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: 6 из 14

Пробирная посуда

Огнеупорные пробирные изделия, применяемые в практике пробирного анализа, включают шамотные тигли, шерберы, муфельные коробки, ящики или лодочки для обжига проб, крышки для тиглей.

Сырьем для производства огнеупорных изделий служат различные сорта огнеупорных глин, молотый шамот и т.д.

Пробирная посуда должна обладать следующими основными свойствами:

1. 
   высокой огнеупорностью, определяемой отношением Al₂O₃ : SiO₂. Вредными примесями при этом являются щелочи, закись железа, закись марганца. Примеси понижают температуру размягчения глины. Присутствие в исходном сырье пирита вызывает образование трещин в процессе обжига изделий;
   
2. 
   способностью выдерживать резкие изменения температуры. Чтобы посуда при быстром нагревании или охлаждении не давала трещин, глина должна быть не слишком жирной и пластичной. Для этого к ней добавляют примеси – измельченный шамот, кварц, графит. Чтобы испытать прочность посуды, ее быстро нагревают и быстро охлаждают в воде;
   
3. 
   способностью сопротивляться химической коррозии (смесь, состоящая из PbO и CuO, наиболее подходит для проверки этого качества изделий). Для этого в посуде плавят глет или смесь PbO и CuO и определяют, сколько таких плавок посуда выдержит без того, чтобы стенки посуды разъелись. Мелкое зерно, гладкая поверхность, большое давление при прессовке и обжиг при высокой температуре уменьшают разъедаемость посуды. Большое количество SiO₂ в материале посуды уменьшает устойчивость к химической коррозии;
   
4. 
   большой плотностью и однородностью. Лучшим средством проверки этого качества посуды принято считать плавку в изделиях легкоплавкой смеси, состоящей из FeS и Sb₂S₃.
   

Глина, применяемая для изготовления пробирной посуды, по своим химическим свойствам чаще всего характеризуется следующим составом: SiO₂ – 50-60 %; Al₂O₃ – 25-40 %; Fe₂O₃ – 0,8-2 %.

Сырую глину предварительно сушат до содержания влаги 5-6 %. Подсушенную глину измельчают и просеивают через сито 2-3 мм. Для сокращения жирности глины рекомендуется применять шамотный порошок, изготовленный из боя шамотных кирпичей с крупностью зерен 2 мм. Глину с шамотом тщательно перемешивают до получения однородной массы и увлажняют водой до содержания влаги 15-20 %. В конце перемешивания массу продолжительное время сбивают до полного отсутствия в изломе различных пустот, раковин и расслоений. Из готовой глины формируют огнеупорные шамотные изделия.

Шамотные тигли. Высокие цилиндрической формы сосуды. Различают: тигли с ножкой и обыкновенные тигли самых разных размеров. Внутренняя форма цилиндрическая или яйцеобразная и имеет целью предотвратить выкипание вещества, если последнее вспучивается при плавке. Высота тигля 86-185 мм, емкость 70-275 см³ В ЦПАЛ используются тиглиЕмкостью 500-750 см³.

Шерберы. Плоские чашеобразные сосуды, служащие для обжига и плавки. От шерберов не требуется особо высокой огнеупорности. Они должны обладать гладкой внутренней поверхностью и сопротивляемостью по отношению к резким переменам температуры, т. к. они вносятся в холодном состоянии в раскаленную печь и затем быстро охлаждаются.

Различают шерберы для обжига – тонкостенные, низкие чашки большого диаметра и шерберы для шлакования вещества со свинцом. Эти шерберы должны сопротивляться разъеданию, поэтому их делают очень толстостенными. Высота их 20- 30 мм, верхний внутренний диаметр 50-87 мм. Емкость 30- 70 см³.

Лодочки для обжига. Для изготовления лодочек используют сухую просеянную огнеупорную глину, измельченную до 0,07 мм, и просеянный дробленный шамот в отношении 1:1, смесь смачивают водой (12-15 %), тщательно перемешивают. Лодочки формуют с помощью специальной модели, сушат в течение 10-15 дней и используют без предварительного обжига. Хорошо приготовленная лодочка выдерживает от 50 до 80 операций.

Капели. Представляют собой пористые трапециевидные изделия, напоминающие большие «таблетки» с неглубокой выемкой посередине, на которых производится отделение золота и серебра от свинца при окислительной плавке. Они обладают свойством абсорбировать (объемом) оксиды всех металлов и не всасывают металлы.

Капели изготавливают из костяной муки, магнезита, цемента с различными связующими компонентами.

