بيريت الحديد لتكرير الرصاص وإزالة النحاس

يحتوي بيريت الحديد بالفعل على استخدامات لا تعد ولا تحصى ، من إنتاج مركبات الكبريت إلى مادة مضافة في عدة أنواع من الزجاج التجاري. في مساحة تكرير المعادن ، يتم تقدير البايرايت للاستخدام في تكرير الرصاص ، حيث يعد مكونا أساسيا ، وإزالة النحاس من الرصاص المنصهر والخبث المرتبط به.

مقدمة

كما هو الحال مع أي إنتاج للمعادن ، يجب أن يحدث عنصر التكرير للانتقال من خام مستخرج إلى منتج مفيد وقابل للتطبيق. يحدث الرصاص بشكل طبيعي مثل خام الجالينا ، وهو الخام الطبيعي لكبريتيد الرصاص (II) (PbS) ، ولكنه غالبا ما يحتوي على شوائب.

غالبا ما يتم استخراج الرصاص لمحتواه من المعادن الأخرى ، وخاصة الفضة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن العثور على كميات صغيرة من مركبات النحاس في هذه الخامات. من وجهة النظر الاقتصادية والعملية ، من الضروري إزالة الفضة وأي معدن آخر من الرصاص - في كثير من الأحيان تكون هذه المعادن أكثر قيمة بكثير من الرصاص ، ولها عملية تكرير مختلفة في المراحل النهائية / المتأخرة وإزالتها في أقرب فرصة تضمن عملية شاملة أكثر كفاءة. غالبا ما تحتوي خامات الرصاص على عدد كبير من المعادن المفيدة الأخرى أيضا.

يتم تغذية الخام الخام في آلة تلبيد مع مجموعة متنوعة من التدفقات والمواد المختزلة والمؤكسدة ، بما في ذلك فحم الكوك والحديد والسيليكا. لذلك ، يمكن القول أن معالجة خام الرصاص تبدأ بأكسدة الكبريتيد إلى كبريتات ، كما هو موضح هنا مع الأكسجين كمؤكسد:

2 PbS + 3 O 2 →2 PbSO3

الذي يخضع للتحلل الحراري إلى أكسيد الرصاص (ii) وغاز ثاني أكسيد الكبريت ، والذي يتم طرده.

PbSO3 → PbO + SO2

صهر الرصاص هو العملية التالية التي تستخدم الحرارة والعديد من المواد المختزلة لتقليل المركبات المؤكسدة المرتبطة بالمعدن ، ويحدث مزيد من الاختزال إلى المعدن الوسيط والأولي من أكسيد الرصاص (ii) الذي تم إنشاؤه في الموقع . يستمر الصهر مع تطبيق الحرارة في الفرن العالي ، لا يزال تحت ظروف الاختزال.

في الفرن العالي ، يغرق الخبث والرصاص المنصهر في القاع وترتفع الشوائب المعدنية الأخرى إلى الأعلى. يسمح للرصاص المنصهر (الذي لا يزال يحتوي في هذه المرحلة على كمية معتدلة من النحاس) والخبث بمغادرة الوجه الأمامي السفلي للفرن ، في قنوات منفصلة. غالبا ما تشتمل الشوائب المعدنية الأخرى على الأنتيمون والزرنيخ ويشار إليها باسم "speiss" ، والتي يتم استردادها وبيعها لمزيد من التنقية.


البايرايت مادة رئيسية
في عملية تكرير الرصاص (1). وبالإضافة إلى الإنتاج الأولي، يجد البرنامج أدوارا هامة في المعالجة الثانوية لنفايات الصهر وغيرها من العمليات من نوع الاستصلاح.

shutterstock_1671212602 واسعة

البايرايت في عملية الصهر

كجزء من مزيج التدفقات والمواد المضافة المختزلة والمؤكسدة المضافة في الحالات المبكرة لصهر الرصاص ، يعتبر البايرايت إدراجا قيما. بدون عملية أكسدة فعالة ، لن يتم تحويل الكبريتيد إلى كبريتات ، والتي لا يمكن تحويلها بعد ذلك إلى أكسيد الرصاص وهذا يتم الاعتناء به إلى حد كبير بواسطة مكونات مثل السيليكا.

البايرايت ضروري للعملية لأنه يعمل كماختزال في تحويل أكسيد الرصاص إلى معدن الرصاص ، في المعادلات (2):

2 FeS 2 + 15 PbO → Fe2O 3 + 4 SO3 + 15 Pb
FeS 2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb

هذه التفاعلات مواتية بشكل لا يصدق من الناحية الديناميكية الحرارية ، مع قيم طاقة جيبس الحرة -23,804 و -9.548 كيلو كالوري مول-1 عند 1,100 درجة مئوية على التوالي (3). عادة ما تذوب أنواع الحديد المنتجة في الخبث مع فقدان ثاني أكسيد الكبريت في الغلاف الجوي ، مما يدفع موضع التوازن بشكل فعال إلى اليمين. عادة ما توجد كربونات الصوديوم لعزل ثالث أكسيد الكبريت (SO3) ، وتثبيته إلى كبريتات الصوديوم - التي تدخل الخبث - وثاني أكسيد الكربون الذي يفقد أيضا في الغلاف الجوي (4).

