» » Производство вторичного свинца и сплавов на свинцовой основе
06.05.2015

Общие сведения

Чем больше потребляется свинца, тем большее значение приобретает его вторичная металлургия. Из ломов и отходов выплавляют значительное количество свинца и сплавов на свинцовой основе. В России, например, удельный вес источников вторичного свинца характеризуется следующими данными:
Производство вторичного свинца и сплавов на свинцовой основе

В России лом и отходы свинца, как правило, перерабатывают на специализированных заводах. После сортировки и разделки это, сырье переплавляют на сурьмянистый свинец и баббиты различных марок, а также промежуточные сплавы для производства свинцовооловянных припоев и типографских сплавов.
Около 30% вторичного металла расходуется на производство сурьмянистого свинца, 24% — на производство свинцовооловянных и 19%— на производство кальциевых баббитов, 7% — на производство припоев, 5% — на производство литейных оловянных бронз и около 15% используется в шихте при выплавке первичного свинца.
Вторичный свинец выплавляют в котлах, а также в шахтных и отражательных печах; исследуется возможность использовать для этой цели электропечи.
Мелкое сырье подвергают агломерации.
Агломерационная машина, служащая для этой цели, оборудована обычно тремя-четырьмя камерами всасывания. На дне камер имеется вода, в стенках, противоположных газоотводам, устроены люки для очистки от просочившегося свинца и просыпавшейся мелочи. Камеры чистят каждую смену. Производительность машины достигает значительной величины — 20 т/м2 в сутки годного агломерата, что объясняется легкоплавкостью, пористостью шихты и простотой процесса спекания. Для предотвращения вытапливания свинца и припекания агломерата к колосникам процесс ведут с недопеком, направляя слой шихты, прилегающий к палетам, в возврат.
Выплавка вторичного свинца в котлах

В стальных котлах, допускающих кратковременный перегрев до 700—800°, перерабатывают отсортированный металлический лом рольного свинца и химической аппаратуры, не содержащий окислов или других соединений свинца и расплавляющийся при температуре ниже 600°.
После полного расплавления лома (при температуре, не превышающей 500—550°) и снятия всплывающих на поверхность расплава тугоплавких пенок, называемых спрудиной, и медистых съемов свинец перекачивают в разливочный котел.
При плавке свинцового лома в котлах в сплав переходит 96,5—97% металла, в оборотные съемы 2,3-2,8%, теряется 0,7%. Полное извлечение с учетом переработки съемов достигает 98,7%.
Отражательная плавка аккумуляторного лома

Аккумуляторный лом и другие свинцовые материалы, содержащие значительные количества окислов и сульфатов свинца, плавят при температуре выше 900° в отражательных и короткобарабанных печах, отапливаемых мазутом или газом. Отражательные печи, площадь пода которых до 6 м2 и глубина ванны 400 мм, позволяют перерабатывать мелкие порошкообразные материалы без предварительного окускования.
Плавку в отражательных печах ведут периодически. После загрузки шихты для окончательного ее расплавления и завершения реакций в печи поддерживают температуру 900—1050°.
Выпущенный из печи в котел металл охлаждают до 400—450°, снимают с него спрудину, а затем разливают в чушки, дополнительно снимая в изложницах всплывающую пенку, возвращаемую в отражательную печь.
Шлак из печи выпускают после металла, охлаждают, разбивают и перерабатывают в шахтной печи.
Состав продуктов плавки и распределение между ними металлов приведены в табл. 11.
Производство вторичного свинца и сплавов на свинцовой основе

В результате отражательной плавки аккумуляторного лома без добавки восстановителя получается малосурьмянистый свинец, богатые свинцом шлаки и спрудины. Кроме того, значительное количество свинца и особенно сурьмы улетучивается.
При переработке оборотных продуктов может быть достигнуто извлечение свинца около 95% при потерях с газами 5%.
При отражательной плавке аккумуляторного лома с добавкой небольшого количества восстановителя (практика некоторых американских заводов) содержание сурьмы и олова в сплаве повышается, потери этих металлов снижаются, а одновременно выход спрудины увеличивается и состав ее приближается к получаемому свинцовому сплаву.
В ГДР в последнее время довольно широко применяют вращающиеся короткобарабанные печи, отапливаемые мазутом или газом. В таких печах лучше осуществляется перемешивание и лучше используется тепло Поэтому производительность барабанных печей выше, чем отражательных печей соответствующего размера. Однако улетучивание металла в них больше, поэтому мелкие материалы в этом случае рекомендуется брикетировать.
Шахтная плавка

