Способ получения металлического свинца

 

Изобретение относится к области выделения и очистки свинца, в том числе изотопнообогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации. В предложенном способе, включающем переработку свинецсодержащего концентрата с получением соединений свинца, их термообработку при 200-600°С и восстановление, согласно изобретению при переработке концентрат обрабатывают 4 N азотной кислотой с получением раствора, осаждают из него соединение свинца - оксалат свинца - добавлением щавелевой кислоты и аммиака до рН 11-12, а перед восстановлением термообработанный оксалат свинца обрабатывают 2,5 N азотной кислотой с получением раствора, полученный раствор отфильтровывают, осаждают из него оксалат свинца и подвергают термообработке, при этом восстановление полученного термообработанного оксалата свинца осуществляют водородом при 500-600°С. Обеспечивается выделение свинца в виде чистого металла с минимальными потерями.

Изобретение относится к области выделения и очистки свинца, в том числе изотопнообогащенного, полученного методом электромагнитной сепарации.

Основным способом получения чистого свинца является пирометаллургическое рафинирование чернового свинца с использованием различных флюсов для последовательного удаления примесей.

Известен способ качественного рафинирования свинца (патент РФ № 2051983 МПК 6 С 22 В 13/06), включающий обработку расплава свинца каустической содой, натриевой селитрой, водой и железным купоросом.

Однако этот способ не может быть использован для получения небольших количеств чистого металлического свинца (особенно изотопнообогащенного), т.к. в этом случае при отделении шлаков значительно возрастают потери металла. К тому же использование этого способа требует изготовления специального оборудования для получения различных количеств свинца различного изотопного состава.

Известен также способ получения свинца реактивной чистоты электролизом трижды перекристализованных солей свинца (нитрата или ацетата) (Ю.В.Корякин, И.И.Анипов "Чистые химические вещества" М., Химия, с.316. 1974 г.).

Основными недостатками этого способа является необходимость получения чистых солей свинца методом перекристаллизации, что приводит к потере 10-20% свинца, а так же низкий выход металлического свинца в процессе электролиза (не более 80%). Такие потери недопустимы при получении дорогостоящего изотопнообогащенного свинца.

Наиболее близким способом к заявляемому техническому решению является способ переработки свинецсодержащих пылей (патент РФ № 2098502 МПК 6 С 22 В 7/02, 13/02), включающий предварительную обработку свинецсодержащих пылей раствором с рН 6,0 - 7,0, сернокислотное выщелачивание с последующей карбонизацией раствором карбоната натрия, термообработкой при 200-600°С с получением соединений свинца и их восстановлением в расплаве при 700-800°С.

Основным недостатком этого способа является недостаточная степень очистки получаемого свинца, т.к. указанная обработка концентрата не обеспечивает полного отделения железа, меди и особенно щелочно-земельных элементов.

Кроме того, указанный способ не обеспечивает достаточно полного выделения свинца. Экспериментально установлено, что потери свинца с сульфатным и сульфатно-карбонатными фильтратами составляют 3-5%, а потери свинца с возгонами в процессе восстановления при 700-800°С достигают 5-7%, что недопустимо при получении дорогостоящего изотопнообогащенного свинца.

Технической задачей изобретения является получение чистого металлического свинца, в том числе изотопнообогащенного, при минимальных потерях на всех стадиях химической переработки.

Поставленная задача достигается тем, что свинецсодержащий концентрат перерабатывают с получением соединений свинца, их термообработкой при 200-600°С и восстановлением. При переработке концентрат обрабатывают 4 N азотной кислотой с получением раствора, осаждают из него соединение свинца - оксалат свинца - добавлением щавелевой кислоты и аммиака до рН 11-12, а перед восстановлением термообработанный оксалат свинца обрабатывают 2,5 N азотной кислотой с получением раствора. Полученный раствор отфильтровывают, осаждают из него оксалат свинца и подвергают его термообработке. Восстановление полученного термообработанного оксалата свинца осуществляют водородом при 500-600°С.

Предложенный способ переработки свинецсодержащего концентрата позволяет выделить свинец в виде чистого металла с минимальными потерями на всех стадиях химической переработки.

