Свинец. Обезвисмучивание свинца.

Состав и приготовление шихты аОбезвисмучивание свинца
Висмут обычно содержится в свинцовых концентратах и при плавке переходит в свинец. Содержание висмута в свинце доходит до 0,4 %. Висмут – самый близкий к свинцу по химическим свойствам элемент, поэтому очистка от него наиболее трудна. Извлечение висмута из свинца необходимо уже потому, что он является весьма редким и дорогим металлом и изменяет свойства свинца: повышает твёрдость, уменьшает сопротивляемость свинца корродирующему действию кислот и др.
Раньше при обессеребрении, подвергая свинец купелированию, переводили весь висмут в глет, причем первые порции глета были бедны по висмуту и обогащался им только глет от окисления последних порций свинца. Восстанавливая глет первых порций, получали чистый по висмуту свинец. С внедрением дробной кристаллизации рафинирования свинца от серебра свинец одновременно очищался и от висмута, так как первичные кристаллы свинца содержали менее 0,02 % висмута. Такой свинец считали чистым по висмуту. Введение обессеребрения свинца цинком потребовало разработки специального процесса обезвисмучивания.
вимутУдаление висмута из свинца может быть осуществлено следующими методами: пирометаллургическим и электролитическим.
Пирометаллургический метод (способ Кролля-Беттертона) основан на способности кальция и магния образовывать сравнительно тугоплавкие соединения с висмутом, которые не растворяются в свинце, и, обладая меньшим удельным весом, чем свинец, всплывают на поверхность ванны в виде висмутовой пены.
При вмешивании в жидкий свинец кальция и магния при температуре 370-380 °С образуются тугоплавкие соединения типа Bi2Ca3, Bi2Mg3, Bi2Ca3·2Mg 2Bi3 или двойной, висмутид кальция и магния – CaMg2Bi2 . При обезвисмучивании кальцием и магнием, судя по четверной диаграмме состояния, висмут можно удалить до сравнительно низкого уровня (0,006-0,007 %) только при очень тщательном осуществлении процесса с тем, чтобы даже следы мелких кристаллов, всплывающих в ванне, были удалены. Такая практика сложна и связана с переходом в пену большого количества свинца.
Присадка к обезвисмученному свинцу сурьмы, образующей в свинце тугоплавкие интерметаллические соединения Sb2Mg3, Sb2Саз, а также Ca5Mg10Sb5 Bi, оказывает эффективное действие, по-видимому, за счёт физического действия: оставшиеся в свинце мелкие кристаллы висмутидов кальция и магния разбавляются большим количеством образующихся новых кристаллов интерметаллидов и облегчается всплытие их на поверхность и съем их.
Чистый кальций легко окисляется при нагревании на воздухе. Поэтому прямая добавка его в расплавленный свинец приводит к плохому использованию кальция. Для повышения использования кальция в процессе применяют его в виде сплава со свинцом (лигатура). Содержание кальция в свинцово-кальциевой лигатуре колеблется от 3 до 5 %. Приготавливается последняя несколькими методами. Натриетермический процесс предусматривает первоначальное получение свинцово-натриевой лигатуры (свинец вмешивают в металлический натрий), которую смешивают с расплавленным хлоридом кальция, при этом протекает реакция
/Рb·2Nа/ + СаС12 = /Рb·Ca/ + 2NaCl
Реакция обратима и протекает направо при температуре 750-800 °С при избытке хлористого кальция. Электролитическим способом лигатура готовится путем электролиза хлористого кальция с жидким свинцовым катодом. Применяется также вмешивание металлического кальция с помощью специального аппарата, оборудованного корзиной для кальция, утапливаемой в ванне свинца.
Магний задается в свинцовую ванну в виде металла. Соотношение задаваемых кальция и магния выдерживается в пределах 1:2.
Роль реагентов сводится к следующему. При применении только кальция содержание висмута снизится до 0,05 %.