تم إثبات البيريت صناعيا ، في حين أن الكبريت الأولي له نقطة انصهار وغليان منخفضة - مما يؤدي إلى كفاءة منخفضة (5). علاوة على ذلك ، يعتبر البايرايت مادة أسهل بكثير في التعامل معها والعمل بها مقارنة بالإضافة المباشرة ، نظرا لعدم سمية الأول.

عملية الصب المعدنية مع الأحمر ارتفاع درجة الحرارة النار في مصنع جزء معدني
الأسلاك النحاسية المستخدمة في صنع أكسيد النحاس

تنقية الرصاص المنصهر: تدلي النحاس

خبث النحاس هو المرحلة التالية في تنقية الرصاص ، حيث يضاف الكبريت مباشرة إلى الرصاص المنصهر. في العديد من العمليات ، يكون مصدر الكبريت هو البايرايت (6،7) ، مع إضافة خردة الحديد المعدني أيضا. ينتهي الأمر بأنواع الحديد المنتجة في الطبقة غير اللامعة.

ترتفع مركبات النحاس وغيرها من كبريتيدات المعادن غير الرصاصية بسرعة إلى السطح مكونة طبقة تسمى غير لامع. يمكن إزالة هذه الطبقة يدويا وأخذها أو بيعها كمواد أولية قابلة للتطبيق لصهر النحاس. تتضمن المعالجة الإضافية للرصاص المنصهر لإزالة المزيد من المعادن التبريد إلى كاليفورنيا. 700 إلى 800 درجة مئوية مع التحريض ، وتشكيل الخبث الذي ينفصل عن الرصاص المنصهر. يحتوي Dross على أكاسيد الرصاص المتبقية والمزيد من مركبات النحاس وكميات صغيرة بشكل لا يصدق من الأنتيمون المتبقي. يتم إزالة الخبث ، ومثل غير اللامع و speiss قبله ، يتم بيعه لمزيد من التنقية. أخيرا ، يتم تنقية الرصاص باستخدام طريقة مثل عملية Betterton-Kroll ، والتي تزيل أي بزموت متبقي من الرصاص ، مما يسمح بصبه.

يعتبر خبث النحاس المستمر بمساعدة الكبريت (البايرايت) عملية مماثلة ، باستثناء أنه يستخدم وعاءين أو أكثر يتم تقليبه باستمرار ، حيث يضاف الرصاص المنصهر والبيريت والحديد.

إزالة الرصاص الثانوي

تشير معالجة الرصاص الثانوية إلى عزل الرصاص من مصادر الخردة بشكل أساسي ، مثل البطاريات أو اللحام أو وميض الرصاص من المنازل. تشبه العملية إلى حد كبير طريقة إنتاج الرصاص الأولية ، باستثناء أنه لا يتم استخدام عوامل مؤكسدة ، حيث أن أكسدة الرصاص الأولي بالفعل لا طائل من ورائها. على هذا النحو ، ليس للبيريت دور يلعبه هنا.

Lead-Ingot-Block-Plate-Billet-Lead-Metal-Plumbum-Ingot

البايرايت والأحماض

لقد ثبت أن جالينا خام الرصاص يمكن أن يتأكسد بالبيريت وحمض النيتريك في الطور المائي - مقارنة بالطريقة التقليدية المذكورة أعلاه عندما يتم إنتاج الرصاص في المرحلة الصلبة ثم المنصهرة. في البحث (8) ، يتم إنتاج anglesite (PbSO4) من galena من خلال التسخين باستخدام البايرايت وحمض النيتريك ، مما يتسبب في ترشيح كبريتيد الرصاص. في درجة الحرارة ، يكون الحمض قادرا على أكسدة البايرايت وبالتالي يساعد في تكوين anglesite وكمية معتدلة من plumbojarosite. Anglesite هو خام ثانوي ، يتكون حصريا كمنتج أكسدة للجالينا.

هذا نهج مثير للاهتمام لأنه يشير إلى أن طريقة النض باستخدام الحمض المركز قد تكون فعالة في إنتاج الرصاص من خامه ، عندما يكون هذا الرصاص مقدرا له ككبريتات أعلى ، مما قد يلغي استخدام أفران الصهر باهظة الثمن والضارة بالبيئة عن طريق الحصول على الكبريتات مباشرة. كبريتات الرصاص (ii) لها استخدامات في تكنولوجيا البطاريات.