Костяные капели готовят из золы, получаемой после сжигания костей животных. Заготовленную сырую кость (лучше овечью) вываривают в горячей воде, сжигают и полученную золу измельчают. Измельченный материал еще раз обжигают и продукт обжига снова измельчают в тонкий порошок (муку). Основной химической составляющей этой муки является фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂. Затем костяную золу обрабатывают раствором хлористого аммония для удаления нежелательных примесей, в основном кальцита СаСО₃. Остаток от этой обработки высушивают и просеивают через стандартный набор сит. Около 95 % этой золы должно пройти через сито с размером отверстий 0,315 мм и около 50 % – через сито 0,1 мм. Полученный материал или его смесь с 15-ю % цемента слегка увлажняют (до 10 %), тщательно перемешивают, сильно сбивая, и из полученного теста на специальном прессе прессуют капели. Сырые костяные капели медленно просушивают в теплом помещении в течение нескольких месяцев. При использовании таких капелей отмечаются наименьшие потери благородных металлов при мягком протекании процесса окисления свинцового сплава.

Магнезитовые капели изготавливают из тонкого магнезитового порошка (MgO), полученного при измельчении боя магнезитового кирпича. В качестве связующего материала при прессовании капелей используют цемент (85 % магнезита и 15 % цемента) или жидкое стекло (92 % магнезита и 8 % жидкого стекла). Степень измельчения магнезита оказывает существенное влияние на качество получаемых капелей и результаты проводимого анализа, так как от этого зависит пористость изделия. Рекомендуемая ситовая характеристика исходного порошка измельченного магнезита: 20 % класса - 0,2 + 0,15 мм; 16 % класса - 0,15 + 0,074 мм; 64 % класса < 0,074 мм. Этот порошок увлажняют до содержания влаги не более 10 % и хорошо перемешивают, сильно сбивая, после чего массу еще протирают через сито с отверстиями 1-2 мм. Из этой протертой массы и прессуют капели.

Магнезитовые капели поглощают глет в количестве, равном ⅔ от собственной массы, и требуют более высокой температуры при купелировании, особенно в конце, для удаления последних следов свинца.

Магнезитовые капели могут быть использованы после воздушной сушки при комнатной температуре через несколько дней после их изготовления.

Цементные капели изготавливают из чистого цемента с добавлением от 6 до 10 % воды или из смеси цемента и огнеупорной глины. При правильном изготовлении они не растрескиваются и поглощают глет в количестве собственной массы. Но эти капели обладают худшей пористостью, и королек благородных металлов крепко «прирастает» к материалу капели. При разваривании такого королька значительное количество цемента может остаться нерастворенным в виде геля кремниевой кислоты H₂SiO₃, что увеличивает массу остатка золота. Использовать подобные капели можно только в крайнем случае.

         При проведении точных арбитражных анализов появляется необходимость определения величины потерь благородных металлов от всасывания материалом капели. Это делается анализом материала использованных капелей (вместе с впитанным глетом) путем их переплавки. Поскольку все материалы, из которых изготавливаются капели, отличаются высокой тугоплавкостью (особенно магнезит), анализу подвергают не всю капель, а только ту ее часть, которая пропитана глетом, что хорошо видно визуально. Непропитанную часть капели отбивают и выбрасывают. Цемент и магнезит являются основаниями, поэтому для получения приемлемого шлака в шихту этой плавки требуется добавлять значительное количество кислых флюсов. При этом для более полного извлечения благородных металлов весь поглощенный капелью глет должен быть восстановлен до металла в процессе плавки, перед которой пропитанную глетом часть капели взвешивают и измельчают.

        Ниже приводятся некоторые особенности опробования капелей различного вещественного состава.

Костяные капели. Для ошлакования костяной золы на 1 часть измельченных капелей добавляется по массе 1,5 части соды; 0,66 частей плавленой буры; 0,5 частей фторида кальция и 0,33 части кварца. Восстановитель (муку, крахмал, активированный уголь) добавляют в избытке для полного восстановления всего глета. Примерный состав шихты при плавлении 60 г материала измельченных костяных капелей (30 г костяной золы и 30 г глета): 45 г Na₂CO₃, 20 г Na₂O·2B₂O₃, 10 г SiO₂, 15 г CaF₂, 4 г муки. Плавку необходимо проводить в горячей печи (температура более 1150ºС) с целью быстрого разогрева и расплавления шихты. Полученный после плавки металлический свинец должен весить столько же, сколько весил исходный свинцовый сплав тигельного плавления, посланный на купелирование. Дальнейший анализ полученного свинца проводится по стандартной схеме пробирного анализа (купелирование, разваривание и т.д.).

Цементные капели. Для ошлакования добавляют кварц и соду в количествах, равных двойной массе материала измельченных капелей, плавленую буру – в равном количестве и 4-5 г муки. Примерный состав шихты для плавления 50 г материала цементной капели (25 г цемента и 25 г глета): соды – 40-50 г, плавленой буры – 20-25 г, кварца – 40-50 г, муки – 5 г. Эту шихту быстро плавят.

