ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Статья посвящена вопросу создания экологически безопасной, технологически эффективной и экономически выгодной высокопроизводительной комплексной схемы по переработке свинецсодержащих промпродуктов и отходов, в частности висмутистых окислов и дроссов, образующихся при плавке медеэлектролитного шлама, с получением товарных моноэлементных продуктов. Для решения задачи используется комбинированная технология, основу которой составляют гидрометаллургические операции, позволяющие разделять близкие по свойствам химические элементы с высоким извлечением их в готовую продукцию. Целью работы являлось исследование и разработка принципиальных подходов и рациональных комплексных технологий переработки висмутистых дроссов и окислов ? промпродуктов рафинирования свинца чернового, с использованием восстановительных плавок сырья и обогащенного висмутом шлама, электролизом висмутистого свинца с получением висмута чернового, содержащего ≥ 90 % Bi при его прямом извлечении ≥ 70 %. Методы. Проплавление при температуре 1100…1150 оС шихты оптимального состава, содержащей висмутистые окислы, карбонат натрия, диоксид кремния и углерод. Новизной выполненных исследований является снижение содержания благородных металлов и сопутствующих им халькогенов во вторичном медьсодержащем сырье при увеличении количества элементов-примесей. Результаты и обсуждение. Совместная плавка (1100…1150 ºС) висмутистых окислов, карбоната натрия, диоксида кремния и углерода, взятых в массовом соотношении 100 : (15…66) : (11…25) : (5…7), позволяет перевести 89,0…93,6 % висмута и 99,5…99,7 % свинца из исходных окислов в висмутистый свинец, содержащий ~7 % Bi и ~80 % Pb. Основной фазой Pb-Bi сплава является элементный свинец. Повышенный расход флюсов ведет к росту количества бедных по целевым металлам оборотных силикатных шлаков, в которые переходит, %: 1,4 Bi; 2 Pb; 47 Zn; 23 Sb; 33 Sn. Основные фазы шлака: Na2CaSiO4, Na4Mg2Si3O10, MgO, Pb, ZnS, PbS. Практическая значимость определяется оптимальным режимом восстановительной плавки висмутистых окислов (100 %) с получением висмутистого свинца, %: 66 Na2CO3, 25 SiO2, 5 С; температура процесса – 1150 ºС. Наличие примесей обусловливает необходимость введения в технологическую схему переработки висмутистых окислов операций реагентной обработки висмутистого свинца. Обезмеживание и щелочное смягчение позволят получить Pb-Bi-сплав, пригодный для переработки пироэлектрометаллургическим способом.
Королёв Алексей Анатольевич
Сергейченко Сергей Вячеславович
Тимофеев Константин Леонидович
Мальцев Геннадий Иванович
Воинков Роман Сергеевич
1. Юхин Ю.М., Михайлов Ю.И. Химия висмутовых соединений и материалов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. – 360 с. – ISBN 5-7692-0404-4.
2. Эмели Дж. Элементы. – М.: Мир, 1993. – 256 с. – ISBN 5-03-002422-0.
3. Смирнов М.П. Рафинирование свинца и переработка полупродуктов. – М.: Металлургия, 1977. – 280 с.
4. Полывянный И.Р., Абланов А.Д., Батырбекова С.А. Висмут. – Алма-Ата: Наука, 1989. – 316 с. – ISBN 5-628-00259-3.
5. Федоров П.И. Химия и технология малых металлов. Висмут и кадмий. – М.: МИХМ, 1986. – 92 с.
6. Mechanism of debismuthizing with calcium and magnesium / D. Lu, Z. Jin, Y. Chang, S. Sun // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2013. – Vol. 23. – P. 1501–1505. – DOI: 10.1016/S1003-6326(13)62622-9.
7. Castle J.F., Richards J.H. Lead refining: current technology and a new continuous process // Advance in Extractive Metallurgy / W.T. Denholm. – London: The Institution of Mining and Metallurgy, 1977. – P. 217−234. ISBN 0900488379.
8. Hibbins S.G., Closset B., Bray M. Advances in the refining and alloying of low-bismuth lead // Journal of Power Sources. – 1995. – Vol. 53. – P. 75–83. – DOI: 10.1016/0378-7753(94)02007-P.
9. Betterton J.O., Lebedeff Y. Debismuthing lead with alkaline earth metals // Transactions of AIME. – 1936. – Vol. 121. – P. 205−225.
10. Evers D. Debismuthing by the Kroll−Betterton process // Metallhuttenw. – 1949. – Vol. 2. – P. 129−133.
11. Davey T.R.A. Debismuthing of lead // Journal of Metals. – 1956. – Vol. 3. – P. 341−350.
12. Iley J.D., Ward D.H. Development of a continuous process for the fine debismuthizing of lead // Advance in Extractive Metallurgy / W.T. Denholm. – London: The Institution of Mining and Metallurgy, 1977. – P. 133−139. – ISBN 0900488379.
