Результат интеллектуальной деятельности: Способ рафинирования чернового свинца от висмута

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к рафинированию свинца от висмута.

Обработка свинца кальцием с целью удаления из него висмута известна с 1917 года и позволяет, начиная с указанного времени, уменьшить содержание в нем висмута до менее чем 0,05%. Американский патент US 1428041 ГильомаКролла (GillaumeKroll), поданный в 1920 году, в котором уже было описано совместное использование кальция и магния с упомянутой целью, впоследствии дал жизнь способу Кролла-Беттертона (Kroll-Betterton), который еще широко используется в наше время. Он заключается в одновременном добавлении кусков кальция и слитков магния при соотношении 1/3 кальция на 2/3 магния, имеющих значительно более низкие плотности (1,5 для Са и 1,7 для Мg) по сравнению с плотностью свинца (10,5), что ведет к поддерживанию их на поверхности ванны и приводит к значительным потерям в результате окисления воздухом.

Средством уменьшения окисления кальция и магния является использование сплавов Мg-Са. Начиная с 1938 года, из американского патента US 2129445 (AmericanMetalCompany) известно о данной возможности и, в частности, описан сплав, содержащий 79,4% магния и 20,6% кальция. Европейский патент ЕР 343012 (Timminco) охраняет использование для данного применения сплава Мg-Са, содержащего от 65 до 75% магния. Однако использование сплава данного состава обладает тем неудобством, что не позволяет регулировать соотношение реагентов во время очистки.

Известен способ обезвисмучивания чернового свинца свинцовокальциевой лигатурой и магнием в котле с зонным обогревом, отличающийся тем, что процесс ведут под слоем флюса, состоящего из расплава солей хлоридов натрия, калия и кальция, взятых в соотношении 1:1:1, при температуре в верхней зоне котла 650-700°С. (Патент на изобретение 197958, приор. 13.03.1965 г., опубл. 09.06.1967 г.).

Для получения солевого флюса используют шлак от производства лигатуры и KCl. Флюс предохраняет от окисления свинец и дроссы. Данный способ обеспечивает повышенное извлечение чернового свинца.

По совокупности существенных признаков и достигаемому результату принимаем техническое решение по патенту 197958 за прототип.

Недостатком данного способа является высокая температура ведения процесса обезвисмучивания в котле 650-700°С, а также необходимость проведения пострафинировочной стадии очистки от примесей кальция и магния, что производят, например, с использованием широкоизвестной операции щелочного рафинирования (Вершинина, Е. П. Металлургия тяжелых цветных металлов. Красноярск :ИПК СФУ, 2009. – 388 с.). Процесс проводят в обычных рафинировочных котлах с добавкой щелочи (NaOH) и селитры (NaNO₃), взятых в соотношении 1:1. При соотношении щелочь: селитра ниже 1:1 или выше 2:1 эффективность рафинирования резко падает.

Кальций, магний и сурьма обладают высоким сродством к кислороду и поэтому легко окисляются непосредственно селитрой, кислородом воздуха или глетом, образующимися при взаимодействии с жидким свинцом:

5Са + 2NaNO₃= 5СаО + Na₂O + N₂

5Mg + 2NaNO₃= 5MgО + Na₂O + N₂

2Sb + 4NaOH + 2NaNO₃ = 2Na₃SbO₄ + N₂ + 2H₂O

Технический результат изобретения заключается в существенном снижении энерго- и трудозатрат процесса при использовании легкоплавких компонентов флюса, в том числе, за счёт уменьшения количества операций очистки чернового свинца до чистового.

Технический результат достигается решением технической задачи по созданию способа рафинирования чернового свинца от висмута свинцовокальциевой лигатурой и магнием в котле с зонным обогревом под слоем флюса, заключающегося в одновременном добавлении компонентов 1/3 кальция на 2/3 магния, характеризующегося тем, что процесс ведут под слоем расплава флюса, образованного введением щелочи и селитры, взятых в соотношении 1:1.

Кроме того, способ характеризуется тем, что процесс рафинирования от висмута проводят при низких температурах свинцового котла 400–420°С, а дальнейшие операции рафинирования происходят за счет экзотермических реакций окисления примесей и свинца с подъемом температуры ванны до 600–650°С.

Кроме того, способ характеризуется тем, что весовое соотношение свинцово-кальциевых и щелочных компонентов рассчитывают таким образом, чтобы половина вводимых щелочных компонентов расходовались на связывание примесей, а вторая непрореагировавшая половина участвовала в процессе образования слоя флюса.

Кроме того, способ характеризуется тем, что предлагаемая технология низкотемпературного флюсования при обезвисмучивании чернового свинца до чистового проводится в одну стадию.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в качестве слоя солевого флюса предлагается использование низкоплавких компонентов - селитры и щёлочи, вводимых в свинцовый расплав кальция и магния, в результате чего происходит предотвращение дальнейшего окисления свинца и дроссов, а также одновременное щелочное рафинирование сплава с образованием чистового свинца. Весовое соотношение компонентов рассчитывают таким образом, чтобы половина вводимых металлов (кальция и магния) расходовалось на связывание примесей по классической рецептуре Кролла-Беттертона, а вторая половина участвовала в процессе образование слоя флюса. При этом свинец разогревают до 400–420°С, на поверхность расплава при тщательном перемешивании загружают кальций с магнием, а затем щелочь и селитру. Щелочь и селитра имеют температуры плавления в диапазоне 300-320°С и сами по себе являются низкоплавкими соединениями. Однако за счет экзотермических реакций окисления примесей и свинца температура ванны поднимается до 600–650°С.

Таким образом, данный способ кроме низкотемпературного флюсования, позволяет обеспечить одностадийность при обезвисмучивании чернового свинца до чистового. Кроме того, по сравнению с рецептурой прототипа, где процесс ведут под слоем тугоплавкого солевого расплава солей хлоридов натрия при температуре 650-700°С, в заявляемом изобретении используются низкоплавкие соли, расплавление которых происходит в низком температурном диапазоне при 300-320°С.