Магнезитовые капели. Опробование магнезитовых капелей проводят аналогично костяным и цементным, только с повышенным расходом реагентов. Примерный состав шихты для плавки 60 г материала капелей: соды – 60 г, кварца – 60 г, буры – 120 г, муки – 5 г.

В процессе неоднократного опробования отработанных капелей было установлено, что, помимо материала капелей, его гранулометрического состава, температуры купелирования, потери благородных металлов зависят от формы капели: более глубокие капели (с глубиной чашечки не менее 8 мм) позволяют снизить потери как золота, так и серебра.

Оборудование пробирных лабораторий

Печи пробирных лабораторий могут быть разделены на следующие два класса:

- печи для тигельной плавки;

- печи для купелирования;

- печи для обжига.

В пробирных лабораториях для тигельной плавки применяют шахтные или камерные печи. В прошлом пользовались печами. работающими на жидком и твердом топливе. В настоящее время широкое распространение получили электрические печи на карбидокремниевых нагревателях. Электрические печи позволяют быстро регулировать температуру, обеспечивают легкий пуск и остановку, дают возможность применять автоматическую регулировку температуры, создают лучшие условия труда обслуживающего персонала.

ЭПШТ – 24. Электропечь шахтная тигельная на 24 тигля емкостью 0,75 л.

Назначение. Электропечь предназначена для плавки проб в массовом производстве пробирных анализов минерального сырья, концентратов, промпродуктов и хвостов технологических производств, с целью пробирного концентрирования золота, серебра и металлов платиновой группы. В качестве коллекторов применяют свинец, медь, олово, штейны.

Для проведения процесса купелирования в пробирных лабораториях используют муфельные и камерные печи с различными источниками обогрева.

ЭПКК – 40. Электропечь для купелирования на 40 капелей.

Камерная электропечь предназначена для проведения процессов полного и неполного купелирования веркблеев, квартования и последующего купелирования золотосеребряных корольков и сплавов, а также может быть использована для проведения шерберной плавки.

Самые важные инструменты, употребляемые для работы в печах, это щипцы для тиглей, шерберов, капелей и плошек; грабли, кочерги и лопаты; скребки, шпатели, изложницы различной формы; лотки, наковальня и т. д.
Контрольные вопросы:

1. 
   Какова в общем виде последовательность операций пробирного анализа?
   
2. 
   Каковы специальные приемы в пробирном анализе?
   
3. 
   Какова цель кальцинирующего обжига?
   
4. 
   С какой целью проводится окислительный обжиг?
   
5. 
   Что такое коллектор? Перечислите основные коллекторы, применяемые в пробирном анализе.
   

Лекция 5. Основы тигельной плавки

План

1. 
   Тигельная плавка золото-серебряных руд. Химические реакции при тигельной плавке.
   
2. 
   Продукты тигельной плавки.
   
3. 
   Величина навески и степень измельчения исходного материала для анализа.
   
4. 
   Подготовка и шихтовка проб.
   

Тигельная плавка золото-серебряных руд

    Свое название тигельное плавление данная операция получила от применяемого для плавления конического сосуда из огнеупорного материала - тигля. Для определения содержания благородных металлов в руде анализируемую навеску пробы переводят в жидкое состояние для последующего улавливания этих металлов расплавленным свинцом.

Тигельная плавка предусматривает восстановительно- растворительное плавление навески руды с глетом, восстановителями и флюсами и применяется для определения благородных металлов в рудах и технологических продуктах. Для плавки выбирают шихту, обеспечивающую получение легкоплавкого шлака.

В процессе плавки глет под действием восстановителя восстанавливается при низкой температуре. Восстановленный свинец остается некоторое время в расплаве шихты во взвешенном состоянии и приходит в контакт с частицами благородных металлов. Почти одновременно с восстановлением глета начинает плавиться бура.

Образующийся в первый период шлак имеет вязкую консистенцию вследствие присутствия в шихте буры. В последующей стадии при небольшом перегреве он становится жидким. Расплавленный свинец в виде дождя промывает массу шихты и растворяет содержащиеся в ней благородные металлы. Свинцовый сплав собирается на дне тигля под слоем шлака.


Химические реакции при тигельной плавке

Реакции, протекающие при тигельной плавке, могут быть подразделены на три группы: реакции восстановления глета до свинца, реакции окисления свинца и избытка восстановителя и реакции шлакования компонентов породы при взаимодействии их с основными или кислыми флюсами. Свинец из глета восстанавливается как содержащимися в самой руде восстановителями, так и восстановителями, специально вводимыми в шихту. Действие вводимого углерода можно представить следующими реакциями:

PbO + C = Pb + CO

PbO + CO = Pb + CO₂

2PbО + С = 2Pb + СО₂

Первая реакция становится заметной при температуре 400-500ºС и энергично протекает при 600-700ºС. Появляющийся же внутренний восстановитель (СО) способен восстанавливать свинец из глета значительно раньше, вторая реакция начинается при 160-185ºС и проходит при 400ºС и выше.

