title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Рафинирование чернового олова

Рафинирование чернового олова

Получаемый в результате восстановительной плавки оловянных концентратов и оборотных продуктов (пылей, фьюминг-возгонов и др.) черновой металл содержит, %: 93—99 Cn, 0,2—1,5 Fe, 0,2—2 As, до 0,1S, до 3 Pb, до 2 Cu, до 3,5 Sb, и до 0,4 Bi. Черновой металл огневым или электролитическим рафинированием очищают до уровня требования стандарта например, следующего состава, %: не менее 99,92 Sn; 0,10 As; 0,009 Fe; 0,01 Cu; 0,025 Pb; 0,01 Bi; 0,015 Sb; 0,01S; 0,002 Zn; 0,002 Al.
Огневое (реагентное) рафинирование чернового олова нашло применение в России и за рубежом. Метод заключается в обработке расплавленного металла различными реагентами с последовательным удалением примесей железа, мышьяка, меди, сурьмы, висмута и свинца. В зависимости от состава чернового олова некоторые из этих операций могут быть исключены или объединены.
Железо до содержания 0,1% удаляют обработкой чернового олова при 350—450° С элементарной серой, переводящей железо в форму сульфида. Для облегчения снятия тяжелых железистых съемов в расплав после обработки серой иногда вмешивают при 500—600° С мелким газовый уголь (всплывая, он увлекает с собой соединения железа). Продолжительность операции рафинирования от железа в зависимости от содержания последнего в черновом олове составляет 1—10 ч. Расход серы 1—2 кг/т, угля 2—25 кг/т олова. Одновременно с железом удаляется часть мышьяка и меди.
Удаление мышьяка до содержания 0,01% достигается обработкой чернового олова при 500—600° С алюминием, образующим с мышьяком тугоплавкие интерметаллические соединения. Для получения сыпучих съемов первичную пену обрабатывают при температуре не выше 500° С хлористым аммонием. После рафинирования от мышьяка в черновом олове остается до 0,05—0,1% остаточного алюминия. Его удаляют также хлористым аммонием при 300-320° С, используя реакцию 2Аl + ONH4Cl = 2АlСl3 + 6NH3 + 3Н2. Общая продолжительность описанной операции 7—13 ч. Расход алюминия составляет не менее 2—4 кг/т, хлористого аммония 2—8 кг/т олова. Одновременно с мышьяком при обработке алюминием удаляется железо до содержания не выше 0,02%, а также частично медь и сурьма (указанные примеси, как и мышьяк, образуют с алюминием интерметаллические соединения).
Медь до содержания не выше 0,1% удаляют, как и железо, с помощью элементарной серы, Температура расплава при этом составляет 220—350° С, расход реагента 10—30 кг/т олова, продолжительность операции 1—4 ч.
Удаление сурьмы осуществляют аналогично удалению мышьяка при температуре 550° С и расходе алюминия 0,7—2 кг/т олова. С целью облегчения снятия съемов при температуре 240—250° С к ним добавляют хлористое олово (1 кг/т металла). После этого удаляют описанным выше способом остаточный алюминий. Общая продолжительность этой операции 8—21 ч. Наряду с удалением сурьмы в этой операции олово окончательно очищается от остатков железа, мышьяка и меди.
Удаление висмута реагентным методом основано на образовании им интерметаллических соединений с магнием и натрием. Эти реагенты вмешивают в расплав при температурах соответственно 380—400 и 240—300° С.
Расход магния составляет 3—6, а натрия 1,5—3 кг/т олова. После снятия висмутовой пены при температуре 280—350° С удаляют с помощью хлористого аммония остаточные магний и натрий (аналогично удалению остаточного алюминия). В этой операции вместе с висмутом удаляются остатки сурьмы.
Удаление свинца основано на реакции Pb + SnCl2 — PbCl2 + Sn, идущей слева направо при температурах ниже 450° С. Практически операцию стараются вести при минимально возможной температуре (240—250° С). Расход хлористого олова (получаемого специально для этой цели обработкой олова элементарным хлором) составляет 6—80 кг на 1 кг удаляемого свинца. Возможно также прямое удаление, свинца из чернового олова обработкой элементарным хлором при 250—270° С Для облегчения снятия последних порций хлористых съемов на поверхность расплава загружают кальцинированную соду (0,3—1 кг/т олова).
Реагентное рафинирование олова проводят в чугунных или стальных котлах, полусферической формы рабочей емкостью (по олову) от 5 до 45 т, обогреваемых электричеством или природным газом. В России наиболее распространены котлы с радиусом полусферы 1 м, имеющие емкость 15 т. Котлы оборудованы механическими мешалками. Общая продолжительность полного цикла реагентного рафинирования составляет обычно 40—80 т. Удельная производительность котлов по олову 2—6 т/сут на 1 м3 объема. Прямое извлечение олова в марочный металл составляет 80—90%, остальное переходит в съемы и возгоны, содержащие 50—60% Sn.
