Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Центробежная фильтрация расплавленного олова и свинца

Дьяков В. Е.,

2.2. Тонкое обезмеживание

После грубого обезмеживания дальнейшее удаление меди до 0,005 % продолжают вмешиванием элементарной серы в металл. Для достижения кондиции приходится многократно повторять операции вмешивания серы и снятием шликеров и при этом происходит значительное ее возгорание. Это значительно увеличивает выход свинца в шликера.

Тонкое обезмеживание также можно вести с помощью погружной центрифуги, используя ее как автоматическое устройство для удаления сульфидных съемов. Процесс осуществляется по обычной схеме с применением серы. В металл при температуре 330–380 °С вводили элементарную серу в количестве 0,1 % массы металла. Во избежание налипания сульфидов на внутренней стенке тарелей центрифуги перемешивание металла продолжали до прекращения горения серы. Результаты лабораторных испытаний центробежном рафинировании чернового свинца завода «Электроцинка» приведены в табл. 2.8.

Таблица 2.8

Результаты центробежного рафинирования на стадии тонкого обезмеживания на УКСЦК

Примечание. Температура вмешивания – 340 °С; температура фильтрации – 340–350 °С.

Испытания на лабораторной установке [11.2] показали, что фильтрация при температуре 430 °С после вмешивания оборотных сульфидных шликеров относительный выxод свинца в шликера составляет Pb/(Cu + As) = 2,2–3,5.

На второй стадии для получения содержания 0,005 % Cu в свинце предложено вмешивать элементарную серу при температуре 340 °С и относительный выход свинца в шликера увеличивается до Pb/(Сu + As) = 14,6 – 42,2. Предложено [16.2] расплавленный металл после вмешивания шликеров охлаждать до 360–430 °C и подвергать центробежной фильтрации вместе с оборотными шликерами с периодическим удалением шликеров, а затем повторяют центробежную фильтрацию после вмешивания серы, причем вначале фильтрацию ведут с вводом оборотных шликеров в количестве, обеспечивающем соотношение сульфида свинца в шликерах к содержанию мышьяка в металле, равном 0,02–0,18. Лабораторными исследованиями показано, что при центробежном рафинировании чернового свинца, содержащего 0,7–1,14 % Сu, 0,49–0,74 % Аs, выход шликеров составляет 6–7,3 % при содержании свинца в шликерах 61,8–70 %.

Испытания на Новосибирском оловянном комбинате центробежной фильтрации 60 т чернового свинца УКСЦК, содержащего 0,52 % Си, 0,64 % Аs, промышленной центрифугой ПАФВС-650 также показали, что выход шликеров составляет 5,0 %, выход свинца в шликера – 3,7 %, с получением полупродукта с содержанием 0,018 % Си и 0,39 % Аs [13.2].

Для испытания непрерывного рафинирования может служить модернизация котла под промышленный центробежный аппарат ПАФВС-650. На практике принято мнение, что Cu2S образуется взаимодействием меди с образовавшимся PbS. Сера растворяется в свинце при 450 °С до 0,6 %, а при дальнейшем увеличении происходит образование соединения PbS. Термодинамические расчеты показывают, что процесс удаления меди проходит за счет реакции растворенной серы и растворенной примеси. Реакция PbS с растворенной примесью Cu проходит в 100 раз менее интенсивно, чем с растворенной серой [13.2].

Это согласуется с мнением М.П. Смирнова [1.2]. Чтобы снизить выход свинца в съемы нужно снижать образование PbS и для этого предпочтительно вмешивать серу в азотной атмосфере. Это предусмотренно в котле с центрифугой [9.2] дополнительно поставлена решетка с выделением отстойной зоны, с опущенным металлопроводом слива олова, а в среднюю часть на уровне решетки опущен газопровод подачи реагентов азотом. Высота ликвационной и отстойной зоны в 2–3 раз больше высоты зоны фильтрации (рис. 2.4) Зона фильтрации ванны 1 отделена съемной решеткой 5 от цилиндрической 6 зоны, которая в свою очередь разделена съемной решетной 7 на верхнюю ликвационную зону 8 и нижнюю отстойную 9 зону [17.2]. На дно отстойной зоны 9 погружен выход металлопровода 23 для слива рафинированного свинца с помощью вакуумного сифона 24 [13.2].

