Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Шлак свинцовой плавки

Шлак свинцовой плавки



Шлак представляет собой сплав различных окислов металлов и металлоидов, образующих между собой те или иные химические соединения, а также твердые и жидкие растворы и эвтектические смеси. Кроме того, в шлаках содержатся в небольшом количестве сульфиды металлов, металлы и газы. Таким образом, шлак является сложной многокомпонентной системой.
Правильный выбор состава шлака и хорошие его свойства в значительной степени определяют успех плавки.
Температура плавления шлака влияет на производительность печи. При легкоплавком шлаке проплав повышается, так как такой шлак требует меньше теплоты на плавление. При тугоплавком шлаке проплав понижается и, естественно, увеличивается расход топлива.
Потери металлов зависят также от плавкости шлака. При чрезмерно легкоплавком шлаке процесс плавления может опережать восстановление, в результате чего много свинца теряется в шлаке.
Плавкость же шлака зависит от его химического состава, главным образом от количества кремнезема и оснований в шлаке, а также от характера этих оснований. Главные шлакообразующие в агломерате: кремнезем, закись железа, окись кальция и окись цинка. Эти компоненты преобладают в шлаке, их сумма достигает 90%, а иногда и более. Естественно, что свойствами этих основных компонентов в значительной мере определяются свойства шлака.
Окислы, содержащиеся в шлаке, имеют довольно высокую температуру плавления, °С:
Шлак свинцовой плавки

Различные смеси этих окислов плавятся при более низкой температуре. Температура плавления шлаков свинцовой плавки 1050—1150° С.
Под температурой плавления шлака понимают такую температуру, при которой уже готовый шлак переходит из твердого в гомогенно-текучее состояние или при которой в процессе охлаждения шлака выделяются первые твердые фазы.
Окись кальция и закись железа образуют в печи силикаты окиси кальция и силикаты закиси железа.
Шлак свинцовой плавки

Кремнезем вступает во взаимодействие с окисью кальция по реакции
nSiO2 + mCaO = mCaO * nSiO2.

На рис. 46 представлена диаграмма состояния Si0O2—СаО. Эта система имеет четыре химических соединения: CaO*SiO2 (температура плавления 1540° С), 3CaO*2SiO2, 2СаО*SiO2 (температура плавления 2130° С) и ЗСаО*SiO2, а также три эвтектики: CaO — 2СаО*SiO2 (температура плавления около 2080° С), CaO*SiO2 — ЗСаО*2SiO2 и SiO2 — CaO*SiO2 с температурой плавления около 1430° С.
Чисто известковистые шлаки слишком тугоплавки, а потому работа на них требует очень высокого расхода кокса при низкой производительности печи.
Бинарная система FeO—SiO2 многократно изучалась, но имеющиеся о ней данные недостаточны вследствие больших затруднений при экспериментировании. Расплавленные силикаты закиси железа в присутствии воздуха окисляются до магнитной окиси железа (Fе3O4), а в восстановительной атмосфере восстанавливаются с образованием металлического железа. В результате этого бинарная система превращается в более сложную, имеющую иную температуру плавления и другие свойства. Все исследователи этой системы считают, что в ней имеется химическое соединение 2FeO*SiO2— файялит и две эвтектики. Файялит, по данным различных авторов, плавится при температурах от 1205—1275 до 1335° С. Эвтектика плавится при температурах порядка 1150—1250° С (неодинакова в разных исследованиях).
На рис. 47 представлена диаграмма состояния системы FeO—SiO2 по Селиванову.
Шлак свинцовой плавки

Железистые основные силикаты легкоплавки, но обладают существенными недостатками. Они имеют большую плотность — около 5, поэтому плохо отделяются от штейна, отчего повышаются потери свинца со шлаками. Шлаки обогащаются свинцом также и в результате большей растворяющей способности этих шлаков по отношению к свинцовым соединениям. При получении сильно железистых шлаков возрастает опасность перевосстановления окислов железа до металлического железа, сопровождающегося отложением на лещади печи так называемых железных жуков.
Таким образом, шлаки, состоящие из одних силикатов закиси железа, не пригодны для металлургической практики.
Трехкомпонентная система FeO—CaO—SiO2 изучалась многими исследователями, но из-за указанных выше затруднений изучена слабо. Вейнарт на основании изучения термических кривых охлаждения расплавов различного состава дал диаграмму температур плавления в трехкомпонентной системе FeO—CaO—SiO2. Минимальные температуры плавления (°С) имеют шлаки следующего состава:
Шлак свинцовой плавки

