Пироэлектрометаллургическая переработка висмутсодержащих оксидов

Цель – обоснование и разработка принципиальной пироэлектрометаллургической технологии переработки висмутистых дроссов и оксидов ‒ промпродуктов рафинирования чернового свинца способом Кролля-Беттертона ‒ с получением висмута чернового. Объектом исследований явились висмутистые дроссы (3–5% Bi; 80–85% Pb), переплавляемые при 500–600°С в присутствии NaNO3 и NaOH. А также полученный щелочной плав ‒ висмутистые оксиды (1–5% Bi; 60–70% Pb). По итогам испытаний определены оптимальные параметры основных операций технологии переработки висмутистых оксидов и характеристики полученных продуктов. Предложена восстановительная плавка при 1150ºС висмутистых оксидов (с добавлением карбоната натрия, кварца и коксика, взятых в количестве 66, 25 и 5% от массы висмутистых оксидов), в результате которой образуется висмутистый свинец. Его обезмеживание проводится при 350–600ºС при добавлении в расплав серы в количестве до 2,0% от его массы. Щелочную обработку обезмеженного Pb-Bi сплава предложено проводить при 500ºС при контактировании с гидроксидом натрия, нитратом натрия и хлоридом натрия, взятыми в количестве до 10,2, до 8,3 и до 1,4% от массы висмутистого свинца. Последующий электролиз заключается в электролитической переработке при 550ºС слитков Pb-Bi сплава, очищенного от примесей. Электролитом служит расплав следующего состава, %: NaCl – 7, KCl – 35, PbCl₂ – 18, ZnCl₂ – 40. В результате предложенной технологии переработки висмутовых оксидов были получены два конечных продукта. Анодный продукт второй стадии электролиза – черновой висмут (при выходе составил 1,1% от оксидов) – содержал 93,62% Bi и 4,14% Pb, извлечение из оксидов – 19,0% Bi и 0,1% Pb. В катодный продукт (выход составил 5,1% от оксидов), содержащий 0,033% Bi и 97,83% Pb, переходит около 1,2% Bi и 9,1% Pb от их первоначального содержания в оксидах.

1. Юхин Ю. М., Михайлов Ю. И. Химия висмутовых соединений и материалов. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 360 с.

2. Jung In-Ho, Kang Dae Hoon, Park Woo-Jin, Kim Nack, Ann Sang Ho. Applications of thermodynamic calculations to Mg alloy design: Mg-Sn based alloy development // International Journal of Materials Research. 2007. Vol. 98. Iss. 9. Р. 807–815. https://doi.org/10.3139/146.101542.

3. Смирнов М. П. Рафинирование свинца и переработка полупродуктов. М.: Изд-во «Металлургия», 1977. 280 с.

4. Полывянный И. Р., Абланов А. Д., Батырбекова С. А. Висмут. Алма-Ата: Изд-во «Наука», 1989. 316 с.

5. Королев А. А., Сергейченко С. В., Тимофеев К. Л., Мальцев Г. И., Воинков Р. С. Переработка висмутистых окислов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2021. Т. 23. № 3. С. 155–165. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2021-23.3-155-165.

6. Lu Dian-kun, Jin Zhe-nan, Chang Yong-feng, Sun Shuchen. Mechanism of debismuthizing with calcium and magnesium // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. Vol. 23. Iss. 5. P. 1501–1505. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62622-9.

7. Castle J. F., Richards J. H. Lead refining: Current technology and a new continuous process // Advances in Extractive Metallurgy: An international symposium organized by the Institution of Mining and Metallurgy (London, 18–20 April 1977). London: The Institution of Mining and Metallurgy, 1977. P. 217−234.

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. Iss. 1. P. 75–83. https://doi.org/10.1016/0378-7753(94)02007-P.

9. Betterton J. O., Lebedeff Y. Debismuthing lead with alkaline earth metals // Transactions of the American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers Incorporated. 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 // Advances in Extractive Metallurgy: An international symposium orga nized by the Institution of Mining and Metallurgy (London, 18–20 April 1977). London: The Institution of Mining and Metallurgy, 1977. P. 133−139.

13. Hancock P., Harris R. Solubility of calcium−magnesium−bismuth intermetallic in molten lead // Canadian Metallurgy Quarterly. 1991. Vol. 30. Iss. 4. P. 275−276. https://doi.org/10.1179/CMQ.1991.30.4.275.

14. Lu Dian-kun, Jin Zhe-nan, Chang Yong-feng, Sun Shu-chen. Mechanism of debismuthizing with calcium and magnesium // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2013. Vol. 23. Iss. 5. P. 1501−1505. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62622-9.

15. Lu Dian-kun, Liu Xue-shan, Ye Guo-rui, He Jia-qi. Thermodynamical analysis of debismuthizing mechanism with calcium and magnesium // Journal of Shenyang Institute of Gold Technology. 1997. Vol. 16. Iss. 2. P. 110−115.

16. Lu Dian-kun, Jin Zhe-nan, Jiang Kai-xi. Fine debismuthizing with calcium, magnesium and antimony // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011. Vol. 21. Iss. 10. P. 2311−2316. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(11)61013-3.

17. Zhang J. A review of steel corrosion by liquid lead and lead–bismuth // Corrosion Science. 2009. Vol. 51. Iss. 6. P. 1207−1227. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2009.03.013.

18. Paliwal M., Jung In-Ho. Thermodynamic modeling of the Mg–Bi and Mg–Sb binary systems and short-rangeordering behavior of the liquid solutions // Calphad. 2009. Vol. 33. Iss. 4. P. 744−754. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2009.10.002.

19. Notin M., Mejbar J., Bouhaijb A., Charles J., Hertz J. The thermodynamic properties of calcium intermetallic compounds // Journal of Alloys and Compounds. 1995. Vol. 220. P. 62−75.

20. Fan Jinlong, Wang Gang, Li Qing, Yang Haowei, Xu Shuo, Zhang Jie, et al. Extraction of tellurium and high purity bismuth from processing residue of zinc anode slime by sulfation roasting-leaching-electrodeposition process // Hydrometallurgy. 2020. Vol. 194. Р. 105348. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2020.105348.

21. Пат. № 2046832, Российская Федерация, C22B 13/00, C22B 7/00, C22B 13/02. Cпособ гидрометаллургической переработки щелочного сульфидносульфатного плава от плавки свинцового концентрата / Н. В. Ходов, М. П. Смирнов, О. К. Кузнецов, К. М. Смирнов; заявитель и патентообладатель Ходов Н. В. Заявл. 14.09.1992; опубл. 27.10.1995.

22. Пат. № 1192411, Российская Федерация, С25С 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 [и др.]; заявитель и патентообладатель Институт общей и неорганической химии АН УССР. Заявл. 26.09.1983; опубл. 10.07.2012. Бюл. № 19.

23. Пат. № 106048224, Китайская Народная Республика, С22В 5/02, С22В 30/06. Способ ведения низкотемпературной восстановительной плавки висмутсодержащих соединений / Liu Weifeng, Fu Xinxin, Deng Xunbo, et al.; заявитель Central South University; Заявл. 30.06.2016; опубл. 26.10.2016.