Железный пирит для рафинирования свинца и удаления меди


Железный пирит уже имеет множество применений
, от производства соединений серы до добавки в нескольких типах коммерческого стекла. В области рафинирования металлов пирит ценится для использования при рафинировании свинца, где он является важным компонентом, и удалении меди из этого расплавленного свинца и связанных с ним шлаков.

Знакомство

Как и в случае с любым металлическим производством, элемент рафинирования должен иметь место, чтобы перейти от добытой руды к полезному, жизнеспособному продукту. Свинец встречается в природе в виде галеновой руды, естественной руды сульфида свинца (ii) (PbS), но часто содержит примеси.

Свинец часто добывают из-за содержания в нем других металлов, особенно серебра. Кроме того, в этих рудах может быть обнаружено небольшое количество соединений меди. Как с экономической, так и с практической точек зрения, крайне важно удалить серебро и любой другой металл из свинца - часто эти металлы гораздо более ценны, чем свинец, имеют другой процесс рафинирования после / на поздней стадии, и удаление при первой возможности обеспечивает более эффективный общий процесс. Свинцовые руды часто содержат множество других полезных металлов.

Сырая руда подается в агломерационную машину с различными флюсами, восстановителями и окислителями, включая кокс, железо и диоксид кремния. Поэтому можно констатировать, что обработка свинцовой руды начинается с окисления сульфида до сульфата, показанного здесь кислородом в качестве окислителя:

2 PbS + 3 O2 → 2 PbSO3

Который подвергается термическому разложению на оксид свинца (ii) и газ диоксида серы, который выбрасывается.

PbSO3 → PbO + SO2

Выплавка свинца является следующим процессом, в котором используется тепло и несколько восстанавливающих веществ для уменьшения окисляющих соединений, связанных с металлом, и происходит дальнейшее восстановление до промежуточного, элементарного металла из оксида свинца (ii), который был получен in situ . Плавка продолжается с применением тепла в доменной печи, все еще в восстановительных условиях.

В доменной печи шлак и расплавленный свинец опускаются на дно, а другие металлические примеси поднимаются наверх. Расплавленный свинец (который на данный момент все еще содержит умеренное количество меди) и шлак оставляют нижнюю переднюю поверхность печи в отдельных каналах. Другие металлические примеси часто включают сурьму и мышьяк и называются «speiss», который извлекается и продается для дальнейшей очистки.


Пирит является ключевым материалом
в процессе рафинирования свинца (1). В дополнение к первичному производству, он играет важную роль во вторичной обработке отходов плавки и других процессах восстановительного типа.

shutterstock_1671212602 широкий

Пирит в процессе плавки

В составе коктейля из флюсов, восстановительных и окислительных добавок, добавляемых на ранних стадиях выплавки свинца, пирит является ценным включением. Без эффективного процесса окисления сульфид не был бы преобразован в сульфат, который затем не может быть преобразован в оксид свинца, и об этом в значительной степени заботятся такие компоненты, как кремнезем.

Пирит необходим для процесса, поскольку он действует как восстановитель при превращении оксида свинца в металлический свинец в уравнения (2):

2 FeS2 + 15 PbO → Fe2O3 + 4 SO3 + 15 Pb
FeS2 + 5 PbO → FeO + 2 SO2 + 5 Pb

Эти реакции невероятно термодинамически благоприятны, со значениями свободной энергии Гиббса -23 804 и -9,548 ккал моль-1 при 1 100 °C соответственно (3). Образующиеся виды железа обычно растворяются в шлаке, а диоксид серы теряется в атмосфере, эффективно сдвигая положение равновесия дальше вправо. Карбонат натрия обычно присутствует для поглощения триоксида серы (SO3), стабилизируя его до сульфата натрия, который попадает в шлак, и углекислого газа, который также теряется в атмосферу (4).

Пирит промышленно проверен, тогда как элементарная сера имеет низкую температуру плавления и кипения, что приводит к низкой эффективности (5). Кроме того, пирит является гораздо более простым материалом для обработки и работы по сравнению с прямым добавлением, благодаря нетоксичности первого.

процесс литья металла с красным высокотемпературным огнем на заводе по производству металлических частей
медная проволока, используемая при изготовлении оксида меди

Очистка расплавленного свинца: медный шлам

Шелушение меди является следующим этапом очистки свинца, где сера добавляется непосредственно к расплавленному свинцу. Во многих процессах источником серы является пирит (6,7), с добавлением металлического железа. Полученные виды железа попадают в матовый слой.

Соединения меди и другие несвинцовые сульфиды металлов быстро поднимаются на поверхность, образуя слой, называемый матовым. Этот слой может быть вручную удален и взят или продан в качестве жизнеспособного исходного материала для выплавки меди. Дальнейшая обработка расплавленного свинца для удаления большего количества металлов включает охлаждение до ca. От 700 до 800 °C с перемешиванием, образуя шлак , который отделяется от расплавленного свинца. Шлак содержит остаточные оксиды свинца, больше соединений меди и невероятно небольшое количество остаточной сурьмы. Шлак снимается и, как и мат и шпейсс до него, продается для дальнейшей очистки. Наконец, свинец очищают с использованием такого метода, как процесс Беттертона-Кролла, который удаляет любой остаточный висмут из свинца, позволяя его отливать.

