Способ рафинирования свинца

 

Использование: цветная металлургия, в частности технология рафинирования свинца от сурьмы. Сущность: способ рафинирования свинца от сурьмы включает плавку свинца при температуре 415-425ºC в течение 3-5 ч в смеси жидкого натрия и селитры с последующим восстановлением свинца в расплаве солей карбонатов натрия и калия углеродистым восстановителем и обеспечивает одновременное получение чистого свинца с содержанием 0,02-0,004% сурьмы и богатого сурьмой сплава, содержащего 49,93-59,15% свинца и 40,37-49,91% сурьмы. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к технологии рафинирования свинца от сурьмы.

Известен способ рафинирования свинца от сурьмы (патент США N 4425160, кл. С 22 В 13/06), по которому нерафинированный свинец нагревают до температуры, превышающей температуру плавления на 14^oС, расплав перемешивают, добавляют каустическую соду и металлический натрий. Смешивание этих компонентов с расплавленным нерафинированным свинцом приводит к образованию шлака, содержащего интерметаллическое соединение натрий-сурьма.

Указанный способ неудобен тем, что используется дорогостоящий металл, неудобный в обращении (требует определенных условий хранения под слоем керосина, опасность возгорания, гидролиза).

Известен способ получения очищенного свинца от окиси сурьмы (патент США N 4194904, кл. С 22 В 13/О6, 1980) предусматривает окисление расплава свинца с получением первого шлака, содержащего окись сурьмы и окись свинца, добавление восстановителя для восстановления значительного количества окиси свинца до металлического состояния и второго шлака, выдержку второго шлака при температуре 673^oС, что обеспечивает испарение окиси сурьмы из второго шлака, затем осуществляют периодическое добавление восстановителя к второму шлаку для восстановления достаточного количества окиси свинца до металлического состояния. Сурьму в виде окисленной пыли улавливают и удаляют.

Недостатками известного способа являются сложность технологического процесса из-за большого количества пирометаллургических операций, сложности с аппаратурой по улавливанию окисленной пыли, большие энергозатраты, получение свинца с содержанием до 0,1% сурьмы.

Известен способ рафинирования свинца (а.с. N 1507835, кл. C 22 B 13/O6, 1989), по которому на расплав свинца наводят плав, содержащий гидроксид натрия и 10-40 мас. гидроксида кальция, проводят продувку расплава водяным паром, поддерживая его парциальное давление над расплавом 5-10 кПа.

Недостатками известного способа являются большие энергозатраты, связанные с необходимостью упарки воды, значительные производственные затраты, связанные с продувкой расплава водяным паром, поддержанием необходимого давления над расплавом.

Недостатком известного способа является также и то, что аппаратура подвергается воздействию агрессивной среды (повышенная влажность и высокая температура).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ рафинирования свинца от мышьяка, олова, сурьмы путем циркуляции чернового свинца через смесь едкого натра (75 мас.) с поваренной солью (25 мас.), при температуре 400-420^oС в начале и 421-450^oС в конце процесса (В.С.Ловчиков. Щелочное рафинирование свинца. М. Металлургия, 1964, с. 39-44, 61-62).

По известному способу в аппарат для рафинирования свинца заливают расплавленную смесь едкого натри с поваренной солью, затем загружают селитру, при этом происходит окисление примесей и при достижении содержания сурьмы в черновом свинце 0,02-0,03% осуществляют выпуск плава из аппарата.

Полученный плав подвергают гидрохимической переработке для получения антимоната натрия, растворы солей упаривают и направляют в виде смеси NаOH, NaСl, Na₂СО₃ вновь на переработку плава.

Недостатками известного способа являются большие энергетические затраты (только на регенерацию щелочи и поваренной соли требуется 1,5 т условного топлива на 1 т примесей), сложность, громоздкость процесса рафинирования, обусловленная наличием двух процессов: металлургического и гидрохимического.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является исключение из состава солей соли NаСl, значительное упрощение способа рафинирования свинца за счет исключения гидрометаллургической переработки плава, снижение энерго- и трудозатрат при получении свинца того же качества, что и по прототипу.

Технический результат, получаемый при использовании предлагаемого изобретения, заключается в исключении из состава солей соли NаСl, исключении процесса гидромеханической переработки полученного плава, упрощении процесса рафинирования, уменьшении капиталовложений энерго- и трудозатрат при одновременном получении кроме свинца побочного продукта богатого по сурьме сплава свинцово-сурьмянистого сплава с содержанием 49,83-59,15% свинца и 40,37-49,91% сурьмы.

На основании сопоставительного анализа всех существенных признаков заявляемого технического решения и прототипа можно сделать вывод о том,что заявляемое техническое решение соответствует критерию "Новизна".

Заявляемый способ рафинирования свинца заключается в следующем.

Свинец подвергают плавке при температуре 415-425^oC в течение 3-6 ч в смеси жидкого едкого натра и селитры, взятых в соотношении 6:1 и расходе смеси 15-20 мас. от веса свинца, затем отделяют плав и при температуре 800-900^oС восстанавливают сурьму и свинец в расплаве карбонатов натрия и калия углеродистым восстановителем. В качестве восстановителя может быть применен древесный уголь, угольная пыль, опилки, другие древесные отходы, сжиженный газ пропан-бутан, природный газ.

Предлагаемый способ опробован в лабораторных условиях.