Качество шлаков во многом определяется вязкостью. За единицу абсолютной вязкости шлака (пуаз) принимают вязкость такого шлака, в котором сила на 1 дину (10в-5 н) перемещает слой шлака в 1 см2 по отношению к другому такому же слою, находящемуся от первого на расстоянии 1 см, со скоростью 1 см/сек.
Расплавленный кремнезем обладает очень большой вязкостью — при температуре 1720° С, равной почти 3 млн. пуаз (300 000 H * сек/мг) и при перегреве до 2000° С — 28 250 пуаз (2825 H * сек/м2).
Закись железа — очень жидкотекучий окисел, при температуре 1400° С его вязкость всего лишь 0,2 пуаза (0,02 н * сек/м2) по нашим определениям. Силикаты окиси кальция при температуре, превышающей их плавление на 100° С, имеют вязкость в пределах 3—11 пуаз (0,3—1 н*сек/м2) (в зависимости от состава).
Шлак свинцовой плавки

На рис. 48 сопоставлены две диаграммы одной и той же системы FeO—CaO—SiО2; одна — наша диаграмма вязкости шлаков при 1300° С, вторая — диаграмма плавкости Вейнарта после нашего пересчета молекулярных процентов на весовые.
На диаграмме после нанесения всех точек проведены линии одинаковой плавкости (изотермы) и одинаковой вязкости (изокомы). Изотермы и изокомы разграничивают диаграмму на отдельные поля с плавкостью и вязкостью в определенных пределах. При пользовании этой диаграммой можно в конкретных условиях заводской практики ориентироваться при выборе оптимального состава шлака с учетом двух его главнейших свойств — плавкости и вязкости.
На рис. 49 представлены изученные нами кривые зависимости вязкости шлаков шахтной свинцовой плавки от температуры шлака и его химического состава. Свинцовые шлаки жидкотекучи; их вязкость при температуре 1200° С обычно меньше 5 пуаз (0,5 н*сек/м2).
Шлак свинцовой плавки