Аккумуляторный лом и агломерат из мелких свинцовых отходов плавят в шахтных печах, которые отличаются от печей рудной плавки только меньшими размерами.
Особенностью плавки аккумуляторного лома является низкий выход шлака, источником которого является главным образом зола кокса, содержащая обычно 50—55% SiOj, 25% AlsO3, 15% Fe2O3 и до 3—5% CaO. Шлак указанного состава весьма тугоплавок, поэтому в плавку необходимо добавлять флюсы.
Расход кокса при плавке достигает 15—20%, удельный проплав 65—80 т/м2 в сутки; высота сыпи равна 3—4,5 м, упругость дутья около 120 мм рт. ст. Шлак содержит 0,5—3,5% Pb, около 30% SiO2, 30% FeO1 15% CaO и 15% Al2O3 О составе продуктов плавки и распределении между ними металлов при переработке смеси агломерата и лома можно судить по данным табл. 12.
Производство вторичного свинца и сплавов на свинцовой основе

Как следует из данных таблицы, шахтная плавка сопровождается относительно небольшими потерями свинца в шлаке и газах.
В настоящее время исследуется и осваивается процесс плавки аккумуляторного лома в закрытых электропечах. Уже достигнуто извлечение в металл 96% Pb и 90% Sb при малых потерях этих металлов со шлаком и газом, которые образуются в малых количествах. Удельная производительность электропечи выше, чем отражательной.
Переработка продуктов плавки

При плавке аккумуляторного лома и другого вторичного сырья получают черновой свинец, спрудину, шлак и пыль. Черновой свинец может быть выдан в виде товарного сурьмянистого или рафинированного металла, все остальные продукты плавки также подлежат переработке.
Получение сурьмянистого свинца

Состав сплава зависит от качества сырья и содержания в нем металлов примесей. Металлы используются лучше в том случае, если сплавы приготавливают из одноименных соответствующих видов сырья свинцово-оловянный лом используют для приготовления оловянистых баббитов, свинцово-сурьмянистый лом направляют на производство сурьмянистого свинца; лом, содержащий натрий и кальций, служит для производства кальциевых баббитов.
При смешанном сырье (с переменным составом) из него сначала выплавляют промежуточные ставы, которые затем шихтуют и переплавляют на продукцию заданного состава. Приготовление промежуточных сплавов из чистого лома сводится к расплавлению лома в котле без каких-либо дополнительных операций. Разливку для большей однородности ведут при перемешивании расплава в котле. Получение сурьмянистого сплава из более загрязненного лома требует предварительного ликвационного рафинирования от меди и железа.
Сурьмянистый свинец из аккумуляторного лома выплавляют в шахтной или отражательной печи. При этом для максимального перевода сурьмы в свинцовый сплав плавку ведут в восстановительной атмосфере. Если необходимо получить бедные сурьмой сплавы, то плавку ведут в отражательных печах без восстановителя. При этом основная масса примесей окисляется глетом и переводится в шлак.
В отдельных случаях возникает необходимость рафинировать вторичный свинец от всех или от основной массы примесей. В этом случае применяют обычные способы рафинирования, описанные выше. При рафинировании вторичного свинца для удаления железа, мышьяка, меди и сурьмы иногда применяется алюминий, который не растворим в свинце и образует с перечисленными примесями тугоплавкие и не растворимые в свинце интерметаллические соединения. Алюминий вмешивают в расплавленную ванну свинца, а всплывающие при этом кристаллы удаляют дырчатой ложкой.
Переработка оборотных шлаков

Богатые шлаки, полученные при отражательной плавке и содержащие 80% Pb и 10% Sb, подвергают восстановительной плавке, получая богатый сурьмой подготовительный (промежуточный) сплав.
Обычно такой сплав содержит 90% Pb, около 7% Sb и 1% Sn. В него извлекается 72% Pb и 40% Sb Вторичный шлак содержит около 20% Pb, 7% Sb и 2,5% Sn. В шлак переходит 8% Pb и 20% Sb. В газы улетучивается 20% Pb и 40% Sb. Вторичный шлак приходится переплавлять вместе с другими оборотами.
Переработка спрудины

Жирная спрудина содержит 90—95% Pb, 1—3% Sb, до 0,3% Sn, 0,3% Fe, 1% S и 1,5% Cu. Она состоит из первичных кристаллов сурьмянистой и оловянистой меди, а также железистых металлических соединений и сульфидов, распределенных в значительной массе свинца.
Обычно жирную спрудину подвергают ликвации при 500° в небольшой пламенной печи с наклонным подом. Вытапливаемый свинец используют в качестве подготовительного сплава при производстве баббитов. Сплав содержит 97% Pb, 1,8% Sb, 0,8% Cu и 0,25% Sn В него извлекается 83% Pb и 44% Sb.
Получаемая после ликвации сухая спрудина, выход которой не превышает 20%, содержит около 60% Pb, 10% Sb, 3% Sn и 2,5% Cu. В нее переходит 12% Pb и 55% Sb. При более полной ликвации сухая спрудина может содержать до 40% Pb. значит и больше всех метал лов-примесей.
Было предложено много методов переработки спрудины, основанных на различных способах удаления меди с использованием обезмеженного сплава для приготовления баббитов: методы обезмеживания серой, присадкой кремния (не получившее распространения) и сульфатизирующим обжигом с последующим выщелачиванием серной кис лотой.
Простая ликвация жирной спрудины позволяет быстро возвращать в производство основную массу свинца. Сухую спрудину целесообразно накапливать и периодически перерабатывать для извлечения из нее сурьмы, олова и других металлов на заводах производства первичного свинца.
Производство баббитов