Все исследования проведены с использованием одной и той же аппаратуры.

Результаты проведенных исследований представлены в табл. 1.

Пример 1.

Берут 2000 г свинца, содержащего 3,03% сурьмы, загружают в тигель и нагревают в электропечи до температуры 415^oС. В расплав добавляют 280 г жидкого едкого натра, затем в течение 5 ч равными порциями при непрерывном перемешивании механической мешалкой (скорость вращения 60 об/мин) загружают 50 г селитры. Через 5 ч тигель извлекают из печи, охлаждают на воздухе, отделяют свинец от плава, продукты плавки анализируют. Получают: 1500 г свинца с содержанием 0,004% сурьмы, 163 г корольков металла и 349 г плава.

Берут 235 г полученного плава, погружают в 240 г расплава солей - карбонатов натрия и калия, взятых в соотношении компонентов 3:1, загружают 20 г активированного угля и выдерживают при температуре 900^oС в течение 3 ч. Получают 100 г свинцово-сурьмянистого сплава с содержанием 40,37% сурьмы.

Пример 2.

Берут 1971 г свинца, содержащего 3,03% сурьмы, помещают в тигель, нагревают до температуры 420^oС и добавляют 280 г едкого натра. Затем в расплав в течение 4 ч равными порциями при помешивании загружают 30 г селитры ( NaNO₃). Через 4 ч тигель извлекают из печи, охлаждают на воздухе, отделяют свинец от плава, продукты плавки анализируют.

Выход 1730 г свинца с содержанием 0,004% сурьмы и 440 г плава.

Берут 235 г полученного плава, нагружают в 240 г расплава солей - карбонатов натрия и калия, взятых в соотношении компонентов 3:1, загружают 20 г активированного угля и выдерживают при температуре 900^oС в течение 3 ч. Получают 100 г свинцово-сурьмянистого сплава с содержанием 40,37% сурьмы.

Пример 3.

Берут 1971 г свинца, содержащего 3,03% сурьмы и 280 г едкого натра помещают в тигель, нагревают до температуры 420^oС. В расплав в течение 4 ч равными порциями при перемешивании загружают 30 г селитры. Через 4 ч тигель извлекают, охлаждают на воздухе, отделяют свинец от плава.

Получают 1730 г свинца с содержанием 0,004% сурьмы и 440 г плава. Затем берут 202 г полученного плава, погружают в 160 г расплава солей карбонатов натрия и калия (Na₂CO₃; K₂CO₃), взятых в соотношении 3:1, загружают 15 г мелкого (фракции до 1 мм) графита, нагревают до температуры 860^oС и выдерживают в течение 2 ч 20 мин. Получают 90 г свинцово-сурьмянистого сплава с содержанием 49,91% сурьмы.

Пример 4.

Берут 3000 г свинца с содержанием 5,17% сурьмы, расплавляют в тигле, добавляют 866 г едкого натра и равными порциями добавляют 120 г селитры при перемешивании в течение 3 ч. Температуру поддерживают 420±5^oС.

Получают 2583 г чистого свинца с содержанием 0,02 мас. сурьмы и 933 г плава. Из полученного плава в процессе восстановления мелким графитом в количестве 30 г получают 400 г богатого сурьмянистого сплава.

Результаты испытаний, представленные в таблице, показывают, что при получении чистого мягкого свинца (с содержанием сурьмы 0,02-0,004%) получают одновременно богатый свинцово-сурьмянистый сплав, содержащий 49,83-59,15% свинца и 40,37-49,91% сурьмы.

Предлагаемый способ рафинирования в сравнении с известным более прост, так как представляет собой единый пирометаллургический процесс (исключен процесс гидромеханической переработки плава), исключает потери солей, обусловленные тем, что при переработке плава едкий натр (NаОН ) переходит в Na₂CO₃ и восполняет естественные потери расплава солей от испарения, которые также могут быть регенерированы.

При использовании предлагаемого способа рафинирования свинца значительно сокращаются энергозатраты и затраты топлива, так как не требуется осуществлять упаривание растворов, восстановление большого количества окислов.

Существенным преимуществом предлагаемого способа является также и то, что вся сурьма и свинец из состава чернового свинца переходят из плава в двойной богатый сурьмой сплав, нет отходов металла в виде пыли и шлака.

Предлагаемый способ рафинирования свинца может быть применим в промышленных условиях на заводах вторичных цветных металлов и аккумуляторных заводах на стандартном оборудовании.

Формула изобретения

1. Способ рафинирования свинца, включающий плавку его в смеси жидкого едкого натра и селитры, с получением металлического свинца и плава, отличающийся тем, что плавку ведут при соотношении в смеси жидкого едкого натра и селитры 6:1, расходе смеси 15-20 мас. от массы свинца, температуре 415-425°С в течение 3-6 ч, после чего осуществляют восстановление свинца при 800-900^oС в расплаве солей карбонатов натрия и калия углеродистым восстановителем.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление ведут при расходе углеродистого восстановителя 8-10% к массе расплава. 2 03. Способ по п.1 2, от 2л 0ичающийся тем, что со 2л 0и карбонатов натрия и калия используют при соотношении 3:1. 2 04. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление свинца проводят в течение не менее 3-8 ч. 2 05. Способ по п.1, отличающийся тем, что селитру подают равными порциями при непрерывном перемешивании.

РИСУНКИ

Рисунок 1