Все съемы, за исключением висмутовых и хлористых, обычно переплавляют на ванне наведенного шлака с целью доизвлечения олова. Одновременно со съемами плавят и возгоны, уловленные над котлами. Плавку ведут в небольших электропечах (200—500 кВА) или отражательных печах при температуре 1300— 1400° С. Разовая загрузка съемов составляет 2—5 т, продолжительность плавки 3—6 ч, удельная производительность печей для переплавки съемов 5—10 т/(м2*сут).
Черновой металл, полученный в результате, переплавки съемов и возгонов рафинировочного передала, обычно используют для производства сплавов (баббитов). Шлак после насыщения оловом до содержания 20% (через 2—8 плавок) направляют на восстановительную плавку, заменяя его свежим.
Висмутовые съемы (пену) подвергают специальной переработке с целью концентрирования висмута. Хлористые (свинцовистые) съемы обрабатывают жидким цинком (25—35% от массы съемов), цементирующим из них олово и свинец по реакциям SnCl2 + Zn = Sn + ZnCl2 и РbCl2 + Zn = Pb + ZnCl2. Эту операцию проводят при температуре 400—480° С, продолжительность ее составляет 6—9 ч. Полученный оловянносвинцовый сплав направляют на рафинирование, а цинковистые съемы — на гидрометаллургическую переработку.
Физические методы рафинирования. В последние годы в России освоены новые, физические методы рафинирования олова — центробежный и вакуумный. Центробежное рафинирование основано на свойстве олова очищаться от железа и некоторых других примесей при фильтрации его в жидком состоянии. В данном случае расплав олова продавливается через фильтрующий слой под действием центробежных сил. Операцию осуществляют при температуре 310—400° С. В результате центрифигурования удается очищать очень грязное олово до конечного содержания железа не более 0,01%, мышьяка — не более 0,1%. В фильтрат извлекается 80—85% олова, остальное количество переходит в съемы, содержащие 50—65% Sn, 5—20% Fe, 5—25% As и направляемые обычно на обжиг вместе с оловянными концентратами.
Вакуумное рафинирование позволяет очистить олово от летучих примесей (свинца и висмута) в результате обработки чернового олова при температуре 1000—1300° С и остаточном давлении 13—65 Па. Операцию проводят в индукционных или электронагревательных вакуумных печах непрерывного действия производительностью до 20—25 т/сут. В результате вакуумного рафинирования содержание свинца в черновом олове может быть снижено с 1—3 до 0,03—0,22%, а висмут с 0,1—1,5 до 0,01— 0,05%. Извлечение олова в рафинированный металл составляет 99,8%. Первичный конденсат, выход которого составляет 4— 6% от массы олова, содержит, %: 15—35 Sn, 40—60 Pb, 6—10 Bi, до 1,5 Sb. Его подвергают многократной вакуумной разгонке с целью доизвлечения олова и концентрирования висмута. После 4—5 таких операций можно получить товарный конденсат, содержащий, %, не более: 2—3 Sn, 65—90 Pb, 7—25 Bi, до 3—4 Sb и 0,1—0,2 As, направляемый на извлечение висмута.
Электролитическое рафинирование. Электролитическое рафинирование олова в водных растворах нашло практические применение за рубежом. На завода «Лонгхорн» (США) используют электролит, содержащий 60 г/л серной кислоты, 45—50 г/л фенол сульфоновой кислоты, 25 г/л олова, 2—3 г/л крезола и другие добавки.
Черновое олово, содержащее, % : 1—3 Sb, 0,1—0,9 As, 0,02—0,15 Bi, 1—2 Pb, 0,1—0,5 Cu, до 0,3 Fe и 90 г/т Ag, отливают в аноды и присоединяют после погружения в электролит к положительному полюсу источника постоянного тока. Под действием последнего олово растворяется и осаждается на катоде, а основная часть примесей выпадает на дно электролизных ванн в виде шлама. Катодный металл содержит 99,9—99,97% олова, т. е. является весьма чистым. Анодный шлам имеет следующий состав, %: 30—40 Sn, 12—15 Sb, 2—4 As, до 0,3 Bi, 10—20 Pb, 1—2 Cu, 2—3 Fe, 1—3 кг/т Ag. Его перерабатывают с извлечением ценных компонентов.
Показатели процесса электролитического рафинирования: катодная плотность тока 100 А/м2, температура 40° С, напряжение на электродах 0,3—0,35 В, выход олова по току 85%. Удельный расход электроэнергии 180 кВт*ч/т олова.
Этот метод рафинирования имеет преимущества по сравнению с огневыми только применительно к черновому олову, содержащему большие количества благородных металлов.

title-icon Подобные новости