магнийМагний без кальция вовсе не обезвисмучивает свинец, если в нём содержится менее 0,5 % висмута. При совместном действии кальция и магния удается снизить содержание висмута до 0,01-0,02 %, так как совместное действие этих металлов образует двойные висмутиды и увеличивает взаимную нерастворимость их соединений с висмутом в свинце.
Практика обезвисмучивания свинца на заводах включает две принципиальные схемы: схему с оборотом бедных по висмуту дроссов и схему с выводом всех дроссов на самостоятельную переработку (как богатых, так и бедных).
Схема с циркуляцией дроссов заключается в следующем. Предварительно с поверхности котла снимают оксиды металлов, которые вредно влияют на обезвисмучивание. Затем при температуре 380-390 °С вмешивают оборотные дроссы и вводят нужное количество кальция и магния. Расход реагентов небольшой: для свинца, содержащего 0,2 % висмута, требуется на 1 т 0,8 кг кальция и 1,66 кг магния.
После расплавления добавленных присадок ванну перемешивают мешалкой для контакта с висмутом в течение 30 мин. Более длительное перемешивание не рекомендуется, так как увеличивается выход пены вследствие окисления кальция и магния, а их оксиды механически увлекают большое количество свинца. Образующуюся пену снимают. Выход пены составляет 5-8 %. Пену подвергают щелочному рафинированию (плавят при температуре 600 °С с селитрой и щелочью), чтобы удалить кальций и магний, отливают аноды, содержащие 7-10 % висмута, и направляют на электролитическое рафинирование.
При электролизе свинец осаждается на катоде и является товарным, а висмут остается на аноде в виде шлама, содержащего 70-80 % Bi. Электролиз висмутистого свинца ведут аналогично электролитическому рафинированию свинца (см. ниже). После просушки шлам переплавляют в отражательной печи. В шихту плавки входит кокс (1-4 %) и кальцинированная сода (20 %). Плавку ведут при температуре 1100 °С. В результате плавки получают черновой висмут и шлак, направляемый в оборот. Черновой висмут загрязнен свинцом, медью, серебром, мышьяком и теллуром. Рафинирование чернового висмута во многом аналогично процессу пирометаллургического рафинирования свинца. Черновой висмут расплавляют в небольших рафинированных котлах. Грубую очистку от меди осуществляют с помощью ликвации при температуре 290 °С. Затем, используя большее сродство свинца и меди к сере, проводят тонкую очистку от меди и свинца, вмешивая в расплав серу или сульфид натрия. Очистку от теллура, селена и мышьяка проводят продувкой ванны кислородом при температуре 600 °С с добавкой едкого натра. Очистку висмута от серебра, так же, как и очистку свинца, осуществляют металлическим цинком. Процесс пирометаллургического рафинирования чернового висмута обеспечивает получение металла высокой чистоты: 99,999 %.
Свинец после обезвисмучивания кальцием и магнием еще содержит 0,01-0,02 % висмута. Это - грубое обезвисмучивание. Для удаления остатков висмута проводят еще тонкое обезвисмучивание. В ванну, насыщенную кальцием и магнием, при температуре 340-350 °С добавляют небольшое количество сурьмы и снимают 1-3 пены. Затем проводят второе тонкое обезвисмучивание кальцием, магнием и сурьмой. Дроссы тонкого обезвисмучивания с содержанием 2-4 % висмута направляют в голову процесса обезвисмучивания. Общий расход сурьмы не превышает 0,3 кг на 1 т свинца. Содержание висмута в очищенном свинце составляет 0,001-0,005 %. Общая продолжительность процесса 10-12 ч.
К достоинствам обезвисмучивания с циркуляцией дроссов следует отнести высокую степень использования реагентов, к недостаткам - большую продолжительность операции и высокие трудовые затраты.
По схеме обезвисмучивания с выводом всех дроссов (богатых, бедных, сурьмянистых) последние объединяют и по накоплении перерабатывают в отдельном котле следующим образом. Расплавляют их в присутствии щелочи, окисляя кальций, магний и сурьму.

Полученный свинец, содержащий 2-3 % висмута, рафинируют по полной схеме и повторно обезвисмучивают введением кальция и магния, получают богатые дроссы, содержащие 7-10 % висмута, перерабатываемые по описанной технологии. Расход кальция составляет 2-2,5 кг, магния 5-6 кг на 1 т свинца.гломерирующего обжига

Реакционная плавка свинца.

Поделиться новостью

Рекомендуем посмотреть

Комментарии 0


    Вы должны Авторизоваться, что бы оставлять комментарии!

    Если аккаунт еще не создан необходимо пройти не сложную процедуру регистрации.