Проведенный анализ общедоступных источников информации об уровне техники не позволил выявить техническое решение, тождественное заявляемому, на основании чего делается вывод о неизвестности последнего, т.е. соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "новизна".

Сопоставительный анализ заявленного технического решения с известными техническими решениями позволил выявить, что представленная совокупность отличительных признаков не известна для специалиста в данной области и не следует явным образом из известного уровня техники, на основании чего делается вывод о соответствии представленного в настоящей заявке изобретения критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ получения металлического свинца реализовали следующим образом.

Пример 1

10 г Концентрата, содержащего 1,2 г свинца и значительное количество примесей, в том числе медь, железо, кремний и кальций, растворили в 4N HNO₃. В раствор добавили щавелевую кислоту с избытком 10 г/л и 25%-ный NH₄OH до рН 11-12 для перевода меди в аммиачный комплекс. Раствор с осадком прогрели при 50-60°С в течение 30 минут и выстояли в течение 24 часов. Осадок отфильтровали и промыли. Содержание свинца в аммиачных фильтратах составило 2,6 мг/л. Осадок прокалили при 450°С, растворили в 2,5N HNO₃ и отфильтровали нерастворившийся остаток (оксид кремния). В полученном растворе осадили оксалат свинца добавлением щавелевой кислоты с избытком 10 г/л. Раствор с осадком прогрели при 50-60°С в течение 30 минут и выстояли в течение 24 часов. Осадок отфильтровали и промыли. Содержание свинца в азотнокислых фильтратах составило 14,3 мг/л. Осадок прокалили при 450°С и восстановили в токе водорода при 500°С. Потери свинца при восстановлении отсутствовали. Оксида свинца в полученном металле не обнаружено. Содержание суммы примесей в металле составило 0,006%.

Пример 2

Металлический свинец получали как в примере 1, но второго этапа переработки не проводили, т.е. концентрат обработали 4N HNO₃, осадили оксалат свинца в аммиачной среде при рН 11-12, термообработали осадок при 450°С и восстановили его в токе водорода при 600°С.

Содержание свинца в аммиачных фильтратах составило 3,2 мг/л. Потери свинца при восстановлении отсутствовали. Оксида свинца в полученном металле не обнаружено. Содержание в нем суммы примесей составило 124,143%, в том числе меди < 0,001%, кальция 1,008%, кремния 0,898%, железа 122,217%.

Пример 3

Металлический свинец получали как в примере 1, но первого этапа переработки не проводили, т.е. концентрат растворили в 2,5N HNO₃, раствор отфильтровали и осадили в нем оксалат свинца. Осадок термообработали при 450°С и восстановили в токе водорода при 600°С.

Содержание свинца в азотно-кислом фильтрате составило 12,8 мг/л. Потери свинца при восстановлении отсутствовали. Примеси оксида свинца в полученном металле не обнаружено. Содержание в нем суммы примесей составило 264,821%, в том числе меди 264,796%, кальция 0,001%, кремния 0,001%, железа 0,003%.

Пример 4

Получение металлического свинца проводили как в примере 1, но осаждение оксалата свинца из аммиачной среды провели при рН 9-10. Содержание свинца в аммиачном фильтрате составило 2,1 мг/л, в азотно-кислом фильтрате 10,2 мг/л. Потери свинца при восстановлении отсутствовали. Оксида свинца в полученном металле не обнаружено. Содержание в нем суммы примесей составило 1,212%, в том числе меди 1,187%, кальция 0,002%, кремния 0,001%, железа 0,002%.

Пример 5

Получение металлического свинца проводили как в примере 1, но термообработанный оксалат на втором этапе растворили в 3N HNO₃. Содержание свинца в аммиачном фильтрате составило 2,8 мг/л, в азотно-кислом фильтрате 56,4 мг/л. Потери свинца при восстановлении отсутствовали. Оксида свинца в полученном металле не обнаружено. Содержание в нем суммы примесей составило 0,004%.