На основании наших исследований по изучению шлаков свинцовой плавки можно сделать следующие выводы:
1. Шлаки свинцовой плавки с содержанием 23,3—30,4% кремнезема, 34,2—44,13% закиси железа и 7,7—16,0% окиси кальция при температуре 1200° С оказались очень жидкоплавкими; вязкость этих шлаков не превышает 5 пуаз (0,5 н*сек/м2).
2. Основные железистые шлаки, содержащие более 40%, FeO и 23—27% SiO2 — очень короткие (плавятся в малом интервале температур), при температуре 1200° С очень жидкоплавкие, но плохо перегреваются в шахтной печи, отчего быстрее застывают во внешнем, необогреваемом отстойнике и хуже отстаиваются.
3. Шлаки более кислые и более известковистые длиннее железистых и хотя имеют немного более высокую вязкость, чем железистые, но лучше перегреваются в печи и полнее отстаиваются во внешнем отстойнике.
4. Повышение содержания SiO2 в шлаке значительно увеличивает его вязкость, но до 30—32 % SiO2 и такой шлак остается жидкотекучим.
5. Повышение в шлаке содержания CaO до 16% понижает его вязкость, при дальнейшем повышении содержания вязкость возрастает.
6. Окись цинка в шлаках свинцовой плавки, если они правильно подобраны по SiO2, FeO и СаО, вязкости не повышает. В таких шлаках преобладают сильно жидкотекучие силикаты закиси железа, что в итоге приводит к получению самых жидкотекучих шлаков.
7. Окись бария — разжижающий компонент в шлаках свинцовой плавки.
8. Окись магния сильно повышает вязкость шлака, особенно когда ее содержание в шлаке достигает 6—8% и более.
В. В. Вершинина изучила вязкость и электропроводность шлаков свинцовой электроплавки в большом интервале температур и содержаний основных компонентов шлака и пришла к заключению, что эти шлаки жидкотекучи, вязкость их при температурах выпуска (1200—1250° С) находится в пределах 5 пуаз (0,5 н*сек/м2), а электропроводность при температурах плавления шихты колеблется в пределах 0,3—0,05 oм-1*см-1.
Самые жидкотекучие шлаки не всегда желательны, так как при шахтной плавке они быстро проходят в печи область фокуса и мало перегреваются, что затрудняет их отстаивание от других жидких продуктов плавки и может привести к снижению извлечения свинца.
Шлак должен иметь малую плотность и легко отделяться от других продуктов плавки, а также иметь как можно меньше механических потерь металлов при отстаивании. Плотность шлаков свинцовой плавки колеблется в пределах 3,5—4,0 в зависимости от химического состава шлака.
Шлак должен быть отвальным продуктом плавки, содержащим не более 1% Pb. Высокоцинковистые (сильно железистые) шлаки нередко содержат до 1,5% свинца, а иногда и более.
Химическая природа жидких шлаков изучена недостаточно. В настоящее время их рассматривают как системы, находящиеся в состоянии ионной диссоциации.
По мнению проф. О.А. Есина, значительная электролитическая диссоциация обеспечивается существованием относительно легко подвижных ионов железа, марганца, кальция, магния и кислорода. Этим определяется и высокая электропроводность жидких шлаков.
При затвердевании шлаков получаются кристаллические, стекловидные или камневидные шлаки в зависимости от их состава и скорости охлаждения. Основные шлаки при медленном охлаждении приобретают кристаллическую структуру, а кислые шлаки (особенно при быстром охлаждении) — стекловидную. Камневидные шлаки обычно получаются при высоком содержании глинозема.
Минералогический состав затвердевших шлаков свинцовой плавки изучали Д.С. Белянкин и Н.А. Торопов, В.И. Смирнов и М.А. Абдеев и др.
По данным Абдееева и Зайцевой, железо содержится в виде силикатов (файялит) и окислов (магнетит) в основной силикатной массе. Присутствие магнетита в шлаках свинцовой плавки было также установлено исследованиями А.Е. Гуриева и Л.Д. Золотарева. В небольшом количестве содержатся в шлаках сульфиды железа и металлическое железо.
Медь в шлаках содержится в сульфидной форме в виде включений штейна. Незначительная часть меди в штейновых включениях находится в форме металлической меди, растворенной в свинце и выделившейся из него при охлаждении шлака.
Цинк в шлаках присутствует в окисленной форме, а также в виде сульфида (исключительно в виде тонких включений штейна, в котором он растворен в ограниченных количествах).
Благородные металлы попадают в шлак главным образом с корольками свинца, в которых они растворены; незначительная часть серебра в штейновых включениях находится в форме сульфида.
Авторы приходят к заключению, что цветные металлы в шлаках находятся в основном в виде механических включений свинца и штейна (Pb, Au, Ag, частично Cu) или в виде сульфидов (Cu, частично Zn); в окисленном виде в шлаках присутствует только значительная часть цинка. Для снижения потерь ценных металлов следует принимать меры для улучшения условий отстаивания шлаков.
По изучению минералогического состава шлаков и штейнов свинцовой плавки, выявлению причин потерь свинца со шлаками и путей сокраш:ения этих потерь проведено много научных работ.
Теплосодержание синтетических шлаков (а также шлаков медной плавки) изучали X.К. Аветисян и И.А. Онаев. При температуре 1250° С теплосодержание синтетических шлаков, близких по составу к реальным шлакам свинцовой плавки, колеблется от 275 кал/г (1,1 кдж/г) до 325 кал/г (1,3 кдж/г).
Состав шлаков свинцовой плавки на разных заводах различен.
Соотношение между SiO2, FeO и CaO в шлаке в зависимости от содержания окиси цинка можно выбирать по табл. 29, которая составлена из расчета, что цинк находится в шлаке в виде цинката закиси железа, растворенного в остальной массе шлака.
Если содержание ZnO в шлаках увеличивается, необходимо пропорционально понизить содержание CaO и SiO2 и повысить содержание FeO.
Наилучший химический состав шлака выбирают в зависимости от состава перерабатываемых свинцовых концентратов и флюсов. Это — трудная для металлурга задача. Шлак выбирают по составу таким, чтобы для его получения требовалось наименьшее количество флюсов. При выборе шлака руководствуются данными практики по составу шлаков хорошо работающих печей. В табл. 30 приведены полные анализы отвальных шлаков разных заводов.
Задаваясь тем или иным шлаком, производят металлургический расчет, который нуждается в практической проверке и некоторой корректировке.
Шлак свинцовой плавки
Шлак свинцовой плавки

Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent