Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Выплавка чернового олова

31.01.2020

Подготовка оловянных концентратов к плавке


Подготовка оловянных концентратов к плавке нужна для удаления примесей серы, мышьяка, железа, свинца, висмута, сурьмы, меди, а в некоторых случаях также вольфрама, цинка и других элементов.

Обжиг концентратов


Для удаления серы, мышьяка и сурьмы концентраты обжигают. Содержание серы в концентратах, особенно полученных из коренных руд, достигает иногда 5%. Серу необходимо удалить возможно более полно, так как она вызывает улетучивание олова при плавке в виде SnS. Содержание мышьяка в концентратах из коренных руд часто достигает 5%, а содержание сурьмы 2,5%.

Удаление серы при обжиге может быть достаточно полным (в хорошо обожженном концентрате серы остается всего несколько сотых процента). Однако такой обжиг требует высоких температур, длительного пребывания концентрата в обжиговой печи, хорошего перемешивания во время обжига, а иногда и измельчения концентрата перед обжигом.

Удаление мышьяка при обжиге основано на образовании летучего As2О3, окисление до As2O5 с образованием арсенатов снижает степень удаления мышьяка. При добавлении к концентрату перед обжигом небольшого количества угля возможность образования As2O5 в значительной степени предупреждается, однако замедляется выгорание серы. При любых условиях обжига получение огарка, содержащего меньше 0,1% As, затруднительно, поэтому при обжиге удаляют только основную массу мышьяка; более полная очистка от него достигается при последнем кислотном выщелачивании обожженного концентрата.

Сурьма удаляется при обжиге в еще меньшей степени, чем мышьяк. Сульфиды ее окисляются преимущественно с образованием труднолетучей Sb2O4 и только в небольшой степени Sb2O3; главную массу сурьмы удаляют кислотным выщелачиванием. Обычным обжигом сульфиды железа окисляются до Fe2O3, а при добавке угля — Fe3O4, обладающего большой магнитной восприимчивостью, поэтому обжиг с добавкой угля называется иногда магнитизирующим; он применяется перед магнитной сепарацией.

Примеси свинца, висмута, меди и цинка переходят при обжиге из сульфидов в окислы, частично образующие с Fe2O3 и SiO2 ферриты и силикаты.

Для обжига оловянных концентратов пригодны многоподовые механические и вращающиеся трубчатые печи.

Температура при обжиге обычно 600—700°. Если основная цель его состоит только в удалении серы, в шихту добавляют не больше 1—2% угля. При высокотемпературном обжиге, проводимом для удаления большей части мышьяка или перевода железа в магнитную окись, температура достигает 850—900°, а содержание угля в шихте 5—7%.

Крупность концентрата, поступающего на обжиг, не должна быть больше 1 мм, в некоторых случаях его приходится предварительно измельчать до 0,07—0,1 мм.

Выщелачивание примесей кислотами. Перед выщелачиванием концентрат почти всегда обжигают, так как сульфиды взаимодействуют с кислотами медленнее, чем окислы. Кроме того, обжиг предупреждает возможность выделения при выщелачивании весьма ядовитого сероводорода. Для выщелачивания применяют 28—30%-ную соляную кислоту. Реакции, согласно которым примеси растворяются в соляной кислоте, можно представить следующими уравнениями:

Fe2O3 + 6НСl = 2FeCl3 + 3Н2O;

FeO * As2O6 + 2НСl + 2H2O = FeCl2 + 2H3AsO4;

Cu2O + 2НСl = 2CuCl + H2O;

Bi2O3 + 6НСl = 2BiCl3 + 3H2O;

PbO + 2НСl = PbCl2 + H2O.


Соляную кислоту берут с некоторым избытком; это необходимо для ускорения выщелачивания и предупреждения гидролиза солей. Температура при выщелачивании 100—135°; она может превышать 100° либо при высокой концентрации солей в растворах, либо при выщелачивании под повышенным давлением в герметизированных мешалках; давление в этом случае достигает 6 ат.

Полнота удаления примесей при выщелачивании, как показали проф. Н.Н. Мурач и инж. О.И. Заплатана, может быть достаточно высокой; так, для железа, свинца и мышьяка она достигает 85—95%, медь и сурьма удаляются в меньшей степени.