13. Hancock P., Harris R. Solubility of calcium−magnesium−bismuth intermetallic in molten lead // Candian Metallurgy Quarterly. – 1991. – Vol. 30. – P. 275−291.
14. Lu D., Liu X., Ye G. Thermodynamical analysis of debismuthizing mechanism with calcium and magnesium // Journal of Shenyang Institute of Gold Technology. – 1997. – Vol. 16, iss. 2. – P. 110−115.
15. Davey T.R.A. The physical chemistry of lead refining // Lead-Zinc-Tin'80: Proceedings of the World Symposium on Metallurgy and Environmental Control. – TMS-AIME: Metallurgical Society of AIME, 1980. – P. 477−506. – ISBN 0895203588. – ISBN 9780895203588.
16. Lu D., Jin Z., Jiang K. Fine debismuthizing with calcium, magnesium and // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2011. – Vol. 21 (10). – P. 2311−2316. – DOI: 10.1016/S1003-6326(11)61013-3.
17. Zhang J.S. A review of steel corrosion by liquid lead and lead–bismuth // Corrosion Science. – 2009. – Vol. 51. – P. 1207−1227. – DOI: 10.1016/j.corsci.2009.03.013.
18. Manas P., Jung I.H. Thermodynamic modeling of the Mg−Bi and Mg−Sb binary systems and short-range-ordering behavior of the liquid solutions / P. Manas, I.H. Jung // Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. – 2009. – Vol. 33. – P. 744−754. – DOI: 10.1016/j.calphad.2009.10.002.
19. The thermodynamic properties of calcium intermetallic compounds / M. Notin, J. Mejbar, A. Bouhaijb, J. Charles, J. Hertz // Journal of Alloys and Compounds. – 1995. – Vol. 220. – P. 62−75.
20. Extraction of tellurium and high purity bismuth from processing residue of zinc anode slime by sulfation roasting-leaching-electrodeposition process / J. Fan, G. Wang, Q. Li, H. Yang, S. Xu, J. Zhang, J. Chen, R. Wang // Hydrometallurgy. – 2020. – Vol. 194. – P. 105348. – DOI: 10.1016/j.hydromet.2020.105348.
21. Патент 2046832 Российская Федерация, МПК C 22 B 13/00, C 22 B 7/00, C 22 B 13/02. Способ гидрометаллургической переработки щелочного сульфидно-сульфатного плава от плавки свинцового концентрата / Н.В. Ходов, М.П. Смирнов, О.К. Кузнецов, К.М. Смирнов; заявитель и патентообладатель Ходов Н.В. – № 5056328/02; заявл. 14.09.1992; опубл. 27.10.1995.
22. Патент 1192411 Российская Федерация, МПК С 25 С 3/34. Способ переработки сплавов, содержащих свинец и висмут / О.Г. Зарубицкий, С.Н. Сутурин, А.А. Омельчук, В.Т. Мелехин, Ю.С. Корюков, В.Е. Дьяков, В.Г. Будник, Т.А. Бандур, М.А. Яковлев, В.Д. Никитина; заявитель Институт общей и неорганической химии АН УССР. – № 3646660/02; заявл. 26.09.1983; опубл. 10.07.2012, Бюл. № 19.
23. А. с. 1106162 СССР, МПК С 22 В 30/06. Способ получения висмута из его оксисоединений / Ю.М. Юхин, В.Е. Дьяков, Л.Н. Максимов, А.И. Федченко, В.В. Соболев; заявитель Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья СО АН. – № 3611338/02; заявл. 27.06.1983; опубл. 10.11.2011, Бюл. № 31.
24. Патент 106048224 Китайская Народная Республика, МПК С 22 В 5/02, С 22 В 30/06. Способ ведения низкотемпературной восстановительной плавки висмутсодержащих соединений / Liu Weifeng, Fu Xinxin, Deng Xunbo, et al. (CN); заявитель Central South University. – № 201610501290.7; заявл. 30.06.2016; опубл. 26.10.2016.
Переработка висмутистых окислов / А.А. Королев, С.В. Сергейченко, К.Л. Тимофеев, Г.И. Мальцев, Р.С. Воинков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2021. – Т. 23, № 3. – С. 155–165. – DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.3-155-165.
Korolev A.A., Sergeichenko S.V., Timofeev K.L., Maltsev G.I., Voinkov R.S. Recycling of bismuth oxides. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2021, vol. 23, no. 3, pp. 155–165. DOI: 10.17212/1994- 6309-2021-23.3-155-165. (In Russian).
