Металлургия тяжелых цветных металлов. Свинец. Цинк. Кадмий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО 
ОБРАЗОВАНИЯ 
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«МИСИС»

  
 
2010

МЕТАЛЛУРГИЯ ТЯЖЕЛЫХ 
ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

СВИНЕЦ. ЦИНК. КАДМИЙ

Ю.П. РОМАНТЕЕВ, В.П. БЫСТРОВ

Романтеев Ю.П., Быстров В.П. 
Р 69 Металлургия тяжелых цветных металлов. Свинец. Цинк. Кадмий: – 
 
М.: Издательский Дом  МИСиС, 2010. – 575 с.

ISBN 978-5-87623-173-4

Изложены теоретические основы металлургических процессов производства свинца, 
цинка и кадмия. Описаны современные способы переработки свинцово-цинкового сырья и промежуточных  продуктов, технологические схемы и аппаратурное оформление 
основных переделов. Освещена практика ведения металлургических операций, рассмотрены вопросы комплексного использования полиметаллического сырья на предприятиях 
свинцово-цинковой промышленности, производства вторичного свинца и охраны окружающей среды.
Приведены методики и рассмотренны примеры расчетов основных технологических 
операций переработки сырья и рафинирования металлов.
Книга предназначена для инженеров-металлургов. Может быть полезна аспирантам и 
студентам, обучающимся по специальности  «Металлургия цветных, редких и благородных 
металлов», а также  по направлению «Металлургия»,
Ил. 133. Табл. 109. Библиогр. список: 22 назв. 

© Ю.П.Романтеев,  В.П.Быстров, 2010
© МИСиС, 2010
ISBN 978-5-87623-173-4

УДК 669.4/5+73
ББК 34.33

УДК 669.4/5 + 73
ББК 34.33
Р 69

Рецензенты: кафедра «Металлугия тяжелых цветных металлов» Уральского государственного технического университета – УПИ; проф., д.т.н. 
И.В. Николаев

 Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского фонда  
фундаментальных исследований по проекту 09-03-07029

оглавление

ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................14

МеталлУргиЯ свинЦа ...............................................................16

ГлаВа 1. ОбщИЕ сВЕДЕНИя ..................................................................16

1.1. ФИзИкО-хИмИчЕскИЕ сВОйстВа сВИНца И  
ЕГО сОЕДИНЕНИй ..............................................................................16

1.2. сВЕДЕНИя О прОИзВОДстВЕ И пОтрЕблЕНИИ сВИНца ...........17

1.3. мИНЕралы И руДы сВИНца ........................................................19

1.4. прИЕм И склаДИрОВаНИЕ ИсхОДНых матЕрИалОВ ................21

1.5. спОсОбы пОлучЕНИя сВИНца Из руДНОГО сырья .................22

1.5.1. пирометаллургическое получение свинца ...............................23
Восстановительная плавка ........................................................................ 25
реакционная плавка .................................................................................. 27
Осадительная плавка ................................................................................ 38

1.6. прОДукты пЕрЕрабОткИ сВИНцОВОГО  
сульФИДНОГО сырья .......................................................................39

1.6.1. черновой свинец  ....................................................................39
1.6.2. Шлаки .....................................................................................39
1.6.3. Штейны свинцовой плавки ......................................................43
1.6.4. Шпейзы свинцовой плавки ......................................................44
1.6.5. пыль и газы .............................................................................44

ГлаВа 2. тЕхНОлОГИчЕскИЕ прОцЕссы прямОГО пОлучЕНИя  
сВИНца Из сульФИДНых кОНцЕНтратОВ ..........................................46

2.1. рЕакцИОННая плаВка ................................................................46

2.1.1. плавка в горнах .......................................................................46
Влияние посторонних примесей ............................................................... 47
Горн и практика горновой плавки ............................................................... 48

2.2. кИслОрОДНО-ВзВЕШЕННая плаВка .........................................49

2.2.1. процесс кИВцЭт ....................................................................49
2.2.2. процесс кИВцЭт-цс (кФ-кФ) ................................................57

получение свинца методом кИВцЭт-цс на укмк ОаО «казцинк» ............. 60
получение свинца методом кИВцЭт-цс на заводе  
в порто-Весме (Италия) ............................................................................ 63
перевод Шымкентского свинцового завода  
на автогенную плавку (проект) ................................................................ 66

