Войти  |  Регистрация
Авторизация
» » Обесцинкование свинца под вакуумом

Обесцинкование свинца под вакуумом


На ряде заводов за последние годы стали применять новый метод обесцинкования свинца под вакуумом.
Метод основан на использовании значительной разницы в упругости паров цинка и свинца.
В табл. 57 приведены значения упругости пара цинка и свинца при различных температурах над чистыми металлами и дан коэффициент разделения металлов (отношение p'Zn/p'Pb) из сплава, содержащего 0,50% Zn. Значения парциальных давлений p'Zn и p'Pb над сплавом рассчитаны по закону Рауля о равновесии между жидкостью и паром в идеальных растворах.
Обесцинкование свинца под вакуумом

Чем ниже температура, тем лучше разделяются металлы сплава.
Отгонка в вакууме обладает следующими преимуществами по сравнению с отгонкой при атмосферном давлении:
1. Возрастает скорость испарения.
2. Снижается температура процесса и обеспечивается лучшее разделение компонентов (см. табл. 57).
3. Устраняется окисление металлов.
Система Pb—Zn, строго говоря, не подчиняется закону идеальных растворов. Даже при малых концентрациях цинка сплавы имеют ярко выраженное положительное отклонение, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия между компонентами сплава. В связи с этим условия разделения сплавов будут более благоприятными по сравнению с идеальными растворами.
На рис. 129 приведены значения активности цинка (аZn) в зависимости от температуры для сплавов Pb—Zn, содержащих от 0,01 до 0,50% Zn.
Парциальную упругость паров цинка рассчитывают по формуле
p'Zn = apZn0,

где а — активность цинка (из рис. 129);
pZn0 — упругость пара над чистым цинком, н/м2.
Обесцинкование свинца под вакуумом

Упругости паров цинка и свинца не зависят от остаточного давления в системе и определяются температурой и составом сплава. В вакуумных процессах на величину большое влияние оказывает глубина слоя жидкого свинца, поскольку давление этого слоя становится сравнимым или превышает остаточное давление в системе. При испарении из слоя давление пара металла p'Me должно быть
p'Me ≤ рост.давл + ргидростат.

В связи с этим при вакуумных процессах стремятся вести отгонку из тонких слоев сплава либо подвергать его мелкому распылению (разбрызгиванию).
В отличие от термодинамической константы (упругости пара), кинетическа величина (скорость испарения) зависит от остаточного давления в аппарате. Чем меньше посторонних газов над жидкостью, тем легче диффундировать молекулам пара от поверхности испарения к конденсатору, тем выше скорость испарения.
Наиболее благоприятные условия создаются, когда давление остаточных газов становится меньше или равным равновесной упругости паров, т. е. p'Zn ≥ рост.давл. При обесцинковании свинца, на пример до остаточного содержания 0,05% Zn, равновесная упругость цинка над этим сплавом при 600° С равна р'Zn =30 н/м2 и остаточное давление в системе не должно превышать этой величины.
Теоретическая скорость испарения G0 может быть определена по уравнению Ленгмюра:
G0 = 0,06p √M/T,

где p0 — упругость пара металла в сплаве;
M — атомный вес металла;
T — температура, °К.
Действительная скорость дистилляции ниже, чем определяемая по этой формуле. Скорость снижается в основном из-за присутствия остаточных газов, взаимного влияния испаряемых атомов, проводимости системы и т. п., т. е. влияет все то, что приводит к повышенным межатомным столкновениям в вакууме и заставляет испарившиеся атомы металла вновь возвратиться в расплавленный металл. Реальная скорость дистилляции зависит от скорости трех составных частей процесса: испарения, диффузии пара в вакуумном пространстве и конденсации.
Цинк при вакуумной отгонке можно конденсировать и в жидкое, и в твердое состояние. При всех случаях вакуумная конденсация паров металлов в твердое состояние представляет более легкую задачу. Характер конденсации определяется соотношением между равновесным давлением пара цинка над сплавом (p'Zn) и давлением пара цинка (рZn0) при температуре его плавления.
При p'Zn ≥ pZn0 возможна успешная конденсация цинка в твердое и жидкое состояние. При 600° С p'Zn для конечного сплава с 0,05% Zn, как указывалось, равно 30 н/м2; при 420° С pZn0 = 20,7 н/м2. Если конденсировать цинк в твердое состояние, то pZn0, близка к нулю и разность р'Zn—рZn0 становится больше, вследствие чего возрастает скорость процесса и глубина обесцинкования. При р'Zn ≤ рZn0 основное количество паров цинка будет конденсироваться за пределами конденсатора и осаждаться в виде порошка.
Для практического осуществления этого способа применяют аппарат, представленный на рис. 130.
Обесцинкование свинца под вакуумом

