СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВИНЦА ИЗ СУЛЬФИДА СВИНЦА Российский патент 1998 года по МПК C22B13/02 

Способ относится к цветной металлургии, в частности к способам получения свинца из сульфидного сырья.

Известен способ извлечения свинца из сульфидных концентратов возгонкой [1]. По этому способу концентрат, содержащий Pb - 72, Fe - 5, S - 14, SiO₂ - 3, CaO - 3, Al₂O₃ - 3, нагревали дымовыми газами 1100^oC. При этом возгонялось 97% свинца в виде сульфида. В газ дозированно вводили кислород для превращения части свинца в оксид. Последний, взаимодействуя с сульфидом, давал металлический свинец. При охлаждении газа до температуры 1000^oC металл конденсировался. Охлаждение вели путем орошения хладагентом, предпочтительно расплавленным свинцом.

Недостатками этого способа являются большое количество газов, необходимость использования воздуха, обогащенного кислородом, а также необходимость использования расплавленного свинца для орошения. Поэтому образуются большое количество запыленных газов и унос металла с ними, их необходимо очищать, возвращать в процесс пыль и как следствие - ухудшение экологической обстановки.

Известен способ производства металлического свинца прямым сплавлением [2] . Металл получают из свинецсодержащих материалов путем окислительной плавки и последующего восстановления расплава, образующихся оксидов. Восстановление осуществляют с помощью твердого углеродсодержащего реагента, присутствующего в расплаве. Необходимо также присутствие в расплаве твердого карбонатсодержащего материала, например известняка, доломита или кальцинированной соды.

Однако способ требует применения восстановителей, кроме того, известняк совместно с примесями образует шлаки.

Указанный способ близок к способу плавки в печи Калдо [3].

Процесс предназначен для переработки чистых и комплексных (содержащих медь) концентратов свинца и свинецсодержащих пылей. Преимущество, по мнению авторов, в высокой производительности и автогенной плавке, в защите окружающей среды. Печь Калдо диаметром 3,6 м и длиной 6 м футерована хромомагнезитовым кирпичом, она вращается плавно со скоростью 0-30 об/мин, наклонена под углом 28^o.

Опытные плавки вели на 2-х концентратах, содержащих 76,4 и 66,1% свинца и соответственно 13,6 и 16,3% серы. Процесс двухступенчатый, сначала получают черновой свинец за счет реакционной плавки и шлаки с 50% свинца. Шлаки восстанавливают коксом до содержания свинца 1-2%. Скорость плавки 600-1000 кг/мин, количество пыли 15-20%. Расход на 1 г концентрата O₂ 115-125 м³, кокса 26-31 кг.

К недостаткам такого способа можно отнести большой расход энергии на получение кислорода, расход дефицитного кокса, необходимость охлаждения и очистки газов от пыли и повторной их переработки.

Известен низкотемпературный, не загрязняющий окружающую среду окислами серы способ выделения свинца из содержащего сульфид свинца материала в котле [4].

Для выделения свинца, например, из концентрата галенита (свинцового блеска) автогенным способом расплавляют свинец в котле, добавляют щелочной металл в свободном состоянии, например металлический натрий, в количестве, достаточном для восстановления сульфида свинца до металла, добавляют концентрат к расплаву и перемешивают компоненты. Натрий быстро и экзотермически восстанавливает сульфид до металлического свинца с образованием штейна, содержащего сульфид натрия, который всплывает на поверхность металлического свинца.

Для придания легкоплавкости и текучести к штейну примешивают флюсы. Процесс ведут в стальном котле при T ≤ 650^oC. В процессе двуокись серы не выделяется в атмосферу.

Недостатком процесса является то, что для восстановления используют дорогой восстановитель - металлический натрий (не менее 0,222 кг на 1 кг свинца). Кроме того, образуется штейн, который надо перерабатывать в дополнительном процессе. Использование стальной аппаратуры при 650^oC приведет к ее быстрой коррозии.

Наиболее близким по технической сущности является способ переработки пылей свинцового производства /5/ плавкой с восстановителем и сульфатом натрия, отличающийся тем, что с целью сокращения эксплуатационных затрат, в качестве источника сульфата натрия используют шлам от производства сернистого натра в количестве 45-65% от веса пыли, при отношении шлама к восстановителю (3,3 - 4,3) : 1.

Готовая шихта подается на поверхность ванны электропечи, разогретой до 1150-1180^oC. Скорость загрузки шихты 230 кг на 1 м² печи. Продукты плавки выпускаются из печи по мере их накопления.

Недостатками указанного способа являются: необходимость в использовании восстановителя в количестве 16-18% от веса пыли; используемые отходы сульфата (30% сульфата натрия, 55% кальцинированной соды, остальное - окислы алюминия, кремния, железа) в виде шлама, разового использования, т.е. выливаются из печи в виде штейно-шлаковой фазы, которая идет либо в отвал, либо на дальнейшую переработку; выделяется большое количество газов и возгонов (37-37,6%) от всего загруженного в печь.

Технической задачей настоящего изобретения является упрощение процесса, уменьшение количества отходов в виде шлаков и возгонов и исключение применения восстановителя.