Процесс непрерывного тонкого обезмеживания свинца проводился на модельной установке [17.2] с помощью центробежного аппарата ЦП-120.

В ванну 1 заливается свинец для тонкого обезмеживания. По газопроводу 25 через эжектор 26 азотом вдувают древесные опилки с элементарной серой. При этом проходят реакции взаимодействия серы с растворенной медью с образованием шликера Cu2S. По мере охлаждения расплава в ликвационной зоне 8 до температуры 330–350 °С всплывают образующиеся шликера.

Рис. 2.4. Установка непрерывного тонкого обезмеживания фильтрацией. Узлы: 1 – ванна; 4 – фильтр центрифуги; 5 – решетка; 8 – ликвационная зона; 23 – металлопровод для слива; 25 – азотопровод подачи серы

Одновременно в зоне фильтрации свинец со шликерами захватываются через окна 18 в полость 16 фильтра 4 и под действием центробежных сил продавливаются через щель 17, а шликера остаются в полости 16 фильтра 4. Фильтр 4 приподнимается над поверхностью расплава на уровень отражателя 22 и под действием центробежных сил твердые шликера освобождаются от жидкого свинца. Фильтр приподнимается на уровень сборника 10 шликеров, отключается сжатие тарелей и под действием центробежных сил осадок шликеров выбрасывается в сборник 10. Цикл фильтрации повторяется до прекращения наполнения фильтра. В зоне 9 отстоя цилиндрической ликвационной ванны 6, отделенной решеткой 7 металл отстаивается от выделяющихся кристаллов шликеров и свинец металлопроводом 23 сливается с помощью вакуумного сифона 24 до уровня снижения металла в ванне 1 до решетки 5. Цикл рафинирования повторяется.

Расход серы в указанном интервале мало влияет на выход меди в шликера и в среднем составляет Pb/Cu = 22. Оптимизировать расход серы возможно путем разработки нерерывного цифрового контроля содержания серы в свинце. Оптимизировать производительность возможно устранением цикличности путем разработки регулирования скорости заливки и откачивания слива. В табл. 2.9 приведены результаты модельных испытаний тонкого обезмеживания свинца.

Таблица 2.9

Результаты испытания полунепрерывного тонкого обезмеживания свинца центробежной фильтрацией

На заводе «Электроцинк» проведены опытно-промышленные испытания по обезмеживанию чернового свинца в электрообогреваемых котлах емкостью 23 т с использованием погружной центрифуги ПАФВС-800. Обезмеживанию подвергали черновой свинец шахтной плавки (расплавленный после загрузки в котел в виде слитков) следующего состава, %: 1,0–1,2 Си, 0,12–0,2 В1, 0,6–0,9 Аs, 0,8–1,0 Sb. Температуру свинца в котлах в ходе рафинирования снижали с 420 до 370–380 °С. Тарельчатый фильтр диаметром 800 мм с верхними заборными окнами погружали в расплав и вращали с частотой 200 мин–1 в течение 30–40 с, достаточных для набора шликеров. Затем фильтр приподнимали над поверхностью расплава и на 10–30 с увеличивали скорость его вращения до 650 мин–1 для отжима жидкого свинца [11.2]. После этого фильтр приподнимали до уровня скребкового транспортера, опоясывающего зону разгрузки, и осадок разгружали под действием центробежной силы при раскрытии тарелей. Шликеры после центробежного рафинирования представляли собой сыпучую массу, не содержащую корольков свинца. Первые порции шликеров состояли в основном из крупных зерен диаметром 1,5 мм, но по мере ведения процесса размер частиц уменьшался и к концу операции получили тонкодисперсные шликеры. Обезмеживание заканчивали после снятия всех шликеров.