Аппаратура должна обеспечивать хорошее перемешивание с растворителем такого тяжелого материала, как касситерит. Обычные пневматические и пропеллерные мешалки для этого не пригодны, более удобны горизонтальные цилиндрические чаны, которые для перемешивания концентрата с кислотой вращаются Относительно горизонтальной оси. Через одну из полых цапф чана для нагрева его содержимого подводится острый пар, внутренняя поверхность чана покрыта слоем резины (гуммирована), а затем выложена кислотоупорным кирпичом. После выщелачивания получаются небольшие количества растворов; для фильтрования их часто пользуются вакуум-фильтрами периодического действия с хлорвиниловой фильтрующей тканью. Перед сбросом в канализацию растворы обезвреживают, нейтрализуя их известью; выпадающие при этом осадки гидроокисей и основных солей отфильтровывают.

При высоком содержании в растворах висмута или других ценных составляющих осадки необходимо перерабатывать.

Магнитное обогащение как способ очистки оловянных концентратов применяется иногда для удаления Fe3O4 или вольфрамита. Оба эти соединения магнитны. Пирит и Fe2O3 переводят в магнетит с помощью предварительного магнетизирующего обжига.

Спекание с содой и последующее выщелачивание водой применяются для удаления из концентратов значительных примесей вольфрама.

При спекании с содой минералы вольфрама образуют растворимый в воде вольфрамат натрия:

2FeWO4 + 2Na2CO3 + V2O2 = 2Na2WO4 + Fe2O3 + 2СO2.


Дополнительное обогащение концентратов после выщелачивания называется доводкой.

Кварц, освобожденный при выщелачивании из сростков минералов, хорошо удаляется на отсадочных машинах или на концентрационных столах.

Схема подготовки оловянных концентратов к плавке зависит от состава концентратов и иногда может быть очень сложной. В редких случаях ограничиваются только обжигом, обычно после обжига концентрат подвергают выщелачиванию или магнитной сепарации, а иногда обрабатывают обоими этими способами. Конечная доводка почти всегда необходима.

Восстановительная плавка концентратов


Восстановление олова протекает в две стадии с промежуточным образованием закиси:

SnO2 + CO = SnO + CO2 — 2700 кал;

SnO + CO = Sn + СO2 — 1200 кал;


SnO — основной окисел, способный реагировать с кремневой кислотой, всегда присутствующей в шихте оловянной плавки. При чрезмерно быстром нагревании шихты до начала плавления олово не успевает полностью восстановиться и в виде силиката переходит в шлак. Медленное нагревание шихты нежелательно, потому что закись олова частично испаряется; давление пара SnO при 1260° достигает 1 ат.

Железо при температуре ниже 850° восстанавливается только до закиси:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2;

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2.


Реакция дальнейшего восстановления закиси железа до начала плавления имеет малую скорость, поэтому основная масса железа в виде FeO переходит в шлак.

Наряду с этим часть железа восстанавливается до металла и растворяется в олове.

FеOшл + CO = Feмет + СО2.


Печи, применяемые для оловянной плавки, должны обеспечивать легкое регулирование температуры и допускать возможность перегрева шлаков, необходимого для наиболее полного восстановления. Шахтные печи не удовлетворяют этим требованиям; кроме того, в них высокая сыпь загруженной шихты пронизывается мощным газовым потоком, способствующим улетучиванию олова в виде SnO и SnS.

Наиболее пригодны для оловянной плавки отражательные печи, допускающие легкое регулирование температуры, а в связи с этим и состава газов в порах шихты.

За последние годы для плавки оловянных концентратов, наряду с отражательными печами, стали применять электрические печи, преимущества которых очень существенны. Вследствие герметичности печного пространства и отсутствия топочных газов пылеобразование при плавке может быть сведено до минимума. В электрических печах достигаются более высокие температуры, чем в отражательных, что позволяет работать на тугоплавких сильно известковистых шлаках и повысить полноту восстановления олова, однако электроплавка выгодна только для переработки очень чистых по железу оловянных концентратов, так как при высоких температурах железо почти полностью восстанавливается до металла.

Отражательные печи для плавки оловянных концентратов похожи по устройству на печи для огневого рафинирования меди. Ванну выкладывают из магнезитового кирпича в железном кожухе и устанавливают на столбах, чтобы воздух мог охлаждать наружную поверхность кожуха; этим предупреждаются потери весьма жидкотекучего олова через неплотности кладки. Лещадь имеет уклон к месту расположения леток для выпуска олова в установленный около печи стальной котел, т. е. в сторону одной из боковых стен.

