуре свыше 1000°С до металлического свинца углеродом (коксом) и его производными (оксидом углерода, метаном, природным газом).

Наиболее подходящий для выплавки свинца металлургический аппарат - шахтная печь, так как в ней легче создать и регулировать восстановительную атмосферу. В качестве металлургического топлива при свинцовой шахтной плавке применяют кокс, который загружают в печь послойно с агломератом. В нижней части печи (горне) скапливаются жидкие продукты плавки: черновой свинец и шлак. Выше слоя шлака расположен столб шихты, нижняя часть которого (0,5-1,0 м) состоит из раскаленного кокса (фокус печи). Для обеспечения нужной интенсивности горения кокса, теплового режима плавки и создания газовой атмосферы в фокус печи подают через фурмы сжатый воздух. Температура в фокусе печи достигает 1500°С. Печные газы проходят через толщу загруженной в печь шихты, нагревают ее и участвуют в реакциях восстановления окисленных соединений свинца и других металлов. Температура газов на выходе печи (в колошнике) составляет 200-400 °С.

Столб шихты (4-6 м) по мере выгорания кокса и выплавления свинца и шлака медленно (~1 м/ч) опускается вниз и его пополняют очередными загрузками (колошами) агломерата и кокса. Температура шихты постепенно уменьшается от фокуса к загрузке.

Образующиеся в ходе плавки жидкие продукты стекают вниз, проходят фокус печи и собираются во внутреннем горне печи, где отстаиваются и расслаиваются по плотности. Черновой свинец и шлак выпускают из печи по мере накопления.

Поведение компонентов шихты при восстановительной шахтной плавке.

Агломерат представляет собой спек из оксидов и силикатов. Кроме свинца, в нем присутствуют также цинк, медь, железо, в небольших количествах благородные металлы, мышьяк, сурьма, висмут, олово, редкие и рассеянные элементы.

Свинец в агломерате находится в виде глета, силикатов, сложных оксидов (ферритов, плюмбитов), в небольших количествах в виде сульфата, сульфида и металла. Металлический свинец при нагревании агломерата до температуры плавления свинца (327 °С) выплавляется из агломерата и стекает вниз, растворяя другие металлы.

Рис.10.5 Типовая шахтная печь для выплавки свинца:

1-ванна; 2-торцовые кессоны; 3-боковые кессоны; 4-воздушный коллектор; 5-фурма; 6-сифон. [2, стр.246]

Глет (РbО)-легко восстановимый оксид свинца. Восстановление его СО начинается в верхних зонах печи при 160-185 °С в слабо восстановительной атмосфере:

РbО + СО = Рb + СO₂ + 65,0 кДж.

Повышение температуры шихты ускоряет процесс. После расплавления глета (886 °С) улучшается контакт между глетом и коксом и интенсивно протекает реакция

РbО + С = Рb + СО - 90,5 кДж.

Силикаты свинца (хРbО•уSiO₂), расплавляясь при температуре свыше 700 °С, стекают по шихте и растворяют оксиды других металлов. При этом увеличивается пористость кусков агломерата, что облегчает проникновение СО во внутренний объем кусков и ускоряет процесс восстановления оксидов, ферритов и других соединений свинца (а также и других металлов). Силикаты свинца в условиях плавки восстанавливаются. Восстановление возможно как в твердом, так и в жидком виде.

Первый этап восстановления свинца из силикатов - замещение РbО в составе силиката более сильными основаниями FеО и СаО. Образующийся железокальциевый силикат хорошо растворяет освободившийся глет.

Второй этап-восстановление глета, растворенного в шлаковом расплаве, СО или С:

Рb₂SiO₄ + 2 FеО + 2 СО = 2 Рb + Fе₂SiO₄ + 2 СО₂

Рb₂SiO₄ + 2 CaO + 2 СО = 2 Рb + Ca₂SiO₄ + 2 СО₂

Ферриты свинца (nРbО ^.mFе₂О₃) полностью восстанавливаются СО при 500-550 °С:

РbО • Fе₂O₃ + 2 СО = Рb + 2 FеО + 2СО₂

Сульфат свинца РbSО₄ восстанавливается СО до сульфида:

РbSО₄ + 4СО = РbS + 4СО₂

Реакция интенсивно протекает при температуре свыше 550 °С. Практически весь сульфат свинца переходит в сульфид. Некоторая часть сульфата свинца может диссоциировать при температуре свыше 800 °С:

РbSО₄ = РbО + SО₂ + 0,5 О₂

Кремнезем ускоряет разложение

РbSO₄+ SiO₂ = РbО • SiO₂ + SO₂ + 0,5 О₂

Сульфид свинца (РbS) в условиях свинцовой шахтной плавки практически не восстанавливается. Разложение РbS с выделением металла происходит за счет реакции осаждения железом:

РbS + Fе = FеS + Рb.

Некоторая часть РbS может прореагировать с РbО и РbSО₄ с выделением металлического свинца:

РbS + 2 РbО = 3 Рb + 5 O₂
РbS + РbSО₄ = 2 Рb + 2 SO₂

Остаток РbS, сплавляясь с FеS, Сu₂S и другими сульфидами, переходит в штейн.

Металлический свинец, глет и сульфид свинца летучи. Пары соединений свинца в верхней части печи, соприкасаясь с холодной шихтой, конденсируются и стекают вниз.