Промышленные испытания чернового свинца от шахтной плавки состава 1–1,2 % Cu; 0,6–0,9 % As; 0,8–1 % Sb на заводе «Электроцинк» проводился на котле емкостью 23 т. Скорость вращения фильтра диаметром 80 см на заполнении 200 об/мин в течение 30–40 с, а на отжатие жидкого свинца из твердых шликеров составляла 650 об/мин. Продолжительность операции отделения шликеров 1–1,17 час и за это время получалось 1,85–2,95 т шликеров [11.2]. Как видно из данных табл. 2.12, применение центробежного рафинирования позволило снизить на 3 % содержание свинца в шликерах – 17–20 %, и увеличить на 4–5 % содержание меди по сравнению с обычными заводскими шликерами. Продолжительность операции отделения шликеров с использованием центрифуги составила 1–1,17 ч, за это время получено сухих шликеров 1,85–1,95 т. Результаты опытов центробежного рафинирования свинца приведены в табл. 2.10.

Таблица 2.10

Результаты промышленных испытаний грубого обезмеживания чернового свинца завода «Электроцинк»

Процесс центрифугирования осложняется образованием крупных кусков шпейзы на поверхности при застывании слитков свинца [11.2]. Особенностью обезмеживания свинца заключается в высоком содержании меди и мышьяка, которые отфильтровываются в виде шликеров способных образовывать настыли. Это вызывает необходимость искать изменение приемов центробежной фильтрации.

С увеличением соотношения (Cu/As) до 1,5 в исходном черновом олове выход As в шликера увеличивается:

IzAs = 34,6∙(Cu/As)atis + 18,9 при (Cu/As)atis < 2,1 с корреляцией 0,76. (2.5)

Затем с превышением соотношения более 1,5 выход As в шликера снижается:

IzAs = 91,9 – 1,2∙(Cu/As)atis при (Cu/As)atis > 2 с корреляцией 0,73, (2.6)

где IzAs – извлечение в шликера; (Cu/As)atis – соотношение атомных концентраций в исходном свинце.

Сопоставление полученных результатов| концентрирования меди в шликерах с показателями, приведенными в литературе, показывает, что средний выход свинца на единицу удаляемой меди несколько ниже при центробежной фильтрации. На свинцовом заводе «Ковогута» (г. Пшибрам, Чехия) в качестве лицензионной рекламы проведены испытания промышленного аппарата ПАФВС-650 центробежной фильтрации шликеров чернового свинца и дроссов тонкого сульфидного обезмеживания.

Для испытания рафинирования предложен черновой свинец двух сортов: от плавки аккумуляторного лома в шахтной печи состава в %: 95–96 РЬ; 0,3–0,7 Сu; 0,009–0,04 Аg; 2,5–3,5 Sb; 0,1 Sn; 0,1 Аs; 0,016 Вi [15.2], с низким содержанием серебра; и серебросодержащий черновой свинец от рудной плавки вместе с серебросодержащим ломом состава, %: 92–95 РЬ; 0,5–0,7 Сu; 0,1–0,15 Аs; 3,5–4,5 Sb; 0,5–1 Sn; 0,2 Аs; 0,012 Вi. Испытания проводились на 90-тонных котлах диаметром 2,4 м. Центрифугу ПАФВС-650 (рис. 2.9 и 2.10), (описанную в работе [10.1] устанавливали на специально изготовленную крышку.

Блоки чернового свинца загружали в котел и по мере подплавления подгружали до заполнения объема котла, после чего устанавливали импеллерную мешалку для размешивания металла. Температура металла при фильтрации периодически снижалась от 550 °С и заканчивалась фильтрация при 340 °С во время сульфидной обработки. При фильтрации периодически отбирали пробы свинца и шликеров для анализа [15.2]. В табл. 2.11 приведены результаты производственных испытаний обезмеживания чернового свинца. Всего во время испытаний отрафинировано 1116 т.

Таблица 2.11

Основные результаты производственных испытаний обезмеживания чернового свинца центробежной фильтрацией

Таблица 2.12

Показатели производственных испытаний тонкого обезмеживания фильтрацией

Примечание. Фильтрация при тонком обезмеживании плавок 280, 282 осуществлялась не при фиксированной температуре, а фильтрация с одновременным снижением температуры, начиная с 380 до 340 °С.

Среднее содержание меди в отрафинированном полупродукте после центробежной фильтрации шликеров грубого обезмеживания составляет 0,134 % при содержании в шликерах 67,1 % Рb, 11,2 % Си. Средний выход шликеров грубого обезмеживания – 4,37 %. Самый высокий выход шликеров составил 6,94 %, в то время как по существующей технологии среднемесячный выход шликеров – 13,4 %.