Примеры ликвационных процессов

Разделение свинца и серебра. Процесс Патинсона заключается в том, что сплав свинца с содержанием серебра не выше 1,5 % подвергается медленному охлаждению. При этом выпадают кристаллы чистого свинца, которые падают на дно котла и собираются с помощью ковшей, отделяясь от жидкой части сплава, обогащенного серебром (рис. 11). Иногда жидкая часть сплава выпускается из котла, а кристаллы чистого свинца собираются на дне ванны. Проследим по диаграмме плавкости системы Pb – Ag поведение сплава с содержанием а % серебра при охлаждении. Выше температуры t₁ сплав представляет собой однородный жидкий раствор; при охлаждении ниже температуры t₁, например, до температуры t₂ из сплава выпадают кристаллы свинца, а оставшаяся жидкая фаза обогащается серебром до состава a₁. Если величину отрезка Pb – a₁ принять за 100, то по правилу рычага отрезок а₁ – а₁ = х дает количество выпавших кристаллов свинца в процентах от общего количества сплава, а отрезок Р – а₁ = у – количество жидкого сплава. При понижении температуры количество кристаллов свинца увеличивается, а жидкого сплава Pb + Ag уменьшается, причем содержание серебра в нем повышается, достигая предельного значения – 2,5 % в эвтектической точке при охлаждении до 304 °С

Рафинирование цинка от свинца ликвацией. Цинк в жидком состоянии ограниченную растворимость в свинце. Расплавы, содержащие от 2 до 98,5 % цинка, распадаются на два слоя с первоначальной температурой застывания при 418 °С; растворы более богатые по Pb застывают при 318 °С. Процесс

ликвационного рафинирования цинка от свинца ведется в отражательных печах путем медленного охлаждения расплавленного металла в течение 2 – 3 суток и отстаивания жидкого цинка от жидкого свинца, который собирается на дне ванны. Объяснения этому процессу мы находим на диаграмме плавкости системы Pb – Zn. Если сплав, содержащий а % Pb, подвергнуть охлаждению от температуры t, при которой этот сплав является однородным жидким расплавом, то при некоторой температуре t₂ сплав разделяется на две фазы – цинковую х и свинцовую у, например, при температуре t₃ сплав а дает цинковую фазу с некоторым содержанием свинца х и свинцовую фазу с некоторым содержанием цинка у. По правилу рычагов можем определить количество цинковой свинцовой фаз. Принимая количество исходной фазы за отрезок ху получим количество цинковой фазы ау и количество свинцовой фа-зы ах. С понижением температуры составы обеих фаз изменяются: цинковая фаза беднеет свинцом, свинцовая беднеет цинком, достигая предельных значений в момент появления кристаллов чистого цинка при температуре 418 ^°С, для цинковой фазы х₀ % Pb, для свинцовой фазы у₀ % Zn. При этом относительные количества обеих фаз также изменяются в зависимости от направления линий расслаивания в жидком состоянии.

Разделение продуктов рудной плавки

Процесс Паркесса – обессеребривание свинца при помощи цинка. Процесс основан на образовании между цинком и серебром нескольких химических соединений, не растворимых в свинце, которые всплывают на поверхность свинцовой ванны при прибавлении к веркблею цинка.

Процесс осуществляется следующим образом. В расплавленный веркблей при температуре около 500 °С добавляют 1÷2 % цинка, который вмешивается в ванну при помощи специальной мешалки. Через некоторое время на поверхность ванны всплывает твердый продукт – серебристая пена с содержанием (1÷2)÷10 % серебра. Содержание цинка в пене - от 10÷12 до 35÷40 %.

Цинк образует с серебром по крайней мере два химических соединения Ag₂Zn₃ и AgZn с температурой плавления 665 и 636 °С. Кроме этого, Zn и Ag образуют целый ряд твердых растворов.

При растворении цинка в свинцово-серебрянном сплаве при t = 400÷500 ºС между цинком и серебром происходит образование химических соединений:

n[Ag] + m[Zn] ↔ Ag_nZn_m (1); с константой равновесия: .

Концентрацию Ag_nZn_m; Ag₂Zn₅; AgZn, ввиду малой растворимости, можно принять постоянной, тогда констант растворения будет иметь вид: . Из константы видно, что для получения меньшей концентрации серебра необходимо добиться наибольшей концентрации цинка.

Рафинирование свинца от меди ликвацией. Медь в процессе отстаивания веркблея при понижающейся температуре (370÷380 °С) всплывает на поверхность свинцовой ванны в виде тестообразной массы медистых дроссов, содержащих 10÷20 % меди и 50÷80 % свинца.

Рассмотрение диаграммы плавкости системы Cu – Pb показывает, что растворимость меди в свинце при понижении температуры до 326 °С – температуры плавления эвтектики равна всего 0,06÷0,05 %. При охлаждении сплава выкристаллизовывается медь и всплывает на поверхность ванны.

Теоретически, ликвационным методом представляется возможным отрафинировать веркблей в пределе до 0,05 % Cu, практически получают 0,08÷0,07 % Cu. Остальное количество меди удаляется из свинца при помощи присадки элементной серы, благодаря которой образуется твердый нерастворимый в свинце сульфид меди Cu₂S. Cu₂S всплывает на поверхность ванны и удаляется.

Рафинирование олова от железа зейгерованием. Процесс проводится в зейгеровальных печах с наклонным подом. При постепенном нагревании до 235÷240 °С сплава олова с железом чистое олово выплавляется и обирается в нижней части пода печи, а на наклонном поду остаются более тугоплавкие железистые крицы.

Диаграмма состояния системы FeSn показывает, что олово с железом образует 2 химических соединения со скрытыми максимумами: FeSn₂ – устойчивое при температурах ниже 890 °С и Fe₃Sn – устойчивое между 890 и 1120 °С. При температуре, близкой к температуре плавления олова, железо в нем почти не растворяется. При содержании железа до 4 % выплавляется почти чистое олово и остается тугоплавкое соединение FeSn₂. При большем содержании железа, получается большое количество отходов.

Практически при зейгеровании олова с содержанием 4÷5 % железа выпадают частички с содержанием около 65÷80 % олова и 21÷22 % железа. Т.е. частички м.б. более богатые железом, чем соединение FeSn₂. Это объясняется наличием в частичках некоторого количества соединения Fe₃Sn.

В рафинированном олове содержится около 0,1÷0,2 % Fe.

Аппаратура должна позволять поддерживать во время процесса строго определенные температурные условия, а также позволять легко, без затруднений удалять один из продуктов ликвации.

Поиск по сайту: