Пробирный анализ руд курс лекций Л П Панова. Курс лекций Введение

• Название: Курс лекций Введение
• Дата: 23.12.2021
• Размер: 0.89 Mb.
• Имя файла: Пробирный анализ руд курс лекций Л П Панова.doc
• Тип: Курс лекций; #314966
• страница: 10 из 14

Плавка глинистых руд

Из всех оксидов оксид алюминия представляет наибольшие трудности для шлакования. Окись алюминия делает шлаки вязкими и тугоплавкими. Температура плавления А1₂О₃ выше 2000°С. Поэтому все возможные силикаты алюминия представляют собой вязкие смеси.

Введение в плавку оксида кальция несколько снижает минимальную температуру таких шлаков. Так, в системе СаО – Al₂O₃ смесь, содержащая около 50 % СаО, имеет температуру плавления порядка 1395ºС. Известь способствует шлакованию глинозема

Лучшими флюсами для ошлакования глинозема является бура и оксид бора, но они дают вязкие шлаки. Поэтому при плавке глинистых руд в состав шихты вводят известь в количестве около 40 % от массы каолина (глины) и избыток буры (до 50 % и более от навески).

Весьма эффективно понижают температуру плавления глиноземистых шлаков соли плавиковой кислоты. При значительном содержании в руде А1₂О₃ прибавляют 5-10 г плавикового шпата СаF₂, криолита Nа₃АlF₆, 3NаF·АlF или какой-либо другой соли плавиковой кислоты.

Пример расчета состава шихты для плавления кварцевых руд

Рассмотрим на конкретном примере расчет состава шихты для плавления указанного материала.

Предположим, необходимо проанализировать золото-содержащую руду следующего состава (%): SiO₂ – 82,0; CaO – 6,8; FeO – 3,6; MgO – 1,0; FeS₂ – 1,6; потери при прокаливании 5,0. В материале содержится всего 1,6 % пирита, обладающего восстановительной способностью по отношению к глету. В основном (на 82 %) материал представлен кварцем. Можно считать, что данный материал относится к первому классу.

В процессе плавления пирит окислится и в присутствии восстановителя перейдет в FeO. Поэтому необходимо скорректировать количество оксида железа (II), переходящего в шлак. Количество FeO, получаемого при окислении пирита, составляет на 100 г исходного материала:

FeS₂ → FeO

120 - 72

1,6 - х

(г) FeO

Общее количество FeO, переходящее в шлак: 3,6 + 0,96 = 4,56 г.

      При расчете шихт плавления прежде всего принимаются некоторые исходные данные, в частности, величина навески материала для плавки, кислотность шлака, количество вводимой буры (если она необходима), количество глета и выход получаемого металлического свинца (веркблея). Необходимая навеска материала на плавление принимается, исходя из ожидаемого содержания золота, на основе данных таблиц 2 и 3 или оценивается самостоятельно. Например, ожидаемое содержание металла в пробе находится на уровне 5 г/т (5 мг/кг). Точность пробирных весов составляет 0,01 мг. Для большей надежности увеличим массу получаемой при анализе конечной золотой корточки на порядок (0,1 мг). Тогда минимально требуемая навеска материала составляет 0,1/5 = 20 г. Принимаем массу навески на одно плавление в 50 г.

Ранее отмечалось, что при пробирном анализе материал лучше плавить на основной шлак, который является более легким и низкотемпературным и характеризуется меньшей вязкостью и повышенной жидкотекучестью. Однако в данном случае такое плавление по экономическим соображениям неприемлемо. В анализируемой пробе содержится 82 % кремнезема. Для получения субсиликатного шлака (К = 0,5) необходимо в плавку на 50 г материала ввести основного флюса (соды) в количестве:

SiO₂ + 4Na₂CO₃ = 4Na₂O·SiO₂ + 4CO₂

SiО₂ → 4Nа₂СО₃

60 – 4 ·106

0,5· 82 - х

(г) Nа₂СО₃,

то есть почти 300 г соды на одну плавку. Поэтому приходится плавить на кислый шлак.

Принимаем для плавки бисиликатный шлак (К=2). Понятно, что в этом случае получаемые шлаки будут вязкими и тугоплавкими. Чтобы разжижить шлаки (снизить их температуру плавления) необходимо в шихту ввести буру, которую для этих целей на навеску в 50 г дают в количестве 10 - 20 г. Примем загрузку буры Nа₂О·2В₂О₃ = 15 г. Количество глета PbО как поставщика коллектора обычно принимается в пределах 40-60 г. Примем расход глета в 60 г, а ожидаемый выход металлического свинца в 28 г. Итак, для расчета процесса шлакообразования имеются следующие исходные данные: навеска материала – 50 г (в ней содержится SiO₂ – 41 г, FeO – 2,28 г, MgO – 0,5 г, СаО – 3,4 г); кислотность получаемого шлака К=2; расход глета – 60 г; загрузка буры – 15 г; выход свинцового сплава – 28 г.

