Марченко Н.В. Металлургия тяжелых цветных металлов

Подождите немного. Документ загружается.

1. СВОЙСТВА, СЫРЬЕВАЯ БАЗА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА И ЦИНКА

1.4. Современные перспективы развития металлургии свинца и цинка



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

Поэтому переработка полупродуктов основного производства с целью

полноты и комплексности использования сырья имеет огромное народно-

хозяйственное значение.

Необходимыми мероприятиями по повышению использования сопут-

ствующих свинцу и цинку компонентов сырья являются изучение поведения

и распределения их в основном металлургическом производстве и организа-

ция комплексной переработки продуктов их концентрации.

Рис. 1.1. Технологическая схема переработки свинцовых концентратов

методом шахтной восстановительной плавки

В настоящее время для переработки свинецсодержащего сырья на

большинстве металлургических заводов применяется схема по методу агло-

мерация – шахтная восстановительная плавка – рафинирование чернового

свинца – переработка полупродуктов (рис. 1.1

Широкое распространение этой схемы определяется относительной

простотой аппаратурного оформления, возможностью использования ее

для переработки как бедных, так и богатых концентратов и высокой ком-

плексностью использования сырья. При рациональной организации перера-

ботки промпродуктов, помимо свинца, удается извлечь цинк, серу, медь, зо-

1. СВОЙСТВА, СЫРЬЕВАЯ БАЗА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА И ЦИНКА

1.4. Современные перспективы развития металлургии свинца и цинка



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

лото, серебро, висмут, мышьяк, сурьму, олово, ряд редких и рассеянных

элементов.

В настоящее время во всем мире интенсивно ведутся работы по созда-

нию новых технологических процессов, использующих принцип реакцион-

ной плавки, с учетом последних достижений металлургического и теплотех-

нического машиностроения. При этом в новых автогенных процессах ис-

пользуется тепло от сгорания сульфидов, отпадает необходимость в расходо-

вании большого количества флюсов, становится возможной практически

полная утилизация серы из печных газов, резко снижаются капитальные и

эксплуатационные затраты, габариты основного оборудования небольшие,

затраты на внутренний транспорт низкие, улучшены в связи с незначитель-

ным выбросом вредных газов условия труда, возможна автоматизация

процесса.

У нас в стране разработан и является перспективным для переработки

свинцовых концентратов процесс КИВЦЭТ-ЦС. Процесс КИВЦЭТ-ЦС вклю-

чает следующие последовательно проводимые операции: обжиг-плавку ис-

ходного сырья в атмосфере технического кислорода, углетермическое вос-

становление металлов из шлаковой фазы в электротермической камере уста-

новки, окисление и конденсацию возгонов электротермической камеры, очи-

стку технологических газов обжигово-плавильной камеры. Кроме КИВЦЭТ-

ЦС-процесса, существуют еще ряд автогенных процессов.

В производстве цинка для переработки концентратов в мировой прак-

тике в настоящее время используют пирометалургический и гидрометаллур-

гический способы (рис. 1.2

, рис. 1.3).

Изучение поведения редких элементов и других спутников свинца и

цинка при переработке концентратов по вышеуказанным схемам (рис. 1.1

рис. 1.2

, рис. 1.3) позволило сделать некоторые выводы, приведенные ниже.

При переработке свинцовых концентратов методом восстановительной

плавки (рис. 1.1

) в процессе агломерирующего обжига в возгоны переходит

около 50 % таллия, по 30 % селена и теллура, кадмий переходит в пыль на

10–17 %, сурьма возгоняется на 30–40 %. Индий, германий, висмут, олово

практически полностью остаются в агломерате в виде оксидов.

Таллий возгоняется в виде летучего оксида (Tl

O) и сульфида (Tl

S).

Селен и теллур переходят при обжиге в газовую фазу в виде оксидов (SeO

TeO

). Частично эти оксиды конденсируются и переходят в пыль. Селен в

большей степени, чем теллур, вместе с отходящими газами поступает в сер-

нокислотное производство, где переходит в шлам.

Кадмий в незначительном количестве при обжиге возгоняется в виде

оксида (CdO), основная масса его остается в агломерате. В агломерате оста-

ется до 30 % мышьяка и до 60 % сурьмы в виде пятивалентных оксидов.