2.3. плаВка В ЖИДкОй ВаННЕ (пВ – прОцЕсс ВаНЮкОВа) .............69

2.3.1. технология плавки Ванюкова ...................................................70
Окислительная стадия плавки свинецсодержащей шихты ......................... 71
Восстановительная стадия переработки свинцовистого шлака ................. 75
2.3.2. разделение жидких продуктов плавки .....................................77
2.3.3. состав опытно-промышленного комплекса печи Ванюкова .....78
2.3.4. конструкция опытно-промышленной  
однозонной печи Ванюкова ..............................................................79

ГлаВа 3. траДИцИОННый тЕхНОлОГИчЕскИй прОцЕсс  
пЕрЕрабОткИ сВИНцОВых сульФИДНых кОНцЕНтратОВ ................83

3.1. аГлОмЕрИруЮщИй ОбЖИГ сВИНцОВых кОНцЕНтратОВ.........83

3.1.1. цель агломерирующего обжига ...............................................83
3.1.2. состав и приготовление шихты агломерирующего обжига ......84
3.1.3. приготовление шихты .............................................................86
3.1.4. Физико-химические основы агломерирующего обжига ...........89
поведение отдельных минералов при обжиге концентратов ..................... 92
3.1.5. технология агломерирующего обжига и его аппаратурное 
оформление .....................................................................................95
Обзор методов окисления и окускования сульфидных  
свинцовых концентратов ........................................................................... 95
устройство и работа агломашины ............................................................. 98

3.2. ВОсстаНОВИтЕльНая ШахтНая плаВка  ..................................106

3.2.1. теоретические основы восстановления оксидов металлов ......107
3.2.2. поведение компонентов агломерата  
при восстановительной плавке .........................................................111
3.2.3. конструктивное оформление шахтной плавки  
свинцового агломерата .....................................................................115
3.2.4. технология шахтной плавки .....................................................121
механизм шахтной плавки ........................................................................ 121
Восстановительная способность печи ....................................................... 123
задувка и выдув печи ................................................................................ 123
Настыли и борьба с ними .......................................................................... 124

ГлаВа 4. НЕтраДИцИОННыЕ тЕхНОлОГИчЕскИЕ прОцЕссы 
пЕрЕрабОткИ сВИНцОВых кОНцЕНтратОВ ........................................125

4.1. ВОсстаНОВИтЕльНая ЭлЕктрОплаВка сВИНца ......................125

4.2. сОДОВая плаВка сВИНцОВых кОНцЕНтратОВ ........................126

4.3. плаВка сВИНцОВых кОНцЕНтратОВ сО щЕлОчьЮ .................126

4.4. ВакуумНый спОсОб пЕрЕрабОткИ пОлИмЕталлИчЕскИх 
сульФИДНых кОНцЕНтратОВ...........................................................127

4.5. ГИДрОмЕталлурГИчЕская пЕрЕрабОтка сВИНцОВых 
сульФИДНых кОНцЕНтратОВ...........................................................127

4.5.1. хлоридный метод получения свинца из сульфидных  
концентратов ....................................................................................127
4.5.2. автоклавно-восстановительный метод  ...................................129
получения свинца из сульфидных концентратов ...............................129

ГлаВа 5. прОИзВОДстВО сВИНца Из ВтОрИчНОГО сырья ...............131

ГлаВа 6. раФИНИрОВаНИЕ чЕрНОВОГО сВИНца .................................139

6.1. ОбщИЕ сВЕДЕНИя .......................................................................139

6.2. ОГНЕВОЕ раФИНИрОВаНИЕ чЕрНОВОГО сВИНца ......................142

6.2.1. Обезмеживание чернового свинца ..........................................142
практика обезмеживания свинца .............................................................. 144
6.2.2. Обестеллуривание ..................................................................146
6.2.3. рафинирование свинца от мышьяка, сурьмы и олова ..............147
Окислительное рафинирование ................................................................ 147
щелочной способ рафинирования свинца ................................................ 148
6.2.4. Обессеребрение свинца..........................................................151
поведение примесей при обессеребрении свинца ................................... 153
технология обессеребрения свинца цинком ............................................. 154
6.2.5. Обесцинкование свинца ..........................................................155
Окислительное рафинирование ................................................................ 155
хлорное рафинирование ........................................................................... 156
Вакуумное обесцинкование ...................................................................... 158
6.2.6. Обезвисмучивание свинца ......................................................158
6.2.7. качественное рафинирование свинца .....................................161

