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! |
Мы поможем в написании ваших работ!