1. СВОЙСТВА, СЫРЬЕВАЯ БАЗА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА И ЦИНКА

1.4. Современные перспективы развития металлургии свинца и цинка



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

Цинковый концентрат

Агломерирующий окислительный обжиг

Агломерат Запыленные газы

Приготовление шихты Очистка от пыли

Шихта Газы Пыль

Восстановление На производство

и дистилляция цинка Н

На переработку

Промпродукты Парогазовая смесь

На переработку К о н д е н с а ц и я

Цинковая пыль Пусьера Черновой цинк

На переработку Рафинирование

(ликвация, ректификация)

Цинк Промпродукты

товарный

Рис. 1.2. Схема пирометаллургического способа переработки

цинковых концентратов

При шахтной плавке свинцового агломерата в возгоны переходит до 80 %

кадмия в металлической форме, 30–35 % таллия, примерно 60 % теллура и

40 % селена, не более 20 % индия. В основном указанные элементы возгоня-

ются при плавке в виде металлов, окисляясь в газовой фазе, и переходят в

виде оксидов в пыль. Остальная часть элементов распределяется между чер-

новым свинцом, шлаком и штейном.

В шлак переходит до 50 % индия, 75 % германия, некоторое количест-

во кадмия, таллия и основная масса олова. При фьюминговании шлаков гер-

маний и индий на 80–90 %, а кадмий на 95 % от содержания их в шлаке пере-

ходят в возгоны. Возгоняется также некоторое количество теллура, таллия,

мышьяка и сурьмы.

В черновой свинец переходит до 40 % теллура, 30 % индия, почти пол-

ностью висмут, значительное количество сурьмы, до 20 % мышьяка и герма-

ния и небольшие количества селена и кадмия.

1. СВОЙСТВА, СЫРЬЕВАЯ БАЗА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА И ЦИНКА

1.4. Современные перспективы развития металлургии свинца и цинка



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

Цинковый концентрат

Окислительный обжиг

Огарок Запыленные газы

Классификация Очистка от пыли

Крупная фракция Мелкая фракция Пыль Газы

Измельчение На производство

Выщелачивание

Сульфатный раствор Цинковый кек

Очистка от примесей На переработку

Раствор Промпродукты

Электролиз На переработку

Отработанный Катодный

электролит цинк

Переплавка

Дроссы Товарный цинк

На переработку

Рис. 1.3. Технологическая схема гидрометаллургического способа переработки

цинковых концентратов

В процессе рафинирования чернового свинца индий выделяется в виде

интерметаллидов с мышьяком, сурьмой и медью. В медные съемы переходит

до 90 % кадмия, 80 % селена, 65 % германия и 40 % теллура от содержания

этих металлов в черновом свинце.

Сурьма, мышьяк и небольшое количество олова концентрируются в

шлаках или щелочном плаве при рафинировании свинца от указанных при-

месей. При переработке щелочного плава получают антимонатный сурьмя-

ный концентрат с содержанием сурьмы до 47 %. Висмут при рафинировании

свинца образует висмутовые дроссы с содержанием висмута до 5 %.

В штейн при плавке переходит 30 % теллура и 30 % селена в виде тел-

лурида и селенида меди. При переработке штейна конвертированием боль-

шая часть теллура и селена переходит в черновую медь.

1. СВОЙСТВА, СЫРЬЕВАЯ БАЗА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА И ЦИНКА

1.4. Современные перспективы развития металлургии свинца и цинка



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

Содержание редких элементов в пылях и возгонах, получаемых на

свинцовых заводах при переработке концентратов шахтной восстановитель-

ной плавкой, характеризуется цифрами, приведенными ниже (табл. 1.2

табл. 1.3

)

Таблица 1.2

Состав пылей свинцового производства

Металлы

Содержание, %

Металлы

Содержание, %

45–55

0,05–0,2

10–20

0,02–0,06

1,6–3,5

0,1–0,2

0,2–1,0

0,001–0,003

Таблица 1.3

Состав возгонов, полученных при переработке шлаков фьюмингованием

Металлы

Содержание, %

Металлы

Содержание, %

14–20

0,003–0,01

50–60

0,001–0,006

0,03–0,2

0,002

0,005–0,007

Концентрация редких элементов в пылях и возгонах больше по сравне-

нию с содержание их в концентратах в 20–100 раз.

При переработке свинцовых концентратов процессом КИВЦЭТ-ЦС

распределение редких металлов происходит следующим образом: основная

масса селена (до 80 %) переходит в газовую фазу обжигово-плавильной ка-

меры, до 30 % теллура переходит в пыль обжигово-плавильной камеры, ин-

дий, германий, таллий переходят в шлак, а при доработке шлака в электро-

термической камере на 80–90 % возгоняются и концентрируются в возгонах.

В возгоны электротермической камеры переходит на 95 % кадмий. Висмут и

сурьма переходят в черновой свинец.