Пример 6

Получение металлического свинца проводили как в примере 1, но термообработанный оксалат на втором этапе растворили в 2N HNO₃. Содержание свинца в аммиачном фильтрате составило 2,5 мг/л, в азотно-кислом фильтрате 10,8 мг/л. Потери свинца при восстановлении отсутствовали. Оксида свинца в полученном металле не обнаружено. Содержание в нем суммы примесей составило 0,013%, в том числе 0,009% кальция.

Пример 7

Получение металлического свинца проводили как в примере 1, но восстановление термообработанного оксалата проводили при 400°С. Содержание свинца в аммиачном фильтрате составило 2,6 мг/л, в азотно-кислом фильтрате 13,6 мг/л. Потери свинца при восстановлении отсутствовали. Оксида свинца в полученном металле обнаружено 0,88%. Содержание в нем суммы примесей составило 0,006%.

Пример 8

Получение металлического свинца проводили как в примере 1, но восстановление термообработанного оксалата проводили при 700°С. Содержание свинца в аммиачном фильтрате составило 2,4 мг/л, в азотно-кислом фильтрате 14,0 мг/л. Потери свинца при восстановлении составили 5,2%. Оксида свинца в полученном металле не обнаружено. Содержание в нем суммы примесей составило 0,008%.

Пример 9

Получение металлического свинца проводили по патенту РФ 2098502 МПК 6 С 22 В 7/02, 13/02, выбранному в качестве ближайшего аналога.

10 г Концентрата, используемого в примере 1, обработали раствором рН 6 и добавили раствор серной кислоты с концентрацией 100 г/л. Концентрат прогревали при 80-90°С в течение 2 часов и выстояли в течение 24 часов. Осадок сульфата свинца отфильтровали. К осадку добавили раствор карбоната натрия с концентрацией Na₂CO₃ 200 г/л и провели карбонизацию при 80-90°С и постоянном перемешивании в течение двух часов. Осадок карбоната свинца выстояли в течение 10-16 часов, отфильтровали и прокалили при 450°С. Термообработанный карбонат свинца восстановили в токе водорода при 700°С. Содержание свинца в сульфатных фильтратах составило 18,0 мг/л, а в сульфатно-карбонатных фильтратах 54,3 мг/л. Потери свинца при восстановлении составили 5,4%. Оксида свинца в полученном металле не обнаружено. Содержание в нем суммы примесей составило 2,347%, в том числе кальция 0,987%, меди 0,545%, железа 0,256%, кремния 0,402%, натрия 0,092%, алюминия 0,038%.

Полученные результаты показали, что использование известного технического решения по сравнению с предложенным не обеспечивает необходимой степени очистки свинца, которая согласно требованиям ТУ 95.675-87 должна обеспечивать сумму примесей не более 0,01%, а так же увеличивает потери свинца на всех стадиях химической переработки, что особенно недопустимо при получении изотопнообогащенного свинца.

Предложенный способ получения металлического свинца был опробован на производстве стабильных изотопов. Он позволил выделить 97,0% свинца со степенью очистки 99,992%.

Разработанный способ позволяет применять стандартное оборудование, дешевые и доступные реактивы, не требует большого расхода электроэнергии.

Способ пригоден и с экологической точки зрения, т.к. образующиеся аммиачные и азотно-кислые фильтраты взаимно нейтрализуются, а образующийся при этом объемный осадок гидрооксида меди соосаждает свинец до остаточной концентрации ≤ 0,2 мг/л.

Формула изобретения

Способ получения металлического свинца, включающий переработку свинецсодержащего концентрата с получением соединений свинца, их термообработку при 200-600°С и восстановление, отличающийся тем, что при переработке концентрат обрабатывают 4 N азотной кислотой с получением раствора, осаждают из него соединение свинца - оксалат свинца добавлением щавелевой кислоты и аммиака до рН 11-12, а перед восстановлением термообработанный оксалат свинца обрабатывают 2,5 N азотной кислотой с получением раствора, полученный раствор отфильтровывают, осаждают из него оксалат свинца и подвергают термообработке, при этом восстановление полученного термообработанного оксалата свинца осуществляют водородом при 500-600°С.