Поставленная задача решается тем, что в расплав карбонатов содержащий карбонаты натрия, калия, кальция и (или) магния загружают сульфид свинца (галенит), выдерживают при температуре 800-1200^oC (предпочтительно при 840-1080^oC) в течение 2-4 ч и извлекают металлический свинец, при этом массовая доля сульфида свинца в расплаве должна поддерживаться в пределах 0,28 - 0,42.

Новым в данном способе является получение свинца из сульфида свинца без добавления восстановителя, при этом наиболее высокое извлечение получается в интервале температур 900-1050^oC (выше 80%).

Преимуществом данного способа является простота, отсутствие шлаков, возможность получения жидкого свинца, отсутствие возгонов свинца, общее снижение возгонов, возможность организации непрерывного процесса, и исключение применения восстановителя.

Сульфид свинца может непрерывно или периодически загружаться в расплав солей, а свинец тоже непрерывно или периодически удаляется из печи. В то же время сама расплавленная смесь карбонатов постоянно находится в печи неопределенно долгое время с небольшим количеством добавок солей на восполнение потерь от испарения (2-3 кг с 1 м² в час).

Техническим результатом, достигаемым в заявляемом способе, при его реализации, является уменьшение объема отходящих газов, экономия топлива, упрощение процесса.

Пример 1. В тигель из окиси бериллия загрузили 45 г K₂CO₃, 37 г Na₂CO₃ установили в закрытой ячейке, вакуумировали ячейку, заполнили гелием. С атмосферой ячейка соединялась через гидрозатвор с серной кислотой. Ячейка, в свою очередь, была установлена в шахтной печи сопротивления с селитовыми нагревателями.

Температура в печи поддерживалась с точностью ± 5^oC. Ячейка нагревалась в печи до 890^oC. После расплавления смеси солей, через затвор загрузили 35 г PbS. При 862^oC замечено интенсивное выделение газа. При снижении температуры до 780^oC выделение газа прекратилось. В течение 4 ч ячейку выдерживали при 800-869^oC (среднее 841^oC). Затем печь отключили, ячейку охладили и отделили металлический свинец - 21,42 г. Общий вес карбонатов и свинца составил 97,18 г, первоначальный - 117 г. Извлечение свинца составило 70,75%. Результаты других опытов сведены в табл. 1.

При температуре, ниже 840^oC, производительность резко падает, так же как извлечение.

При температурах выше 1200^oC испарение карбонатов и свинца резко ухудшают показатели. Так, при 880^o испарения карбонатов составляет 0,35 г/см²•ч, то при 1118 - 1,78 г/см²•ч. При 1200^oC - 2,5 г/см²•ч.

При массовом соотношении сырья к расплаву солей менее 0,28 производительность снижается, при соотношении выше 0,42 расплав загустевает.

Во всех примерах переработка сульфидов в расплавах карбонатов без использования восстановителя приводит к снижению расхода солей не менее чем в 20 раз, снижению выхода шлака и возгонов.

Список использованной литературы
1. Пат. 65806. Финляндия. Заявл. 16.04.80 N 801213, опубл. 10.07.84. МКИ C 22 B 13/02 "Способ извлечения свинца из сульфидных концентратов возгонкой".

2. Заявка ЕПВ (EP) N 0153913 публикация 850904 N 36 МКИ 4. C 22 B 13/02. Способ производства металлического свинца прямым сплавлением.

3. Переработка свинцовых концентратов в печи Калдо. Verarbeitung von Bleikonzentraten in Kaldoofen. Petersson Stig. Lindkvist Goren "Erzmetall", 1982, 35, N . 189-191. (нем. ред. англ.).

4. Заявка ЕПВ (EP) N 0038124 публикация 31.10.21 N 42 МКИ C 22 B 13/06. C 01 G 21/00, C 22 B 7/04, 5/04. "Низкотемпературный не загрязняющий окружающую среду окислами серы способ выделения свинца из содержащего сульфид свинца материала в котле".

5. Авт. свид. СССР N 804705 "Способ переработки пылей свинцового производства" МКИ C 22 B 7/02. Заявл. 26.04.79. Опубл. 15.02.81 Бюлл. N 6.

Использование: цветная металлургия, в частности способы получения свинца из сульфидного сырья. Сущность: в способе получения свинца, включающем плавление свинецсодержащих материалов в присутствии солей щелочных металлов и извлечение расплавленного свинца, сульфид свинца загружают в карбонатный солевой расплав при его отношении к солевому расплаву 0,28 - 0,42 : 1, температуре 800 - 1200^oC и затем выдерживают в течение 2 - 4 ч. Карбонатный солевой расплав дополнительно содержит карбонаты щелочноземельных металлов, 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения свинца, включающий плавление свинецсодержащих материалов в присутствии солей щелочных металлов и извлечение расплавленного свинца, отличающийся тем, что в качестве свинецсодержащих материалов используют сульфид свинца, который загружают в карбонатный солевой расплав при его отношении к солевому расплаву 0,28 - 0,42 : 1, температуре 800 - 1200^oC и затем выдерживают в течение 2 - 4 ч. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сульфид свинца загружают в карбонатный солевой расплав, дополнительно содержащий карбонаты щелочноземельных металлов.