Цинк - постоянный спутник свинца. В агломерате присутствует в виде ZnО, ZnS, ZnSO₄, а также в виде ферритов и силикатов. Оксид цинка ZnО трудновосстановим. Для его восстановления требуется сильно восстановительная атмосфера и высокая температура. Большая часть ZnО при плавке растворяется в шлаке. Способность шлака растворять ZnО увеличивается при повышении содержания в шлаке FеО и при снижении содержания SiO₂ и СаО. Некоторая часть оксида цинка (не более 10-15 %) восстанавливается СО или С по реакциям:

ZnО + СО = Zn + СО₂
ZnО + С = Zn + СО

Металлический цинк испаряется, увлекается газовым потоком и окисляется О₂, СО₂ или Н₂О. Образующийся при этом ZnО частично выносится в виде пыли с газами, частично осаждается на стенках печи и способствует образованию настылей. Силикат цинка практически полностью переходит в шлак.

Сульфат цинка восстанавливается СО до сульфида:

ZnSО₄ + 4 СО = ZnS + 4 СО₂

Сульфид цинка - вредная примесь в шихте. При плавке он растворяется и в шлаке, и в штейне. Растворяясь в шлаке, увеличивает его плотность, тугоплавкость и вязкость. Переходя в штейн, понижает его плотность и повышает тугоплавкость.

Все это затрудняет разделение шлака и штейна. Поэтому при значительном содержании цинка в свинцовом концентрате стремятся полнее провести обжиг.

Медь присутствует в агломерате в виде оксида Cu₂О, сульфида Сu₂S, силиката Сu₂О ^. SiO₂ и феррита Сu₂О^.Fе₂О₃. Все окисленные соединения меди легко восстанавливаются СО:

Сu₂О + СО = 2 Сu + СО₂

Сu₂О • Fе₂О₃ + 2 СО = 2 Сu + 2 FеО + 2 СО₂

Сu₂О • SiO₂ + СО = 2 Сu + SiO₂ + СО₂

Часть силиката меди теряется в шлаке. Если в агломерате оставлено много серы, то оксид меди реагирует с сульфидами других металлов, например с FeS, по реакции

Сu₂О + FeS = Сu₂S +FеО

Металлическая медь также взаимодействует с сульфидами других металлов, например с FеS и переходит в штейн.

2 Сu + FеS = Сu₂S + Fе

При малом содержании серы в агломерате восстановленная медь растворяется в свинце. Свинец, стекая по шихте, насыщается медью. В горне печи при более низкой температуре богатые медью сплавы кристаллизуются, что приводит к уменьшению рабочего объема горна и замораживанию сифона для выпуска свинца.

Железо присутствует в агломерате главным образом в виде Fe₂О₃, ферритов меди, цинка, свинца и других металлов (nМеО^.mFе₂О₃), частично в виде Fе₃О₄ и в малом количёстве в виде FеО, при неполном обжиге и в виде FеS.

Высшие оксиды железа в атмосфере шахтной печи восстанавливаются по мере повышения температуры и концентрации СО:

3 Fе₂O₃ + СО = 2 Fе₃O₄ + СО₂ + Q
Fе₃О₄ + СО = 3 FеО + СО₂ - Q

Незначительное количество металлического железа, которое может восстановиться в фокусе печи, участвует в реакции осаждения свинца или растворяется в штейне.

Восстановление высших оксидов железа заканчивается образованием FеО, который в присутствии кремнезема легко образует силикаты (xFеО^.ySiO₂), например фаялит:

2 FеO + SiO₂ = 2 FеО • SiO₂

Силикаты железа составляют основу шлакового расплава свинцовой шахтной плавки, а сульфид железа при плавке переходит в штейн.

Мышьяк находится в агломерате в виде Аs₂О₅ и в виде арсенатов различных металлов (MeО^.Аs₂О₅). В восстановительной среде при 800-1000°С соединения мышьяка восстанавливаются с получением летучего триоксида, который уносится газами, а также элементарного мышьяка. Некоторая часть свободного мышьяка растворяется в свинце, остальной мышьяк возгоняется, уносится газами, при выходе из слоя шихты окисляется до Аs₂О₃ и переходит в пыль. Мышьяк образует арсениды (сплавы мышьяка с металлами). При большом выходе арсенидов образуется шпейза, состоящая главным образом из расплава арсенидов железа, никеля, кобальта, меди. В шпейзе растворяются свинец, золото, серебро.

Сурьма в агломерате находится в виде Sb₂O₅ и антимонатов металлов (МеО^.Sb₂О₅). Соединения сурьмы ведут себя аналогично соединениям мышьяка. С металлами сурьма образует антимониды, переходящие в черновой свинец или в шпейзу.

Благородные металлы переходят в черновой свинец, растворяясь в нем при прохождении капельно - жидкого свинца через слой шихты.

Сульфат серебра Аg₂SО₄ восстанавливается СО до Ag₂S, который частично переходит в штейн, частично разлагается глетом и свинцом:

Аg₂S + 2 РbО = 2 (Аg, Рb) + SO₂

В случае получения при плавке шпейзы значительная часть золота из шихты коллектируется в ней. Серебро при этом коллектируется в меньшей степени.

Висмут в процессе плавки агломерата восстанавливается СО до металла при температуре выше 175°С и переходит в черновой свинец:

Вi₂О₃ + 3 СО = 2 Вi + 3 СО₂

Олово присутствует в агломерате в виде SnО₂. При 850-900°С в восстановительной среде начинают протекать реакции:

SnО₂ + СО = SnО + СО₂
SnО + СО = Sn + СО₂

Олово при плавке частично переходит в черновой свинец, частично в шлак в виде силиката SnО^.SiO₂.

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1478; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 23

Мы поможем в написании ваших работ!