Печи отапливают мазутом или угольной пылью посредством форсунок или горелок, располагаемых в окнах передней торцевой стенки. Отопление угольной пылью менее желательно, так как зола, падая в ванну, увеличивает выход шлаков; кроме того, каменный уголь всегда содержит серу, вызывающую потери олова в виде SnS.

Размеры печей сравнительно невелики, так как проплавляемая шихта богата металлом; длина их редко превышает 12 м, отношение длины к ширине (2—3) : 1.

Практика оловянной плавки характерна разнообразием применяемых режимов. Ниже изложены только наиболее общие приемы работы.

Шихту составляют из оловянного концентрата, извести и восстановителя, последним служит антрацит или кокс, измельченный до 3—6 мм.

Шихту тщательно перемешивают в механизированных смесителях и увлажняют до 3—5% для предупреждения распыления при загрузке. Вместе с шихтой часто плавят отходы рафинирования олова и другие оборотные материалы.

Шихту загружают через рабочие окна в боковых стенах или через отверстия в своде, создавая откосы.

Плавка периодическая и продолжается 6—12 час. После загрузки температуру постепенно повышают до 850—900°. Периодическое перемешивание сначала твердой, а затем полурасплавленной тестообразной шихты способствует равномерному ее прогреву и помогает каплям расплавленного олова стекать к выпускным отверстиям. До полного расплавления садки вытапливается около Чз всего олова.

При последующем повышении температуры до 1250—1300° шихта полностью расплавляется, жидкую ванну некоторое время выдерживают при этой температуре для лучшего отстаивания капель олова, после чего сначала выпускают из печи олово, а затем шлак. При охлаждении выпущенного металла выделяются кристаллы химических соединений железа с оловом, которые удаляют в виде твердых корок и возвращают в печь при следующей плавке. Выходы продуктов оловянной плавки — чернового олова, железистых съемов, шлаков и пыли, улавливаемой пылеуловителями, зависит от состава концентратов (табл. 30).
Выплавка чернового олова

Черновое олово, направляемое далее на рафинирование, содержит до 1,5—6% Fe, а также примеси меди, сурьмы, мышьяка, свинца и висмута.

Железистые съемы, как уже говорилось, возвращают в печь при очередной плавке; железо из них расходуется на восстановление олова по реакции:

Fe + (SnO)шл = Sn + (FeO)шл.


Шлаки оловянной отражательной плавки содержат 16—50% SiO2, 15—55% FeO, до 28% CaO, до 16% Al2O3 и 6—10% Sn. Олово в них находится в виде силиката закиси и неотстоявшихся капель металла.

Пыль, улавливаемая пылевыми камерами и электрофильтрами или мешочными фильтрами, состоит из механически увлеченных газами частиц шихты, SnO2 образовавшейся из летучих соединений олова (SnO и SnS), а также окислов мышьяка, сурьмы, цинка и свинца. В пыли содержится до 60% Sn, до 20% Pb и до 10% Zn.

Для удаления серы и части мышьяка пыль обжигают при 600—700°, а затем обрабатывают при нагревании соляной кислотой, которая переводит в раствор основную массу примесей. Остаток от выщелачивания поступает на отражательную плавку вместе с концентратами.

Дополнительное извлечение олова из шлаков


Олово может быть практически полностью выделено из шлака при плавке с большим количеством извести, однако получаемые в результате этого сильно известковистые шлаки очень тугоплавки, для расплавления их требуются высокие температуры, достижимые только в электрических печах. Вместе с оловом из шлака восстанавливаются значительные количества железа, олово при этом получается в виде сильно железистого сплава, часто содержащего больше 70% Fe. Этот процесс был усовершенствован добавлением в шихту кремния или ферросилиция, более дешевого, чем чистый кремний. Сплавы Fe—Sn—Si при 1300° расслаиваются: нижний более тяжелый слой состоит из почти чистого олова, а верхний представляет собой ферросилиций, растворимость олова в котором невелика.

Восстановительная плавка в электрических печах с ферросилицием — наиболее приемлемый в настоящее время способ дополнительного извлечения олова из шлаков отражательной плавки. Получаемые таким путем отвальные шлаки содержат около 0,3% Sn.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: