Производство и потребление свинца
Мировое потребление свинца 6,5 млн. т в 2000 г. и по оценке Международной группы по изучению свинца и цинка практически не росло. Основные производители и потребители свинца США, Япония, Китай, Германия, Австралия, Великобритания, Канада, Мексика.
Главной статьей потребления свинца являются свинцово-кислотные аккумуляторы – (на их изготовление в индустриально развитых странах расходуется от 55 до 85 % потребляемого свинца). Другие области потребления – производство пигментов (10%), проката (5%), сплавов (4%), боеприпасов (3%), кабельных оболочек (3%), защитных материалов от гамма-излучения.
Основное количество свинца из сульфидных концентратов получают по классической (традиционной) схеме: агломерация – шахтная плавка.
Агломерирующий обжиг проводят с целью наиболее полного удаления серы с переводом соединений свинца в легковосстановимую оксидную форму и окускования исходного материала для дальнейшей переработки в шахтной печи.
Цель шахтной плавки – получение металлического свинца, в котором концентрируются золото, серебро и ряд других ценных элементов, и отделение компонентов пустой породы агломерата и основного спутника (цинка), с отвальным по содержанию свинца шлаком.
(В России сейчас не работает ни один завод, производящий свинец из природного сырья, а есть заводы и участки по переработке аккомуляторов).
Переработка вторичного свинцового сырья
В общем объёме ежегодно производимого свинца доминирующее положение занимают отработавшие свинцово-кислотные аккумуляторы. Переработка их включает следующие основные переделы.
1. Подготовка к плавке (слив электролита, дробление, агломерация или разделение компонентов батарей и т.д.).
2. Плавка неразделанных батарей или их свинецсодержащих фракций в печах различного типа с получением чернового металлического свинца и его сплавов и очисткой технологических газов до установленных норм.
3. Рафинирование чернового свинца или легирование сплавов.
4. Производство попутной продукции (полипропилен, кристаллический сульфат натрия, серная кислота и др.).
Переработка вторичного свинцового сырья, включая отработавшие аккумуляторные батареи, может осуществляться совместно в традиционных и современных автогенных процессах выплавки свинца из сульфидных концентратов. Промышленный опыт такой переработки имеется. Печь Ванюкова внедрена в КНР.
Ц И Н К
Мировое производство цинка в 2000 г. оценивается в 8,6 млн. т (ежегодный рост ~2,6 %).
(Доля вторичного цинка составляет ~10% от всего произведенного рафинированного цинка).
Гидрометаллургия цинка
В настоящее время гидрометаллургическим способом производят свыше 80% цинка. Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных цинковых концентратов гидрометаллургическим способом включает следующие переделы: окислительный обжиг, выщелачивание огарка, очистку сульфатных цинковых растворов от примесей, электролиз растворов с получением катодного металла, переплавку катодного цинка.Гидрометаллургическое получение цинка имеет разновидности, различающиеся в основном способами выщелачивания огарка: растворение только легко растворимых форм цинка и полное растворение всех форм цинка из огарка.
Окислительный обжиг в гидрометаллургии цинка предназначен для:
- глубокого окисления сульфидов цинка и других металлов-спутников с остаточным содержанием сульфидной серы не более 0,1-0,3 % и умеренным содержанием растворимых сульфатов (не более 2-4 % сульфатной серы);
- получения огарка в виде порошка с высоким содержанием мелкой фракции (-0,15 мм);
- перевода подавляющего количества серы исходного сырья в газы, пригодные для производства серной кислоты.
В современной металлургической практике огарок-порошок для выщелачивания получают в печах кипящего слоя ("КС") при температурах 950-1000ºС, обеспечивающих умеренное образование нерастворимых в серной кислоте ферритов и силикатов цинка. Совершенствование обжигового передела на современных заводах осуществляется путём изменения конструкций печей КС. Эти изменения направлены на увеличение единичной мощности печей (производительность до 800 тонн и более в сутки) за счет увеличения площади пода (до 72-123 м2).
Выщелачивание цинковых огарковпроводят с целью максимально возможного растворения цинка и отделения его от сопутствующих компонентов. По назначению технологических схем выделяют выщелачивание с неполным и выщелачивание с полным растворением цинка.
При выщелачивании огарка с неполным растворением цинка процесс ведут либо в одну стадию – нейтральное выщелачивание, либо в две стадии: сначала нейтральное, а затем кислое выщелачивание, ограничивая растворение железа и кремнезема.
При нейтральном выщелачивании (рН=4,8-5,4) растворяется основное количество оксидных соединений цинка и одновременно проводится гидролитическая очистка от Fe(III), кремнекислоты и некоторых малых примесей (As, Sb, Al, In, Cu).
Кислое выщелачивание проводят до конечного рН=1-2, что обеспечивает повышение общего извлечения цинка в раствор при ограниченном растворении железа, кремнезема и других примесей.
Конечный свинцовый кек содержит, %: 12-20 Pb, 3-5 Fe, 2-5 Zn, 30-40 SiO2. Выход кека составляет 10-18 % от массы огарка. При гидролитической очистке растворов горячего кислого выщелачивания от железа при рН=5,1 происходит осаждение ярозита. Осаждение ярозита – (NH)4Fe3(SO4)2(OH)6 ведут с использованием (NH4)2SO4 .
Электролизочищенных цинковых растворов ведут из кислого электролита при содержании, г/дм3: 120-170 H2SO4; 40-70 Zn. Температура 35-38ºС, катодная плотность тока 400-700 А/м2, напряжение на ванне 3,2-3,8 В, время наращивания катодов 24, 48 и 72 часа. Процесс ведут в электролизерах ящичного типа в коррозионно-стойком исполнении. Ванны изготавливают из дерева, полимербетона или железобетона. Внутренние стены ванны оклеивают рубероидом и футеруют рольным свинцом, полихлорвинилом или винипластом. Применяют алюминиевые катодные матрицы и свинцово-серебряные аноды (0,5-2,0 % Ag). После наращивания катода проводят сдирку металлического цинка.
Переплавка катодного цинка ведётся в низкочастотных индукционных печах при температуре 500-520ºС с использованием покровного флюса – NH4Cl . Переплавленный металл разливают в чушки массой 24 кг (на карусельных или ленточных машинах) и в слитки больших размеров («джумбо») массой ~1000 кг.
Гидрометаллургическое получение цинка в классическом варианте имеет ряд преимуществ перед пирометаллургией: выше рентабельность производства и комплексность использования сырья, меньше удельные энергозатраты, используется однотипное и конструктивно простое оборудование (гидрометаллургического цикла), лучше условия труда технологического персонала, доступней механизация и автоматизация технологических процессов, получение товарного металла более высокого качества.
Именно поэтому в последние годы гидрометаллургия стала широко использоваться для производства меди, никеля, и других цветных металлов как из окисленных, так и из сульфидных руд и концентратов. В настоящее время гидрометаллургическими способами производят ~70 металлов, том числе весь алюминий, золото, уран, 25% меди, большую часть тантала и ниобия, вольфрама, молибдена, РЗМ, рения, скандия, марганца (из железо-марганцевых конкреций) и др..
Вторая часть семинара будет посвящена гидрометаллургии
Перерыв