Практика обезмеживания свинца

Обезмеживание свинца, как и все другие процессы рафинирования и обессеребривания, обычно проводят в котлах.
Раньше котлы изготовляли из огнестойкого серого чугуна, но они отличались существенными недостатками. Ввиду крупнозернистой структуры чугуна на шероховатой поверхности котла оседают в виде настылей сульфиды меди и другие содержащиеся в свинце примеси, которые при последующем разогреве ванны загрязняют свинец. После непродолжительного срока работы на чугунном котле появляются трещины, угрожающие утечкой свинца.
К настоящему времени чугунные котлы почти на всех заводах заменены более совершенными — литыми или сварными стальными. Толщина стенок стальных котлов около 35 мм. Дольше всего служат котлы в форме полушара или полушара, переходящего в цилиндр.
Часто применяют котлы емкостью 100—150 т, на некоторых заводах она достигает 250—370 т. Каждый котел имеет собственную топку, поэтому можно независимо регулировать его температуру. В качестве топлива применяют уголь, нефть или газ (природный или генераторный). Отоплению газом отдают предпочтение, так как при этом котлы служат дольше.

На рис. 97 представлен стальной рафинировочный котел емкостью 150 т свинца, отапливаемый природным или генераторным газом.
За последние годы на отечественных заводах стали устраивать рафинировочные котлы с электрообогревом.
Практика обезмеживания свинца заключается в следующем. Черновой свинец доставляют в рафинировочный цех в жидком или твердом состоянии, затем постепенно наполняют им подогреваемый снизу котел до самого верха. Температуру свинца в котле доводят до 500—600° С. На рис. 98 дана технологическая схема обезмеживания свинца.
Чтобы ускорить всплывание примесей, выделившихся из раствора, на поверхность жидкой ванны, ее перемешивают сжатым воздухом, а чаще большими ложками или совками.
Когда процесс закончен, ванне дают успокоиться, после чего снимают с ее поверхности всплывшие в виде порошка наиболее богатые сухие шликеры (10—15% Cu).
Шликеры снимают большим дырчатым совком с помощью мостового крана. При этом стараются, чтобы свинец стекал обратно в котел. Шликеры выгружают на рабочую площадку, охлаждают и направляют на переработку. Иногда снятые шликеры в тестообразном состоянии разливают по изложницам.
На некоторых заводах для снятия шликеров пользуются прессами.
Для отделения оставшейся меди частично обезмеженный свинец охлаждают обычно в том же котле до 330—340° С. При съеме вторых (жирных) шликеров увлекается много свинца, поэтому их не выводят из процесса, а добавляют к свежей порции свинца, поступающего на обезмеживание. После снятия жирных шликеров приступают к обезмеживанию свинца при помощи серы.
Для успешного обезмеживания серу требуется хорошо и быстро вмешать в свинцовую ванну, создавая наилучший контакт между медью и серой и сокращая до минимума ее бесполезное окисление на поверхности ванны. Серу вмешивают специальной мешалкой.
Мешалка (рис. 99) представляет четырехлопастный пропеллер 1, насаженный на вал 2 и вращающийся от двигателя 3. Двигатель вращает вал пропеллера со скоростью 130—140 об/мин, при этом образуется воронка, в которую сера быстро втягивается и тонет в свинце, хорошо перемешиваясь с ним. Операция вмешивания серы продолжается около часа.
Снятые с поверхности свинца сульфидные шликеры содержат 2—3% Cu и более 95% Pb; их возвращают в котел для ликвационного обезмеживания; окончательно обезмеженный свинец очищают от других примесей. Состав медных шликеров приведен в табл. 46.

Как видно из этой таблицы, основной составляющий компонент шликеров — свинец. Колебания в его содержании значительны (55—70%). При снятии шликеров шумовками много свинца механически запутывается, в результате чего шликеры обогащают до содержания 70% Pb.
Выход шликеров находится в прямой зависимости от содержания меди в черновом свинце, а также от практики снятия шликеров и колеблется на разных заводах в больших пределах (7,5—30 от исходного чернового свинца). Наши свинцовые заводы (Чимкентский, Усть-Каменогорский) отличаются очень большим выходом шликеров, достигающим 25—28%, и, как следствие, пониженным содержанием в шликерах меди (10—13%) и повышенным содержанием свинца.
Иногда в черновой свинец перед съемом шликеров для предотвращения окисления свинца и лучшего отделения его от шликеров добавляют в небольшом количестве (на заводе Сан Гавино 0,3—0,4%) коксовую мелочь. Она способствует отделению корольков свинца от шликеров, так как кокс не смачивается свинцом. Иногда с этой же целью в черновой свинец добавляют оборотный шлак, дробленый штейн или другие полупродукты, что нежелательно, так как это усложняет последующую переработку шликеров.
Содержание мышьяка в шликерах непосредственно зависит от его содержания в черновом свинце. Было установлено, что мышьяк на 65—70% переходит в шликеры. Он образует с медью химическое соединение, ликвирующее из чернового свинца в шликеры.
Сурьма при обезмеживании в основном остается в черновом свинце. Это объясняется тем, что соединения меди с сурьмой (типа Cu3Sb) разлагаются мышьяком вследствие его большего сродства к меди. Металлическая сурьма образует со свинцом сплав с эвтектикой состава: 13% Sb и 87% Pb. Эвтектический сплав мышьяка и свинца содержит только 3,1% As, что также влияет на различное поведение этих примесей при обезмеживании.
Сера находится в шликерах в составе штейна, а также в виде свободных Сu2S и PbS.
Содержание благородных металлов в сухих шликерах, как правило, выше, чем в черновом свинце, так как золото и серебро дают с медью твердые растворы; кроме того, золото хорошо растворяется в арсенидах и антимонидах меди.
К преимуществам рассмотренного метода обезмеживания свинца следует отнести:
1) низкую температуру процесса,
2) большую полноту удаления меди (практически до следов),
3) малый расход серы (около 1 кг серы на 1 г свинца).

Процесс обезмеживания имеет и ряд недостатков, главнейшие из которых:
1) длительность процесса; на одну операцию в котле большой емкости требуется до 18—24 ч, а иногда и более;
2) периодичность процесса;
3) большой выход шликеров: при медистом свинце получают до 20—25%) шликеров и более от исходного чернового свинца;
4) удаление из процесса вместе со шликерами больших количеств свинца, золота и серебра.
Все операции рафинирования свинца осуществляют в нескольких котлах, число которых определяют в зависимости от технологической схемы и принятой практики рафинирования. Котлы устанавливают в один или два ряда в общем крановом пролете.
Для обслуживания котлов имеются две рабочие площадки: одна на уровне земли для обслуживания топки, а вторая на уровне верхней отметки котла для выполнения всех технологических операций по рафинированию.
Вокруг каждого котла устроено ограждение в виде сборных конструкций во избежание несчастных случаев. При сравнительно низких температурах обезмеживания (а также и других рафинировочных процессов) свинец испаряется в незначительных количествах, но большие поверхности теплового излучения создают для работающих тяжелые условия.
Для защиты вокруг верхней кромки котла помещают кольцевую трубу со щелями. Подаваемый в эту трубу сжатый воздух, вырываясь через щели, направляется кверху, образуя вокруг котла экран, защищающий работающих от лучистого тепла, пыли и паров. У котлов устраивают также приточную вентиляцию и воздушный душ.
При погружении в жидкий свинец холодных или сырых предметов (лом, насос и т. п.) он сильно разбрызгивается; во избежание ожогов все погружаемые в свинец инструменты и оборудование предварительно подогревают.