Технология получение свинца методом восстановительной плавки.

Основной вид сырья – свинцовые концентраты, получаемые при селективном обогащении свинцово – цинковых или медно – свинцовых руд, обычно сульфидные, реже смешанные. Около 1/3 металла выплавляют из отходов: старых аккумуляторов, оболочек кабелей, сплавов и другого вторичного сырья. Основная технологическая схема производства включает селективную флотацию руд и восстановительную плавку концентратов в шахтных печах (рис. 87). Перед плавкой концентраты обжигают и спекают с флюсами на спекательных машинах.

Рис. 1. Схема свинцовой восстановительной плавки.

В процессе обжига и спекания свинцовых концентратов сульфиды воспламеняются на поверхности шихты в потоке топочных газов зажигателя. Далее при движении паллеты над камерами всасывания загораются и нижние слои шихты.

Сернистый газ при избытке воздуха окисляется до SO₃, который образует сульфаты. Образование сульфата свинца необходим предупредить, иначе он при плавке вновь восстановится до сульфида. Поэтому температура должна быть не ниже 1000-1100°С.Силикаты свинца и сплавы из с окисью свинца плавятся в пределах 670 – 883°С, сульфиды и их сплавы – в интервале температур 800-1100°С, а эвтектики в системе SiO₂-FeO-CaO при 1030-1050°С.Помимо концентрата, в шихту входят свинцовые кеки от производства цинка и оборотная пыль обжига и плавки. Чтобы полнее выжечь серу, шихту разбавляют 1-3 кратным по массе количеством оборотного агломерата либо обжигают дважды. Крупность концентратов в основном не менее 0,1 мм.

Шихту загружают пластинчатым питателем в увлажнитель, из которого она поступает в маятниковый питатель, который распыляет шихту по ширине ленты, толщиной слоя держащегося в пределах 200-300мм.Обычная скорость движения агломерационной ленты от 0,6 до 1,5 м/мин, среднее содержание SO₂ в отходящих газах 1,5-3%. Самый богатый газ получается в начале обжига – в первых камерах всасывания.Затем осуществляют плавку в шахтных печах для получения чернового свинца. Устройство шахтных печей сходно с применениями для медных или окисленных никелевых руд, но в нём есть особенности. Внутренний горн выкладывают из шамотного кирпича на бетонном фундаменте в виде корыта глубинной около 600мм. Стены его футерованы магнезитом. Для непрерывного выпуска свинца служит сифон – канал в кладке сечением 250х250 мм, соединяющий горн у лещади с наружной плоской чашей и отходящим от неё желобом. У больших печей длиной до 6м делают 2 сифона на расстоянии 2м один от другого.

В боковых кессонах сделаны проёмы с лёдками для выпуска штейна и шлака. Смесь штейна и шлака стекает по короткому охлаждённому водой желобу в большой наружный отстойник, обогреваемый мазутом, газом или электричеством. Продукты плавки накапливаются здесь и расслаиваются, по мере надобности их направляют на дальнейшую переработку. Колошниковый шатёр для загрузки шихты и отвода газов выкладывают из шамотного кирпича в стальном каркасе. Свод примыкает к газоходу. Агломерат, кокс и флюсы подают по рельсовым путям, проложенным вдоль шатра. Главная масса кокса сгорает в области фурм, температура здесь 1450-1500°С. Газы устремляются вверх, пронизывая шихту и передавая ей тепло. Температура в горне 900-1200°С, а на выходе колошниковых газов 250-400°С. При спекании основная масса свинца уже связана на силикаты с температурой плавления около 700°С. Вскоре после загрузки в шахтную печь они начинают плавиться и растворять в себе окислы других металлов. Свинец, железо и примеси восстанавливаются из силикатного расплава, стекающего вниз.

(MeO)_шл+CO=[Me]+CO₂

Примеси окислов меди, висмута, цинка, мышьяка и сурьмы восстанавливаются попутно и растворяются в свинце. Цинк преимущественно переходит в шлак. Мышьяк частично испаряется или возгоняется в виде As₄O₆. Силикатный расплав стекая вниз обедняется свинцом, и располагается над слоем жидкого металла. Сульфиды свинца, меди и железа, не окислившееся при обжиге, сплавляются в штейн, они хорошо растворяют золото и серебро. Сульфаты свинца и цинка восстанавливаются до сульфидов или разлагаются при контакте со шлаком:

PbSO₄+SiO₂+CO=PbSiO₃+SO₂+CO₂

Штейн нежелательный продукт плавки: для переработки его с целью извлечения золота, серебра, меди и свинца необходимы сложные дополнительные переделы.

Штейза – не постоянный продукт свинцовой плавки, иногда он получается из шихт загрязненных мышьяком и сурьмой, когда эти металлы неполно удалены обжигом. Пары восстановленных металлов и сульфида свинца, окисляются и уносятся газами в виде тонкой пыли. Газы охлаждают, используя их тепло в паровых котлах для подогрева воздуха, а пыль улавливают в рукавных фильтрах.При использовании свинцово-цинковой руды проводят шахтную плавку. Шахтная печь здесь отличается от обычной герметичным устройством для загрузки агломерата и кокса, предварительно нагретого до 800°С. Воздух вдувают через фурмы горячим (около 700°С), его предварительно подогревают в рекуператорах. Газы отводят ниже колошника, где температура шихты больше 1000°С. Состав шлака выбирают из расчёта, чтобы он минимально растворял ZnO, был тугоплавким, переходил в жидкое состояние 1250°С.В газах, поступающих на конденсацию всего 5-6% CO₂, их надо быстро охладить, чтобы не образовался СО и не окислился цинк.Конденсатор – камера из карборундового кирпича, с опущенными через её свод стальными роторами, энергично разбрызгивающими жидкий свинец, поступающий непрерывно с температурой 450°С. Мелкие брызги металла, резко охлаждают газы, цинк конденсируется на их поверхности и растворяется в свинце. В сплаве, непрерывно вытекающем во внешний отстойник, содержится 2,5% цинка.Черновой цинк загрязнён примесями и требует рафинирования.Также свинец получают из сульфидного концентрата используя электроды, при этом электроды погружены в шлак, а вторым полюсом цепи служит слой свинца, температура ванны 1350°С.