Колокол полусферической формы (диаметром в верхней части 3200 мм и высотой 1600 мм) с приваренной сверху крышкой и со срезанным дном сварен из 25-мм пластин жаропрочной стали. Крышка колокола по всей площади охлаждается водяной рубашкой. Вода для охлаждения входит в два диаметрально расположенных отверстия и выходит через отвод вверху трубы для выкачивания воздуха, также заключенный в водяную рубашку.
Рама, к которой крепится колокол, выполнена из тяжелых двутавровых балок, приваренных к кольцу из таврового железа, и установлена на нескольких кронштейнах со штифтами.
Свинец перемешивается четырехлопастным импеллером, который приводится в действие мотором и делает 165 об/мин.
Разрежение под колоколом создается вакуум-насосом, снабженным маслоотделителем и спускным клапаном. Вакуум-насос соединен с колоколом 120-мм трубой.
Практика обесцинкования свинца по этому методу заключается в следующем. Обессеребренный свинец нагревают в рафинировочном котле до 400—425° С, с его поверхности снимают дроссы, а затем нагревают до 580—590° С. В нагретый свинец погружают аппарат для обесцинкования и включают вакуум. В течение всего процесса рафинирования остаточное давление под колоколом поддерживают около 6,6 н/м2. Положение колокола, внутренняя часть которого отделена от внешнего пространства гидравлическим затвором из расплавленного свинца, регулируют штифтами. Для поддержания оптимальной температуры процесса котел обогревают топочными газами.
В этих условиях цинк, растворенный в свинце, быстро испаряется. Пары цинка оседают на верхней, охлаждаемой части колокола и образуют друзы. Полученный твердый металлический цинк периодически удаляют. Продолжительность операции около 5 ч.
При рафинировании под вакуумом удаляется более 90% Zn, почти весь кадмий и в незначительной степени сурьма.
По окончании операции топку под котлом выключают, мешалку останавливают и открывают спускной клапан в вакуумной линии — давление под колоколом повышается до атмосферного. Аппарат поднимают краном, устанавливают на стальную раму, охлаждают и очищают от осевшего цинка пневматическим молотком. Цинк, сконденсированный в кристаллическую массу на стенках, легко снимается с них.
Процесс позволяет полностью устранить окисление свинца и пылеобразование и быстро регенерировать около 90% Zn, возвращаемого на обессеребрение.
Недостаток этого процесса — невозможность полного удаления цинка.
Свинец после рафинирования под вакуумом перекачивают в другой котел и окончательно обесцинковывают в нем щелочным способом.
Обесцинкование свинца под вакуумом

Первыми исследованиями по обесцинкованию свинца в котле емкостью 50 г, проведенными в России, была показана возможность осуществления периодического процесса в промышленном масштабе и отработаны показатели процесса. Была разработана иная, чем на заводе Геркулениум (США), конструкция вакуумного аппарата. На отечественных заводах вместо мешалки используют центробежный насос для перекачки свинца, что позволило увеличить поверхность и интенсивность испарения цинка.
Полупромышленными испытаниями было установлено, что в пределах температуры свинца 580—620° С и остаточного давления 20—46,5 н/м2 испаряется и конденсируется до 80—83% Zn. Конденсат в среднем содержал 70—80% Zn, а скорость испарения цинка составила 35 мг/мин*см2 спокойной поверхности свинца в реакторе. Продолжительность операции составляла 5—6 ч.
Дальнейшие исследования процесса вакуумного обесцинкования проводили с помощью аппарата, сконструированного для котла емкостью 150 т. Промышленный аппарат несколько отличался от полупромышленного и представлял цилиндр диаметром 3 м, изготовленный из обычной стали, с толщиной стенки 25 мм. Конденсатор разделен на две части, подача и отвод воды в которых осуществляются раздельно. Каждая половина имеет перегородки для увеличения скорости циркуляции воды в конденсаторе. Свинец перемешивался и разбрызгивался насосом, помещенным в рабочем цилиндре в специальной защитной трубе. Возросли диаметр аппарата, площадь испарения и конденсации, а также было сведено до минимума окисление свинца, находящегося между стенками вакуумного аппарата и котла.
Конструкция вакуумного аппарата приведена на рис. 131.
При температуре свинца 600—620° С и остаточном давлении 62,5—66,5 н/м2 отгоняется и конденсируется до 85% Zn. Содержание цинка в свинце уменьшается с 0,55—0,57 до 0,08—0,10%. Основное количество цинка (до 70—78%) удалялось за первые 2—2,5 ч работы (рис. 132).
Обесцинкование свинца под вакуумом