Рассчитываем расход SiO₂ на связь со всеми оксидами металлов навески материала и избытком глета для получения бисиликатного шлака:

1. Расход SiO₂ на связь с оксидом кальция:

CaO → SiО₂

56 - 60

3,4 - х

(г) SiО₂.

2. Расход SiO₂ на связь с оксидом железа:

FeO → SiO₂

72 - 60

2,28 – y

(г) SiО₂.

3. Расход SiО₂ на связь с оксидом магния:

MgO → SiО₂

40 - 60

0,5 – z

(г) SiО₂.

4. 
   Расход SiО₂ на связь с избытком оксида свинца. Прежде всего, необходимо найти то количество глета, которое представляет собой избыток по отношению к заданному выходу свинцового сплава. Для получения 28 г металлического свинца требуется глета:
   

Рb → РbО

207 - 223

28 – g

(г) PbО

В шихту было задано 60 г оксида свинца. Следовательно, избыток глета оставляет 60 - 30,2 = 29,8 г PbО. Это количество глета и должно быть связано с оксидом кремния в бисиликат:

PbО → SiО₂
223 - 60

29,8 - u
(г)

Общее количество кремнезема, которое свяжется с оксидами металлов, составит:

= x + y + z + u = 3,64 + 1,90 + 0,75 + 8,00 = 14,3 г.

В материале, поступающем на плавление, содержится 41 г SiO₂ . Избыток кремнезема составляет 41 - 14,3 = 26,7 г. Это количество SiO₂ необходимо связать в бисиликат с помощью основного флюса – соды :

Na₂CO₃ + SiO₂ = Na₂O· SiO₂ + СО₂

Na₂CO₃ – SiO₂

106 - 60

n - 26,7

(г) Na₂CO₃.

Дополнительно в шихту введен кислый флюс – бура Nа₂О·2В₂О₃ в количестве 15 г. Его также необходимо связать в борат аналогичной кислотности с помощью соды. Реакция выглядит следующим образом:

Nа₂О·2В₂О₃ + 2 Na₂CО₃= 3 Nа₂О·2В₂О₃ + 2 СО₂,

Nа₂О·2В₂О₃ → 2 Na₂CО₃
202 - 2·106

15 - b
(г) Na₂CО₃.

Общий расход соды на плавку составит :

г Na₂CО₃

Рассчитываем процесс восстановления металлического свинца из глета. Предварительно установленная восста-новительная способность применяемого древесного угля составила ВС_угля = 21 г Рb, а бумажного пакета – ВС_пакета = 4 г Рb. Дополнительно необходимо учесть, что в исходной навеске материала (50 г) содержится 0,8 г пирита FeS₂, восстановительная способность которого составляет 11,05 г Рb. Следовательно, 0,8 г пирита восстановят 11,05 - 0,8 = 8,84 г свинца. Поскольку плавку проводим в бумажном пакете, необходимо еще учесть его действие. Тогда без угля в процессе плавления уже восстановится 8,84 + 4 = 12,84 г Рb. Для получения 28 г свинца требуется довосстановить 28 - 12,84 = 15,16 г свинца. Это недостающее количество Рb получаем за счет вводимого в шихту древесного угля, необходимый расход которого составляет:

г С.

Окончательный состав шихты для плавки:

навеска материала - 50 г; глет - 60 г; уголь - 0,72 г; сода - 63 г; бура - 15 г; пакет; покрышка NaCl.
Контрольные вопросы:

1. 
   В чем заключается особенность плавления кварцевых руд?
   
2. 
   В чем заключается особенность плавления основных руд?
   
3. 
   3. В чем заключается особенность плавления глинистых руд?
   

Лекция 9. Тигельная плавка руд II класса

План

1. 
   Плавка с селитрой и избытком глета.
   
2. 
   Плавка с железом.
   
3. 
   Плавка с предварительным обжигом.
   

Сульфидные руды вызывают затруднения в пробирном анализе вследствие возможного образования штейна и шпейзы.

Для анализа руд II класса применяют один из следующих методов плавки: а) с селитрой и избытком глета; б) с железом (осадительная плавка); в) с предвари­тельным обжигом. Выбор метода зависит от состава руды.

