Тигельная плавка руд II класса

Лекция 9. Тигельная плавка руд II класса

План  

1. Плавка с селитрой и избытком глета.
2. Плавка с железом.
3. Плавка с предварительным обжигом.

            Сульфидные руды вызывают затруднения в пробирном анализе вследствие возможного  образования штейна и шпейзы.

            Для анализа руд II класса применяют один из следующих методов плавки: а) с селитрой и избытком глета; б) с железом (осадительная плавка); в) с предвари­тельным обжигом. Выбор метода зависит от состава руды.

Плавка с селитрой и избытком глета

            Полному окислению сульфидов при этом методе плавки благоприятствуют основные высокоглетистые шлаки. Плавку с селитрой ведут быстро (30-40 мин) при более высокой температуре, более жидких шлаках, значительном количестве соды, минимальном количестве буры (особенно при цинковых продуктах) и с избытком глета. Глета рекомендуется брать 200 - 300 и до 400 % от массы навески; при «загрязненных» продуктах (As, Sb, Сu, Zn, Ni) соды берут не менее 100-150 % от массы навески, буры – не более  10-12 г. При этих условиях обеспе­чивается полное разложение пробы и предупреждается образование штейна.

            Добавляемая в шихту селитра препятствует восстановлению избыт­ка свинца против того количества его, которое требуется для полного извлечения золота и серебра.

            Чистые сульфидные руды пла­вят на моносиликатный шлак. Плав­ку руд, содержащих сульфиды ме­ди, мышьяка, сурьмы, теллура, ни­келя и висмута, ведут на более основные, субсиликатные шлаки.

            Для загрязненных руд пользуются эмпирическим правилом по ко­торому количество глета в шихте должно быть на 15-25 % больше по отношению к тому количеству, которое необходимо для окисления сульфидов при плавке навески руды.         

Рекомендуемые материалы

            Для окисления сульфидов селитрой требуется добавлять в шихту повышенное количество соды, как это видно из следующих реакций:

2FeS₂ + 14РbО + 4Nа₂СО₃ + SiО₂ =

                      2FeO·SiО₂ + 14Рb + 4Na₂SО₄ + 4СО₂ ;          

10FeS₂ + 28КNО₃ + 6Nа₂СО₃ + 5SiО₂ =

 5(2FeO·SiО₂) + 14K₂SО₄ + 6Na₂SО₄ + 14N₂ + 6СО₂.

            Сульфаты калия и натрия почти нерастворимы в силикатном шлаке и, т. к. они легче, всплывают на его поверхность, образуя после затвердевания белый кристал­лический солевой слой.

            Кремнезем следует вводить в шихту в ограниченном количестве, чтобы не по­нижать окисляющего действия глета.

            В присутствии пирротина или арсенопирита в руде свинец при плавке часто разбивается на мелкие корольки, легко запутывающиеся в шлаке; при выливании пробы сначала сливается чистый шлак, за которым следует полоса шлака, напол­ненного свинцовыми корольками. Это явление наблюдается при слишком низкой температуре плавки либо при малом количестве кремнезема в шихте; оно может быть вызвано также присутствием оксида железа (III) в шлаке.

            Количество селитры, необходимое для плавки, определяют расчетом по вос­становительному действию руды, если известен его минералогический состав, и окислительному действию селитры, а также с помощью предварительной пробы.

            Потери золота и особенно серебра в шлаках пробирной плавки с селитрой обычно получаются выше, чем в шлаках при плавке окисленных руд. Для этого способа тигельной плавки пользуются небольшими навесками (15-25 г), поэтому он мало пригоден для руд с низким содержанием благородных металлов.

            Для плавки свинцовых концентратов (56,1% Pb; 7,5% Си; 5,6% Zn; 20% S) и  промпродукта свинцовой флотации (37,1% Рb; 3,1% Си; 18,4% Zn; S не определялась) рекомендуется шихта, состав которой приведен ниже.

Пример  табличного расчета шихты для плавки проб

с селитрой

            Принимаем, что химический и минералогический составы руды известны. Предварительными плавками установлено, что восстановительная способность руды равна 3,06 и окислительная способность селитры 4,12.

Таблица 1

Расчет предварительного состава шихты

            Навеску руды для анализа принимаем равной 50 г, степень кислотности шлака К составляет 0,5. Руда восстановит свинец

50 · 3,06 = 153 г.

            Данные предварительного расчета приведены в табл.1.

            Для получения свинцового сплава массой 33 г следует окислить 153 - 33 =  120 г свинца + 3 г свинца, эквивалентного величине восстановительной способ­ности бумажного кулька, поступающего в операцию. С учетом этого потребуется селитры

123 : 4,12 = 30 г.

            Количество глета и соды на принятую навеску руды 50 г принимаем соответ­ственно 300 и 150%, или 150 и 75 г. Для ошлакования щелочи типа К₂О, образую­щейся при разложении селитры, части глета, переходящего в шлак, и соды при заданной степени кислотности шлака потребуется кремнезема

(117 · 0,067) + (75 · 0,142) + (30 · 0,074) = 20,87 г.

            С учетом состава компонентов навески (см. табл. 1) нужно дополнительно внести 6,561 г кремнезема, а всего требуется кремнезема 20,87 + 6,56 = 27,43 г. При содержании последнего в навеске в количестве 24,65 г необходимо добавить к шихте       

27,43 - 24,65 = 2,78 г,

      или в пересчете на эквивалент буры

2,78 · 1,22 = 3,40 г.