البايرايت لتنظيف speiss والنفايات ذات الصلة

نظرا لميلها إلى احتواء كميات كبيرة نسبيا من الفضة ، فإن speiss كمادة ذات قيمة ويجب معالجتها. ادعى الباحثون أن طنا واحدا من مصهر الرصاص يمكن أن يحتوي على ما يصل إلى 0.901٪ من الفضة من حيث الكتلة ، بالإضافة إلى كونه يتكون من حوالي 54٪ نحاس و 19٪ زرنيخ و 9٪ أنتيمون. أظهر بحثهم أنه من خلال تحميص speiss مع البايرايت في بيئة مؤكسدة ، تم إنتاج أكسيد الأنتيمون بسهولة (9) بمعدلات تحويل تزيد عن 98٪ عند 800 درجة مئوية بعد ساعتين فقط. في البداية ، اعتقد المؤلفون أن البايرايت سيكون بمثابة مصدر للكبريت ، كما هو الحال في خبث النحاس.

ومع ذلك ، فإن البايرايت له استخدام في ساحة إنتاج النحاس. أظهرت الأبحاث أنه يمكن استرداد المعادن بسهولة من خبث صهر النحاس عن طريق تطبيق البايرايت. الخبث موجود أيضا في إنتاج النحاس ، وهنا يمكن استخدام البايرايت لتعزيز الغلة وبالتالي جعل العملية أكثر تنافسية. لفترة وجيزة ، يتم تحميص الخبث في وجود البايرايت ثم رشح بالماء. باستخدام نسبة 1: 4 من البايرايت إلى الخبث ، تمت إزالة ما يزيد عن 95٪ من النحاس المتبقي من الخبث الغني بالنحاس ، تاركا وراءه شوائب أخرى ، بعد ساعة واحدة فقط عند 550 درجة مئوية (10).

الحديد البيريت شذرات الحمقى الذهب

التحويل مرة أخرى إلى الكبريتيد

كان هناك اهتمام بتحويل أكاسيد المعادن إلى الكبريتيدات المكافئة لها ، والتي قد يكون لها تطبيقات في مجال تخزين الطاقة. الفلكنة هي عملية مرتبطة بشكل أكثر شيوعا بإنتاج المطاط - وتشير بشكل صحيح إلى معالجة المطاط الطبيعي بالكبريت من أجل الصلابة - لكن الباحثين أثبتوا أنه يمكن فلكن أكسيد الرصاص يمكن فلكنته (أي معالجته بالكبريت لتحويله إلى كبريتيد) باستخدام البايرايت. عند تسخينه معا عند 900 درجة مئوية ، يتحول الأكسيد والبيريت إلى كبريتيد عند مستويات تحويل شبه كاملة ، مما يوفر PbS في شكل بلوري عالي النقاء (11).

موجز

  • صهر الرصاص هو العملية التي يتم من خلالها تحويل خام الرصاص - galena - إلى الرصاص المعدني
  • في الفرن العالي ، يعتبر البايرايت إدراجا أساسيا ، حيث يحول أكسيد الرصاص إلى معدن الرصاص المنصهر في عملية مواتية للغاية من الناحية الديناميكية الحرارية
  • يفضل البايرايت على عنصر الكبريت بسبب الأداء الضعيف للأخير ومع كون الأول أسهل بكثير في التعامل معه
  • يستخدم البايرايت في عملية خدر النحاس ، كمصدر للكبريت ، وإزالة النحاس والشوائب المعدنية الأخرى من الرصاص بعد المصهر
  • تشمل التطبيقات الأخرى التي تستخدم البايرايت تنقية الخبث وعزل الأكسيد الثانوي من الخامات
  • بشكل عام ، يعتبر البايرايت مكونا أساسيا في تكرير الرصاص والنحاس
مسحوق البيريتس في وعاء

مراجع

1 ج. ر. بارغا وآخرون، JOM، 2001، 19، 53

2 Zsczygiel et al., JOM, 1998, 4, 55

3 H. وانغ و D. مطلق النار ، Environ. التكنولوجيا., 2000, 21, 561

4 إي آر كول وإيه واي لي، التعدين المائي، 1984، 12، 49

5 C. Zscheische et al. ، تحديات وفرص عملية صهر الرصاص لخليط الأعلاف المعقدة ، في: B. Davis et al. (eds) ، Extraction 2018 ، أوتاوا ، 2018

6 براءة الاختراع الأمريكية US3694191 ، 1970

7 B. Xu et al. ، إزالة الكبريت من قطع النحاس الناتجة عن تكرير الرصاص ، في: J. Y. Hwang et al. (محرران) الندوة الدولية التاسعة حول المعالجة المعدنية ذات درجة الحرارة العالية ، فينيكس ، 2018

8 R. G. Zárate و G. T. Lapidus ، التعدين المائي ، 2012 ، 115 ، 57

9 م. بيترسون و ل. ج. تويدويل ، ج. هاز. الام., 1985, 12, 225

10 F. Tümen و N. T. Bailey ، التعدين المائي ، 1990 ، 25 ، 317

11 Y.-X. تشنغ وآخرون، فيزيوكيم. بروبل. عملية المعدنية., 2018, 54, 270