В России подавляющее количество баббитов производится из вторичного сырья.
Баббиты в зависимости от содержания в них олова и свинца подразделяются на три группы 1) на оловянной основе — без свинца, 2) на свинцовой основе — с оловом: 3) на свинцовой основе — без олова.
Действующими Гостами предусмотрено четыре марки свинцовооловянных баббитов (Б16, BH, БТ, Б6) две марки оловянных баббитов (Б89 и Б83), две марки безоловянных кальциевых баббитов (БК и БК2), а также свинцовосурьмянистые баббиты БС1 и БС2.
Свинцовооловянные баббиты изготовляют из лома и отходов, подготовительных сплавов, лигатуры и первичных металлов, необходимых для подшихтовки
Баббит Б16 представляет собой четырехкомпонентный став Pb—Sn—Sb—Cu на свинцовой основе, содержащий 15—17% Sb, 15—17% Sn, 1,5—2,0% Cu и 0,6% суммы примесей других металлов. Медь вводят в сплав для предотвращения заметной ликвации сплавов на свинцовооловянной основе.
Плавку ведут в чугунных котлах емкостью 2 т. Средняя стойкость котлов 100 плавок. В котле сначала расплавляют подготовительный сплав, лигатуру и сурьму, затем расплав доводят до температуры 700—750° и покрывают его поверхность древесным углем для предотвращения окисления. После этого загружают остальную часть шихты, причем олово в последнюю очередь.
Сплав тщательно перемешивают, поверхность его очищают ст золы, остатков угля и окислов металлов и после небольшого отстаивания и вторичного перемешивания разливают в чушки при 360—400°.
Баббит BH представляет собой многокомпонентный сплав на свинцовой основе. Он содержит 13—15% Sb, 1,5—2,0% Cu; около 1,5% Cd, 1% Ni, 9% Sn, 0,5—0,9% As и остальное — свинец.
Сплав готовят так же, как и сплав Б16, расплавляя сначала богатый медью подготовительный сплав, всю сурьму и лигатуру; далее вводят мышьяк, олово и последним — кадмий. Сплав разливают в чушки при 500—540°.
Баббит ВТ содержит 14—16% Sb, 9—11% Sn, около 1% Cu и до 2% Te. Сплав готовят аналогично предыдущим, в последнюю очередь вводя в котел при 550—600° сурьмянотеллуристую лигатуру и олово Разливают сплав при 400—450°.
Свинцовокальциевонатриевые баббиты. Первые опыты по получению сплавов свинца с щелочными металлами проводились акад А.А. Бочваром и проф. докт. техн. наук H.Н. Мурачом методом электролиза расплавленных хлористых солей кальция и натрия. В дальнейшем практическое применение получила металлотермическая схема, при котором используется реакция замещения
Производство вторичного свинца и сплавов на свинцовой основе

Вводимый в свинец металлический кальций образует твердые кристаллы Pb3Ca, а металлический натрий образует мелкие кристаллы Na2Pb5, равномерно распределенные в свинце и увеличивающие его твердость. Сплав содержит 0,6—0,9% Na и 0,85—1,15% Ca.
Так как требования к содержанию примесей очень строгие, для производства баббита БК применяют только хорошо отсортированный свинцовыи лом, кабельные оболочки, свободные от сурьмы рольные листы и другие отходы, содержащие не более 0,3—0,4% Sb.
Кальциевые баббиты получают тремя способами: с применением хлористого кальция (хлоридный), с применением металлического кальция и методом электролиза расплавленных солей.
В печи с площадью 1,5—2,0 м2 и глубиной ванны 100—150 мм расплавляют хлористый кальций, который добавляют к свинцовонатриевому сплаву, приготовленному в котле. При этом образуется тройной сплав Pb—Na—Ca, представляющий основу кальциевого баббита BK, и смесь солей NaCl и CaCl2. Сплав отливается в чушки при 550—600°.
В случае применения металлического кальция его вводят в свинцовую ванну, нагретую до 800°. Так как реакция образования Pb3Ca протекает весьма бурно, то натрий во избежание его улетучивания вводят в охлажденный двойной сплав после полной ассимиляции кальция Указанный способ требует большого расхода свинца и кальция.
Электролитический метод аналогичен описанному ранее для получения свинцовокальциевой лигатуры.