Плавка с селитрой и избытком глета

Полному окислению сульфидов при этом методе плавки благоприятствуют основные высокоглетистые шлаки. Плавку с селитрой ведут быстро (30-40 мин) при более высокой температуре, более жидких шлаках, значительном количестве соды, минимальном количестве буры (особенно при цинковых продуктах) и с избытком глета. Глета рекомендуется брать 200 - 300 и до 400 % от массы навески; при «загрязненных» продуктах (As, Sb, Сu, Zn, Ni) соды берут не менее 100-150 % от массы навески, буры – не более 10-12 г. При этих условиях обеспе­чивается полное разложение пробы и предупреждается образование штейна.

Добавляемая в шихту селитра препятствует восстановлению избыт­ка свинца против того количества его, которое требуется для полного извлечения золота и серебра.

Чистые сульфидные руды пла­вят на моносиликатный шлак. Плав­ку руд, содержащих сульфиды ме­ди, мышьяка, сурьмы, теллура, ни­келя и висмута, ведут на более основные, субсиликатные шлаки.

Для загрязненных руд пользуются эмпирическим правилом по ко­торому количество глета в шихте должно быть на 15-25 % больше по отношению к тому количеству, которое необходимо для окисления сульфидов при плавке навески руды.

Для окисления сульфидов селитрой требуется добавлять в шихту повышенное количество соды, как это видно из следующих реакций:
2FeS₂ + 14РbО + 4Nа₂СО₃ + SiО₂ =

2FeO·SiО₂ + 14Рb + 4Na₂SО₄ + 4СО₂ ;
10FeS₂ + 28КNО₃ + 6Nа₂СО₃ + 5SiО₂ =

5(2FeO·SiО₂) + 14K₂SО₄ + 6Na₂SО₄ + 14N₂ + 6СО₂.

Сульфаты калия и натрия почти нерастворимы в силикатном шлаке и, т. к. они легче, всплывают на его поверхность, образуя после затвердевания белый кристал­лический солевой слой.

Кремнезем следует вводить в шихту в ограниченном количестве, чтобы не по­нижать окисляющего действия глета.

В присутствии пирротина или арсенопирита в руде свинец при плавке часто разбивается на мелкие корольки, легко запутывающиеся в шлаке; при выливании пробы сначала сливается чистый шлак, за которым следует полоса шлака, напол­ненного свинцовыми корольками. Это явление наблюдается при слишком низкой температуре плавки либо при малом количестве кремнезема в шихте; оно может быть вызвано также присутствием оксида железа (III) в шлаке.

Количество селитры, необходимое для плавки, определяют расчетом по вос­становительному действию руды, если известен его минералогический состав, и окислительному действию селитры, а также с помощью предварительной пробы.

Потери золота и особенно серебра в шлаках пробирной плавки с селитрой обычно получаются выше, чем в шлаках при плавке окисленных руд. Для этого способа тигельной плавки пользуются небольшими навесками (15-25 г), поэтому он мало пригоден для руд с низким содержанием благородных металлов.

Для плавки свинцовых концентратов (56,1% Pb; 7,5% Си; 5,6% Zn; 20% S) и промпродукта свинцовой флотации (37,1% Рb; 3,1% Си; 18,4% Zn; S не определялась) рекомендуется шихта, состав которой приведен ниже.

Пример табличного расчета шихты для плавки проб

с селитрой

Принимаем, что химический и минералогический составы руды известны. Предварительными плавками установлено, что восстановительная способность руды равна 3,06 и окислительная способность селитры 4,12.

Таблица 1

Расчет предварительного состава шихты

Компонент	Содержание, %	Количество в навеске, г	Эквивалент SiO2 при К = 0,5	Нужно SiO2, %
SiO2	49,3	24,65	-	-
CuFeS.	4,24	2,12	0,163	0,346
FeS2	18,2	9,10	0,125	1,138
FeO	6,84	3,42	0,208	0,711
А12О3	18,46	9,23	0,441	4,070
Прочие	2,96	1,48	0,2	0,296
Итого на навеску	100	50,00	-	6,651

Навеску руды для анализа принимаем равной 50 г, степень кислотности шлака К составляет 0,5. Руда восстановит свинец

50 · 3,06 = 153 г.

Данные предварительного расчета приведены в табл.1.

Для получения свинцового сплава массой 33 г следует окислить 153 - 33 = 120 г свинца + 3 г свинца, эквивалентного величине восстановительной способ­ности бумажного кулька, поступающего в операцию. С учетом этого потребуется селитры

123 : 4,12 = 30 г.