Непрерывное сера (пирит) с помощью меди является идентичным процессом, за исключением того, что в нем используются два или более горшков, которые непрерывно перемешиваются, в которые добавляют расплавленный свинец, пирит и железо.

Вторичное удаление свинца

Вторичная обработка свинца относится к изоляции свинца от источников лома, таких как батареи, припой или свинец, мигающий из домов. Процесс очень похож на первоначальный метод производства свинца, за исключением того, что окислители не используются, так как окисление уже в основном элементарного свинца бессмысленно. Таким образом, пирит не играет здесь никакой роли.

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

Пирит и кислоты

Было показано, что свинцовая руда галена может быть окислена пиритом и азотной кислотой в водной фазе - по сравнению с традиционным способом, приведенным выше, когда свинец производится в твердой и впоследствии расплавленной фазе. В исследовании (8) англезит (PbSO4) получают из галена путем нагревания пиритом и азотной кислотой, вызывая выщелачивание сульфида свинца. При температуре кислота способна окислять пирит и впоследствии помогать в образовании англезита и умеренного количества плюмбохарозита. Англезит является вторичной рудой, образующейся исключительно в качестве продукта окисления галена.

Это интересный подход, поскольку он предполагает, что метод выщелачивания с использованием концентрированной кислоты может быть эффективным при производстве свинца из его руды, когда этот свинец предназначен в качестве более высокого сульфата, что сведет на нет использование дорогостоящих и экологически вредных доменных печей путем получения сульфата напрямую. Сульфат свинца (ii) используется в аккумуляторной технике.

Пирит для очистки Шпейса и связанных с ним отходов

Из-за своей склонности содержать относительно большое количество серебра, шпейс как материал ценен и должен быть обработан. Исследователи утверждают, что одна тонна свинцового плавильного шпейса может содержать до 0,901% серебра по массе, в дополнение к тому, что она состоит примерно из 54% меди, 19% мышьяка и 9% сурьмы. Их исследования показали, что при обжаривании шпейса пиритом в окислительной среде оксид сурьмы легко получался (9) со скоростью конверсии, превышающей 98% при 800 ° C всего через два часа. Первоначально авторы думали, что пирит будет действовать как источник серы, как при меди.

Пирит, однако, имеет применение на арене производства меди. Исследования показали, что металлы могут быть легко извлечены из медных шлаков путем применения пирита. Шлаки также присутствуют в производстве меди, и здесь пирит может быть использован для повышения урожайности и, следовательно, сделать процесс более конкурентоспособным. Вкратце, шлаки обжаривают в присутствии пирита, а затем выщелачивают водой. Используя соотношение пирита к шлаку 1:4, более 95% остаточной меди удаляли из богатого медью шлака, оставляя другие примеси позади, всего через один час при 550 °C (10).

Самородок железных пиритов дураков золото

Преобразование обратно в сульфид

Существует интерес к преобразованию оксидов металлов в их эквивалентные сульфиды, которые могут иметь применение в области хранения энергии. Вулканизация - это процесс, более часто связанный с производством каучука - и правильно относящийся к обработке натурального каучука серой на твердость - но исследователи продемонстрировали, что оксид свинца может быть вулканизирован (то есть обработан серой для превращения в сульфид) с использованием пирита. При совместном нагревании при 900 °C оксид и пирит превращаются в сульфид на почти полных уровнях конверсии, обеспечивая PbS в высокочистой кристаллической форме (11).

Консультирование по оксиду марганца

  • Выплавка свинца - это процесс, посредством которого свинцовая руда - гален - превращается в металлический свинец
  • В доменной печи пирит является важным включением, превращая оксид свинца в расплавленный металлический свинец в очень термодинамически благоприятном процессе.
  • Пирит предпочтительнее элементарной серы из-за плохой производительности последнего и при том, что первый значительно проще в обращении.
  • Пирит используется в процессе слизывания меди, как источник серы, удаляя медь и другие металлические примеси из свинца после плавки
  • Другие применения с использованием пирита включают очистку шлака и выделение вторичных оксидов из руд
  • В целом, пирит является важным компонентом при рафинировании свинца и меди.
Пириты порошок в кастрюле

Ссылки

1 J. R. Parga et al., JOM, 2001, 19, 53

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

3 Х. Ван и Д. Шутер, Энвирон. Технологий., 2000, 21, 561

4 Э. Р. Коул и А. Ю. Ли, Гидрометаллургия, 1984, 12, 49

5 C. Zscheische et al., Проблемы и возможности процесса выплавки свинца для сложных кормовых смесей, в: B. Davis et al. (eds), Extraction 2018, Ottawa, 2018

6 US Патент US3694191, 1970

7 B. Xu et al., Удаление серы из медного шлака, образующегося при рафинировании свинца, в: J. Y. Hwang et al. (ред.) 9-й Международный симпозиум по высокотемпературной металлургической обработке, Феникс, 2018

8 Р. Г. Сарате и Г. Т. Лапидус, Гидрометаллургия, 2012, 115, 57

9 М. Петерсон и Л. Г. Твидвелл, Дж.Хаз. Матер., 1985, 12, 225

10 Ф. Тюмен и Н. Т. Бейли, Гидрометаллургия, 1990, 25, 317

11 Й.-Х. Чжэн и др., Физиохимия. Пробл. Минеральный процесс., 2018, 54, 270