Окончательный расчетный состав шихты следующий: 50 г –навеска, 75 г – соды, 150 г – глета; 30 г – селитры; 3,4 г – буры.

Плавка с железом

            Плавка состоит в восстановительно-осадительном плавлении руды с избытком соды и ограниченным количеством глета в присутствии избытка железа (в виде крупных гвоздей или прутьев, или полос). Главное различие между этим и дру­гими способами плавки - в применении металлического железа как - восстанови­теля и десульфуризующего реагента. В основе процесса плавки лежат реакции разложения сульфидов и оксида свинца (II) металлическим железом.

            Если сернистое железо, образующееся в процессе контакта с сульфидами, выводить из сферы взаимодействия реагирующих веществ, то разложение сульфи­дов железом можно довести до конца. Для этого необходимо получать сильно ос­новной натриевый шлак, который хорошо растворяет сернистое железо.

            При плавке с железом часть серы пирита и других сульфидов улетучивается, часть окисляется небольшим количеством глета. Значительная часть серы раство­ряется в основном шлаке.

            Весь глет, вводимый в шихту, восстанавливается железом и частично суль­фидами по реакции

РвО + Fe = Рв + FeO.

            Количество свинцового сплава равно массе свинца, введенного в шихту в виде глета. Поэтому в шихту добавляют ограниченное количество глета (30-35 г).

            При плавке протекают следующие реакции:

FeS₂ = FeS + S;

PbS + 2РbО = 3Рb + SO₂;

Cu₂S + 2РbО = 2 (Сu, Рb) + SO₂;

FeS + 3РbО = 3Рb + FeO + SO₂;

РbО + Fe = Рb + FeO.

            После того как восстановление глета окончилось, происходят реакции разложения сульфидов металлическим железом:

PbS + Fe = Рb + FeS;

FeS₂ + Fe = 2FeS;

Sb₂S₃ + 3Fe = 2Sb + 3FeS (в шлак);

Аs₂S₃ + 5Fe = 2FeAs + 3FeS (в шлак); шпейза

Cu₂S + Fe = 2Си + FeS (в шлак).

            Присутствие заметных количеств Sb, As, Bi, Со, Си, Ni, Те и Sn может затруднить и даже сделать невозможной плавку с железом.

            Кроме этих реакций, при плавке с железом протекают реакции разложения сульфидов щелочами:

7PbS + 4Nа₂СОз = 4Рb + 3 (Na₂S · PbS) + Na₂SО₄ + 4СО₂;

3 (Na₂S · PbS) + 3Fе = 3 (Na₂S · FeS) + 3Рb.

            Образующийся железонатриевый штейн растворяется в щелочном шлаке.

            Лучшие результаты получаются при шлаках со степенью кислотности 0,5 (субсиликат), в которых около 75 % кремнезема замещено бурой. При данном способе плавки применяют шлак моносиликатный и субсиликатный (К = 1 + 0,5). Способ плавки с железом можно применять в тех случаях, когда не требуется очень сильная точность результатов определения.          

            Потери серебра при этом методе плавки увеличиваются вследствие повышенной растворимости его в щелочном сернистом шлаке.

            При подборе шихты для плавки с железом количество соды принимают равным 200-300% от величины навески. В шихту вводят ограниченное количество буры – примерно 25% от массы соды. При отсутствии или малом количестве  кремнезема в руде добавляют кварц в количестве 20% от массы буры (если руда содержит 2-3 г кремнезема, то последний в шихту не вводят).

            Шихту тщательно перемешивают, загружают в тигель, вставляют в нее 2-3 гвоздя или один прут длиной 8-12 см. Плавку ведут медленно в тече­ние 40-60 мин. По окончании плавки гвозди вынимают, осторожно постукивая о край тигля, и обмывают в шлаке. После удаления гвоздей пробу выливают в изложницу.

            Иногда вследствие избытка кремнезема или недостатка соды в шихте и малой продолжительности плавки образуется штейн.   

            Недостатки способа: ограниченность применения, повышенные потери серебра в­ шлаках, длительность плавки.

Плавка с предварительным обжигом

Ещё посмотрите лекцию "Санитарная статистика" по этой теме.

            Суть этого метода заключается в полном подавлении восстановительной способности анализируемого материала (сульфидов и углистого вещества) путем их окисления в процессе предварительного обжига. Последующему тигельному плавлению подвергается не исходный материал, а продукт его термической обработки – огарок. При этом возможны следующие два направления проведения этой подготовительной операции:

1. Одностадийный окислительный обжиг «намертво» с переходом железосодержащих сульфидов в высшие оксиды железа – гематит Fe₂О₃ и магнетит Fe₃О₄ (температура обжига 650-700ºС, продолжительность – 60-90 мин). В этом случае исходный материал переходит из II класса в III класс.

2. Двухстадийный обжиг: на первой стадии проводится окислительный обжиг «намертво». Затем в полученный огарок зашихтовывается 3-5 % от массы огарка тонко измельченного активированного угля, и проводится вторая стадия - восстановительный обжиг температура – 700-750ºС, продолжительность – 60-90 мин. В результате такой обработки получаем огарок, содержащий в основном вюстит FeO, то есть материал переходит из II класса в I класс.

Контрольные вопросы:

1. В чем заключается сущность плавки с селитрой и избытком глета?
2. В чем заключается сущность плавки с железом?

В чем заключается сущность плавки с предварительным обжигом?