Пыли и возгоны свинцового производства являются основным сырьем

для получения ряда редких элементов.

На гидрометаллургических цинковых заводах (рис. 1.3

) при обжиге

цинковых концентратов при температуре 950–980 °С большая часть индия,

германия, остается в огарке, таллий на 60–70 % возгоняется и концентриру-

ется в пылях, селен и теллур в виде оксидов (SeO

и TeO

) возгоняются в зна-

чительной степени, частично конденсируются в пыли, а большей частью

вместе с газовой фазой поступают в сернокислотное производство. Кадмий в

основной массе остается в огарке в виде оксида и сложных соединений (фер-

ритов, силикатов, алюминатов).

1. СВОЙСТВА, СЫРЬЕВАЯ БАЗА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА И ЦИНКА

1.4. Современные перспективы развития металлургии свинца и цинка



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

При выщелачивании обоженного цинкового концентрата и пыли вме-

сте с цинком переходят в раствор: кадмий на 80–85 %, таллий на 80–85 %,

небольшое количество индия и германия. В основной массе индий и герма-

ний остаются в цинковом кеке. В нем также присутствует некоторое количе-

ство селена и теллура.

При очистке раствора сульфата цинка от меди и кадмия таллий цемен-

тируется цинковой пылью и концентрируется вместе с кадмием в медно-

кадмиевом кеке.

При переработке цинковых кеков вельцеванием большая часть редких

элементов переходит в возгоны, концентрируясь в вельцокислах. Возгоняется

при вельцевании таллий на 70–75 %, селен на 70–80 %, теллур на 75–85 % ,

индий на 70–75 %, германий на 75–80 %, кадмий на 92–95 % от содержания

их в кеке. При переработке вельцокислов указанные элементы можно полу-

чать в виде товарных металлов.

При переработке цинковых кеков по гидрометаллургической техноло-

гии в процессе высокотемпературного выщелачивания в раствор переходит

85–95 % кадмия, 95–98 % индия, по 85–90 % таллия, селена, теллура и гер-

мания, из раствора редкие элементы могут быть выделены в редкометальный

кек. Свинец и благородные металлы на 94–97 % остаются в свинцовом кеке

после выщелачивания. Кадмий вместе с медью концентрируется при цемен-

тационной очистке сульфатного раствора цинка в медно-кадмиевом кеке.

При переработке цинковых концентратов по пирометаллургической

технологии (рис. 1.2

) в процессе агломерирующего обжига возгоняются:

кадмий на 80–90 %, таллий на 70–80 %, германий частично улетучивается в ви-

де хлорида и оксидов, большая часть селена и теллура возгоняется, на 90 %

возгоняется из концентрата свинец. Эти металлы концентрируются в пылях.

Индий при обжиге улетучивается незначительно. При дистилляции герма-

ний, как высококипящий металл (t

кип

= 2 690 °С) накапливается в остатках от

дистилляции цинка (шлаках, раймовке), индий улетучивается на 60–70 %.

Это объясняется тем, что при температуре 1 300 °С давление паров индия

значительно. Кадмий, присутствующий в агломерате, при дистилляции прак-

тически полностью переходит в парогазовую смесь, а при конденсации пара

концентрируется в пусьере и частично переходит в черновой цинк. При ра-

финировании чернового цинка ректификацией кадмий переходит в конденсат

кадмиевой колонны. Индий концентрируется в кубовом остатке свинцовой

колонны.

Анализ работы предприятий свинцово-цинковой промышленности в

отечественной и зарубежной практике показал, что свинцово-цинковая про-

мышленность играет решающую роль в производстве редких металлов, осо-

бенно кадмия, индия, таллия, германия, а также теллура, селена.

Из полупродуктов свинцово-цинкового производства получают прак-

тически полностью кадмий, около 90 % индия, 75 % германия, 60 % таллия,

30–40 % селена и теллура.

1. СВОЙСТВА, СЫРЬЕВАЯ БАЗА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА И ЦИНКА

1.4. Современные перспективы развития металлургии свинца и цинка



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

Пыль, возгоны и промпродукты рафинирования чернового свинца яв-

ляются основным сырьем для получения ряда редких элементов и других

спутников свинца на свинцовом производстве.

На цинковом производстве для повышения комплексности использова-

ния ценных компонентов сырья необходима организация рациональной пе-

реработки цинковых кеков, медно-кадмиевых кеков, пылей, получаемых при

агломерирующем обжиге цинковых концентратов, а также пусьеры пироме-

таллургических заводов, кубового остатка свинцовой ректификационной ко-

лонны, кадмиевого конденсата и, кроме того, переработки шлака, штейна,

раймовки.