Условная удельная скорость отгонки цинка составила 29—37 кг/мин*см2 спокойной поверхности испарения. За операцию получается 1000—1200 кг конденсата, содержащего 62—83% Zn, который используется для обессеребрения свинца. В возгоны переходит не более 0,5% Pb. Применение вакуумного обесцинкования позволяет свинцовым заводам в зависимости от содержания благородных металлов в черновом свинце сократить на 30—50% расход цинка и щелочи на второе щелочное рафинирование свинца.
Влияние температуры дистилляции на полноту и скорость отгонки цинка видно из табл. 58.
При повышении температуры от 600 до 700° С остаточное содержание цинка в свинце снижается с 0,14—0,22 до 0,04—0,015%, т. е. в 5—10 раз. Увеличение скорости отгонки с ростом температуры связано с возрастанием летучести цинка (в 3—5 раз на каждые 100° С) и с увеличением скорости диффузии цинка к поверхности испарения.
Обесцинкование свинца под вакуумом

Изменение содержания цинка от 0,5 до 6,0% существенно не влияет на полноту его отгонки, что связано с резким возрастанием летучести цинка из-за повышения активности его в расплаве.
Отгонку цинка из свинцовоцинковых сплавов изучали при остаточных давлениях от 665 до 0,133 н/м2. Значительное влияние на нее оказывает снижение остаточного давления до 13,3 н/м2 (при прочих равных условиях), дальнейшее понижение остаточного давления до 1,33 и даже 0,133 н/м2 сказывается незначительно.
Отгонка цинка под вакуумом протекает с достаточной скоростью лишь тогда, когда летучесть отгоняемого компонента (или компонентов) сплава примерно равна или несколько превышает по величине остаточное давление в системе. При остаточном давлении 1,33 и тем более 13,3 н/м2 отгонка цинка при содержании его в свинце менее 0,01% (вес.) должна идти очень медленно даже при 650° С.
Обесцинкование свинца под вакуумом

О влиянии толщины слоя свидетельствует рис. 133. Как видно из рисунка, при 600° С увеличение толщины слоя с 6—16 до 50—80 мм ухудшает очистку примерно в 10 раз, а при слое 220 мм — почти в 40 раз. При температуре 700° С ослабляется влияние толщины слоя, особенно если она не превышает 50—70 мм. Однако увеличение толщины слоя с 6 до 220 мм и в этом случае ухудшает обесцинкование в 6 раз.
Для конденсатов, полученных после обесцинкования свинца, характерно повышение содержания свинца, особенно при рафинировании металла, перегретого до 700° С и выше. Так, при 700° С в конденсате содержится до 80—90% Pb, а при 600° С 3—7% Pb. Понижение разрежения облегчает испарение свинца и обогащает им конденсат.
При промышленном внедрении вакуумного обесцинкования свинца на заводе «Электроцинк» в котле емкостью 100 т изучались зависимость извлечения цинка и удельной скорости отгонки цинка от продолжительности процесса (рис. 134).
По мере увеличения продолжительности отгонки удельная скорость ее уменьшается, а извлечение цинка возрастает.
Обесцинкование свинца под вакуумом
Добавлено Serxio 1-03-2017, 11:45 Просмотров: 713
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