Количество глета и соды на принятую навеску руды 50 г принимаем соответ­ственно 300 и 150%, или 150 и 75 г. Для ошлакования щелочи типа К₂О, образую­щейся при разложении селитры, части глета, переходящего в шлак, и соды при заданной степени кислотности шлака потребуется кремнезема

(117 · 0,067) + (75 · 0,142) + (30 · 0,074) = 20,87 г.

С учетом состава компонентов навески (см. табл. 1) нужно дополнительно внести 6,561 г кремнезема, а всего требуется кремнезема 20,87 + 6,56 = 27,43 г. При содержании последнего в навеске в количестве 24,65 г необходимо добавить к шихте

27,43 - 24,65 = 2,78 г,

или в пересчете на эквивалент буры

2,78 · 1,22 = 3,40 г.

Окончательный расчетный состав шихты следующий: 50 г –навеска, 75 г – соды, 150 г – глета; 30 г – селитры; 3,4 г – буры.

Плавка с железом

Плавка состоит в восстановительно-осадительном плавлении руды с избытком соды и ограниченным количеством глета в присутствии избытка железа (в виде крупных гвоздей или прутьев, или полос). Главное различие между этим и дру­гими способами плавки - в применении металлического железа как - восстанови­теля и десульфуризующего реагента. В основе процесса плавки лежат реакции разложения сульфидов и оксида свинца (II) металлическим железом.

Если сернистое железо, образующееся в процессе контакта с сульфидами, выводить из сферы взаимодействия реагирующих веществ, то разложение сульфи­дов железом можно довести до конца. Дляэтого необходимо получать сильно ос­новной натриевый шлак, который хорошо растворяет сернистое железо.

При плавке с железом часть серы пирита и других сульфидов улетучивается, часть окисляется небольшим количеством глета. Значительная часть серы раство­ряется в основном шлаке.

Весь глет, вводимый в шихту, восстанавливается железом и частично суль­фидами по реакции

РвО + Fe = Рв + FeO.

Количество свинцового сплава равно массе свинца, введенного в шихту в виде глета. Поэтому в шихту добавляют ограниченное количество глета (30-35 г).

При плавке протекают следующие реакции:

FeS₂ = FeS + S;

PbS + 2РbО = 3Рb + SO₂;

Cu₂S+ 2РbО = 2 (Сu, Рb) + SO₂;

FeS + 3РbО = 3Рb + FeO + SO₂;

РbО + Fe = Рb + FeO.

После того как восстановление глета окончилось, происходят реакции разложения сульфидов металлическим железом:

PbS + Fe = Рb + FeS;

FeS₂ + Fe = 2FeS;

Sb₂S₃ + 3Fe = 2Sb + 3FeS (в шлак);

Аs₂S₃ + 5Fe = 2FeAs + 3FeS (в шлак); шпейза

Cu₂S+ Fe = 2Си + FeS (в шлак).

Присутствие заметных количеств Sb, As, Bi, Со, Си, Ni, Те и Sn может затруднить и даже сделать невозможной плавку с железом.

Кроме этих реакций, при плавке с железом протекают реакции разложения сульфидов щелочами:

7PbS + 4Nа₂СОз = 4Рb + 3 (Na₂S · PbS) + Na₂SО₄ + 4СО₂;

3 (Na₂S · PbS) + 3Fе = 3 (Na₂S · FeS) + 3Рb.

Образующийся железонатриевый штейн растворяется в щелочном шлаке.

Лучшие результаты получаются при шлаках со степенью кислотности 0,5 (субсиликат), в которых около 75 % кремнезема замещено бурой. При данном способе плавки применяют шлак моносиликатный и субсиликатный (К = 1 + 0,5). Способ плавки с железом можно применять в тех случаях, когда не требуется очень сильная точность результатов определения.

Потери серебра при этом методе плавки увеличиваются вследствие повышенной растворимости его в щелочном сернистом шлаке.

При подборе шихты для плавки с железом количество соды принимают равным 200-300% от величины навески. В шихту вводят ограниченное количество буры – примерно 25% от массы соды. При отсутствии или малом количестве кремнезема в руде добавляют кварц в количестве 20% от массы буры (если руда содержит 2-3 г кремнезема, то последний в шихту не вводят).

Шихту тщательно перемешивают, загружают в тигель, вставляют в нее 2-3 гвоздя или один прут длиной 8-12 см. Плавку ведут медленно в тече­ние 40-60 мин. По окончании плавки гвозди вынимают, осторожно постукивая о край тигля, и обмывают в шлаке. После удаления гвоздей пробу выливают в изложницу.

Иногда вследствие избытка кремнезема или недостатка соды в шихте и малой продолжительности плавки образуется штейн.

Недостатки способа: ограниченность применения, повышенные потери серебра в­ шлаках, длительность плавки.