Важнейшим свойством сырья цветной металлургии является способ-

ность к значительному выделению тепла при его переработке. Огромное ко-

личество энергии скрыто и выделяется в процессе пирометаллургической пе-

реработки различного сульфидного сырья, к которому относятся сульфидные

свинцовые и цинковые концентраты, а также сульфидные медные, никелевые

концентраты и полупродукты их переработки. Эта энергия образует значитель-

ную часть вторичных энергетических ресурсов. Она составляет более 30 % от

общего количества вторичных энергоресурсов в цветной металлургии.

Рационально и бережное использование топливно-энергетических ре-

сурсов имеет в настоящее время исключительно большое значение. Так, со-

кращение расхода топлива в масштабах народного хозяйства на 1 % дает

экономию в 10 млн т условного топлива.

Использование теплоты сгорания сульфидных материалов и вторичных

энергоресурсов является важным резервом экономии топливно-энергетических

ресурсов в цветной металлургии. Проблема экономии энергетичеких ресур-

сов в цветной металлургии может решаться двумя способами: разработка и

внедрение автогенных процессов переработки сырья, осуществляемых за

счет собственного энергетического потенциала, и использование вторичных

энергоресурсов как ценного свойства продуктов и полупродуктов (использо-

вание тепла отходящих газов, шлаков и т.п.). К автогенным процессам отно-

сятся обжиг сульфидных концентратов, кислородно-факельная плавка –

КИВЦЭТ-ЦС процесс, взвешенная плавка, плавка в жидкой ванне.

Цветная металлургия имеет значительные резервы использования вто-

ричных энергоресурсов. К ним относятся выработка энергии на утилизаци-

онных установках, использование тепла отходящих газов для производства

пара и для выработки электроэнергии.

Не меньшее экономическое значение имеет использование вторичных

энергоресурсов.

Для очистки отходящих газов от пыли необходимо охлаждать их с

1 000–1 200 °С до 300–400 °С. Если тепло не утилизируется, то охлаждение

газов перед электрофильтрами осуществляется разбавлением их в 3–4 раза

воздухом. Охлаждение газов в котлах-утилизаторах позволит уменьшить

объем их и сократить количество устанавливаемых электрофильтров, за счет

чего может быть получена экономия в несколько млн рублей. Кроме того, в

котлах-утилизаторах улавливается часть пыли, что обеспечивает более высо-

1. СВОЙСТВА, СЫРЬЕВАЯ БАЗА, ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ СВИНЦА И ЦИНКА

1.4. Современные перспективы развития металлургии свинца и цинка



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

кое качество очистки газов на последующих стадиях. Низкие разбавления от-

ходящих газов воздухом позволяют увеличить концентрацию сернистого ан-

гидрида (SO

) в газах и получить при этом большой экономический эффект.

Применение нагретого дутья отходящими газами при пирометаллурги-

ческих процессах позволяет сократить расход топлива и дает возможность

более эффективно организовать производство.

Использование вторичных энергетических ресурсов при переработке

свинцово-цинкового сырья оказывает большое влияние на эффективность его

комплексной переработки.

Свинцово-цинковая промышленность имеет значительные резервы ис-

пользования вторичных энергоресурсов как одного из элементов комплекс-

ного состава сырья, а именно его энергетических свойств.

Повышение комплексности использования компонентов свинцово-

цинкового сырья с улучшением технико-экономических показателей работы

свинцовых и цинковых предприятий в значительной степени зависит от сле-

дующих факторов:

– от совершенствования процессов обогащения полиметаллических

руд, содержащих свинец и цинк;

– от улучшения подготовки шихты к металлургическим процессам;

– от совершенствования технологии и оборудования на процессах об-

жига свинцовых и цинковых концентратов;

– от улучшения технологии плавки свинцовых концентратов, рафини-

рования чернового свинца и металлургической переработки цинковых кон-

центратов путем внедрения непрерывных процессов, использования кисло-

рода, природного газа;

– от применения более совершенных методов газоочистки и пылеулав-

ливания;

– от совершенствования способов переработки всевозможных полу-

продуктов свинцового и цинкового производства;

– от рациональной металлургической переработки полупродуктов обо-

гащения свинцово–цинковых руд и пиритных концентратов, которые во мно-

гих случаях используются только для получения серной кислоты, а пиритные

огарки большей частью идут в отвал;

– от механизации и автоматизации трудоемких процессов.