Одновременно с глетом могут восстанавливаться и другие легко восстанавливаемые оксиды металлов. К ним относятся оксиды меди, сурьмы, мышьяка, олова и др. Восстановленные оксиды, а также некоторые сульфиды растворяются в свинцовом сплаве и делают его твердым, хрупким и зернистым в изломе. Наличие примесей в сплаве затрудняет соединение восстановленных мельчайших капелек свинца и приводит к потерям частиц их в шлаке. Присутствие серы, мышьяка, сурьмы и других примесей в руде может вызвать серьезные затруднения вследствие образования штейна и шпейзы, коллектирующих в себе благородные металлы. Такие загрязненные свинцовые сплавы необходимо подвергать очистительному плавлению (шерберованию).

Избыток восстановителя в шихте может также привести к получению чрезмерно большого выхода свинцового сплава, что нежелательно для последующей его обработки.

Руды и продукты, содержащие сульфиды и легковосстановимые примеси, требуют применения особых приемов анализа.

При плавке сульфидных руд и концентратов необходимо вводить в шихту определенное количество окислителя. Кроме того, сульфиды могут быть окислены предварительным обжигом до плавки.

В качестве окислителя чаще всего применяют калийную селитру. Она плавится без разложения при 339ºС. При температуре выше 400ºС разлагается с выделением кислорода и образованием нитрита калия:

KNO₃ = KNO₂ + ½O₂.

При дальнейшем взаимодействии нитрит калия разлагается по реакции

KNO₂ = ½K₂O + ½N₂O + ½O₂.

По этим реакциям в перерасчете на 1 моль селитры (102 г) выделяется 1 моль кислорода, что теоретически достаточно для окисления 2 молярных масс атома свинца (414 г)

2Pb + O₂ = 2PbO.

Ход реакций окисления в значительной мере зависит от состава применяемой шихты. Так, в отсутствие щелочных металлов и при наличии кремнезема сера окисляется по следующей реакции:

2KNO₃ + FeS₂ + SiO₂ = K₂O·FeO·SiO₂ + 2SO₂ + N₂.

В более основной шихте, содержащей избыток соды и глета, при малом количестве кремнезема (или в отсутствие его) сульфиды окисляются с образованием высших оксидов, как это следует из реакции:

6KNO₃ + 2FeS₂ + Na₂CO₃ =

Fe₂O₃ + 3K₂SO₄ + Na₂SO₄ + 3N₂ + CO₂.

Оксид железа плохо растворяется в шлаках, а в основ-ных шлаках совершенно не растворяется. Образование его нежелательно, и поэтому при составлении шихты в нее вводят кремнезем в количестве, необходимом для шлакования железа (получения моносиликата). Окисляющее действие селитры при этом может быть представлено реакцией:

28KNO₃ + 10 FeS₂ + 6Na₂CO₃ + 5SiO₂ =

5(2FeO·SiO₂) + 14K₂SO₄ + 6Na₂SO₄ + 14N₂ + 6CO₂.

Эффективность окисления понижается с увеличением кислотности шихты. На величину окислительной способности селитры, кроме того, влияют температура и скорость ее повышения. В зависимости от указанных условий окислительная способность селитры обычно изменяется от 3,7 до 4,7 свинца. К высшему значению она приближается при отсутствии в шихте кремнезема и буры и при избытке глета и соды.

Основные продукты тигельной пробы – свинцовый сплав и шлак. Для полного извлечения золота и серебра в пробирном анализе выход свинцового сплава должен составлять 28-30 г (15 % от массы шихты).

Количество коллектора зависит не только от величины навески и массы шихты, но и от дисперсности благородных металлов в анализируемых продуктах; оно должно быть тем больше, чем выше дисперсность частиц золота и серебра.

Для руд, содержащих благородные металлы в виде крупных частиц, необходим меньший выход коллектора, чем для продуктов, содержащих золото в виде солей.

Для полного извлечения золота и серебра количество восстановленного свинца при массе навесок до 30 г должно быть не менее навески руды, а при больших навесках составлять 30-40 % от величины навески. Считается, что 28 г свинца могут извлечь все золото и серебро из 50 г навески.

Иногда на поверхности затвердевшего шлака образуется слой щелочных металлов или сульфидов, возникающий всегда в результате окисления сульфидов селитрой при плавке сульфидных проб.