Первичное и вторичное сырье необходимо предварительно подготав-

ливать к металлургической переработке. Подготовка включает операции ус-

реднения, дробления, измельчения, окускования, сушки и т.д.

Металлургам известно: хорошо подготовленная шихта – залог успеха.



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

Свинец можно получить двумя путями: пирометаллургическим и гид-

рометаллургическим. При пирометаллургическом способе переработки кон-

центратов весь материал, содержащий свинец, подвергают плавке. При гид-

рометаллургическом способе пользуются растворением свинцовых соедине-

ний в различных растворителях с последующим выделением свинца из рас-

твора цементацией или электролизом.

Основные гидрометаллургические способы получения свинца: разло-

жение концентратов в водных растворах хлорного железа; нитратно-

ферритное вскрытие; автоклавное выщелачивание.

К достоинствам этого способа переработки свинецсодержащих мате-

риалов относят:

– избирательное извлечение металлов из забалансового (труднообога-

тимого, с невысоким содержанием свинца, полиметаллического) сырья;

– комплексную переработку сырья с высокой степенью извлечения

элементов в качественные продукты – как основу безотходной, экологиче-

ской выдержанной технологии;

– компактное производство, проще механизируемое и автоматизиро-

ванное, менее трудоемкое и опасное для здоровья трудящихся.

Гидрометаллургические способы практически не применяются в на-

стоящее время, объясняется это существенными недостатками процесса:

– необходимость подготовки концентрата к выщелачиванию посредст-

вом сульфатизирующего или хлорирующего обжига – операция дорогая и

сложная;

– при выщелачивании получается большое количество растворов

вследствие ограниченной растворимости свинцовых соединений в испытан-

ных растворителях;

– при осаждении из хлоридных растворов как цементацией, так и элек-

тролизом свинец получается в виде губки, которую требуется брикетировать

для получения удовлетворительного выхода свинца в чушковой металл при

переплавке;

– получаемый по гидрометаллургической схеме свинец нуждается в

рафинировании.

В настоящее время исследуются гидрометаллургические способы по-

лучения свинца по иным технологическим схемам с применением других

растворителей. Но оптимального варианта гидрометаллургического способа

получения свинца пока не найдено.

2. МЕТАЛЛУРГИЯ СВИНЦА



Металлургия тяжелых цветных металлов. Учеб. пособие

В настоящее время практически весь свинец получают пирометаллур-

гическими способами, для чего используют восстановительную, реакцион-

ную, осадительную, содовую или щелочную плавки.

Восстановительная плавка – это метод получения свинца из предва-

рительно обожжённого и спечённого концентрата, проплавляемого в шахт-

ной печи в восстановительной атмосфере.

Сульфидный свинцовый концентрат, полученный после обогащения

соответствующих руд, смешивается с флюсами и подвергается окислительно-

спекающему обжигу. При обжиге сульфид свинца превращается в оксид по

реакции

PbS + 1,5O

= PbO + SO

(2.1)

При этом окисляются и сульфиды других металлов, а обжигаемая

смесь спекается, превращаясь в агломерат. Окускование материала при об-

жиге необходимо для последующей плавки в шахтной печи.

Плавку агломерата в шахтной печи проводят при восстановительной

атмосфере, т.е. при содержании в печных газах достаточного количества оки-

си углерода (около 60 % СО), энергично восстанавливающей свинец из окис-

лительной формы:

PbO + CO = Pb + CO

(2.2)

Оксид свинца (РbО) частично восстанавливается также и углеродом

кокса. При шахтной плавке получают следующие продукты:

– черновой свинец, содержащий золото, серебро, медь, теллур, висмут

и другие примеси;

– штейн – сплав сульфидов металлов, содержащий медь, свинец и бла-

городные металлы;

– шлак – сплав окислов металлов и металлоидов, нередко содержащий

много цинка (более 10 %);

– запыленные газы.

Черновой свинец рафинируют и получают при этом чистый свинец,

сплав золота с серебром, висмут и некоторые другие ценные продукты.

Штейн и другие содержащие медь полупродукты либо отправляют на мед-

ный завод, либо здесь же, на свинцовом заводе, перерабатывают на черновую

медь. Шлаки обесцинковывают и полученную пыль отправляют на цинковый

завод. Газы после очистки от пыли выбрасывают в атмосферу.

При рациональной переработке полупродуктов шахтной плавки и ра-

финировочных процессов удаётся комплексно извлечь из сырья свинец, зо-

лото, серебро, медь, цинк, висмут, мышьяк, сурьму, олово и ряд других рас-

сеянных элементов.