6.3. ЭлЕктрОлИтИчЕскОЕ раФИНИрОВаНИЕ сВИНца .....................162

ГлаВа 7. пЕрЕрабОтка пОлупрОДуктОВ сВИНцОВОГО  
прОИзВОДстВа ....................................................................................164

7.1. пЕрЕрабОтка пОлупрОДуктОВ ШахтНОй плаВкИ ...................164

7.1.1. переработка свинцовых шлаков ..............................................164
7.1.2. переработка медно-свинцового штейна .................................168
7.1.3. переработка шпейзы ...............................................................171

7.1.4. переработка пылей и возгонов свинцового производства .......171

7.2. пЕрЕрабОтка пОлупрОДуктОВ раФИНИрОВаНИя сВИНца .....172

7.2.1. переработка медных шликеров  ..............................................172
7.2.2. переработка серебристой пены ..............................................173
7.2.3. аффинаж благородных металлов ............................................174
приемная плавка ...................................................................................... 175
хлорный процесс ...................................................................................... 175
Электролитическое рафинирование  ......................................................... 178
кислотные методы аффинажа ................................................................... 193

ГлаВа 8. ЭкОлОГИя сВИНцОВОГО прОИзВОДстВа ............................195

8.1. пылЕулаВлИВаНИЕ На сВИНцОВых заВОДах ..........................195

8.1.1. характеристика газов свинцовых заводов ...............................195
8.1.2. Выбор пылеулавливающих устройств ......................................198
8.1.3. Очистка газов спекательных машин .........................................200
спекательные машины с просасыванием .................................................. 200
спекательные машины с дутьем снизу ...................................................... 201
8.1.4. Очистка газов шахтных печей ..................................................201
8.1.5. Очистка газов купеляционных печей ........................................202
8.1.6. Очистка газов шлаковозгонки, конвертеров ............................203

8.2. ОчИстка стОчНых ВОД На сВИНцОВых заВОДах ....................203

ГлаВа 9. пЕрспЕктИВы разВИтИя тЕхНОлОГИИ пОлучЕНИя  
сВИНца Из кОНцЕНтратОВ ..................................................................208

МеталлУргиЯ ЦинКа ..................................................................217

ГлаВа 10. ОбщИЕ сВЕДЕНИя ................................................................217

10.1. сВЕДЕНИя О прОИзВОДстВЕ цИНка .......................................217

10.2. прИмЕНЕНИЕ цИНка .................................................................218

10.3. мИНЕралы И руДы цИНка ........................................................219

10.4. мЕстОрОЖДЕНИя сВИНцОВО-цИНкОВых руД В сНГ .............220

10.5. ФИзИкО-хИмИчЕскИЕ сВОйстВа цИНка ................................221

10.6. спОсОбы пОлучЕНИя цИНка ...................................................222

10.6.1. пирометаллургический способ получения цинка ...................222
10.6.2. Гидрометаллургический способ получения цинка ..................223

ГлаВа 11. ГИДрОмЕталлурГИчЕскИй спОсОб прОИзВОДстВа  
цИНка  ...................................................................................................226

11.1. стаНДартНый мЕтОД прОИзВОДстВа цИНка.  
Общая схЕма прОцЕсса .................................................................227

11.2. ОбЖИГ цИНкОВых кОНцЕНтратОВ ..........................................228

11.2.1. сульфатообразование ...........................................................230
11.2.2. Ферритообразование ............................................................231
11.2.3. силикатообразование ...........................................................232
11.2.4. сушка концентратов ..............................................................232
11.2.5. Обжиг цинковых концентратов в многоподовых печах с 
механическим перегребанием ..........................................................234
11.2.6. Обжиг во взвешенном состоянии...........................................236
11.2.7. Обжиг в кипящем слое ...........................................................238

11.3. ВыщЕлачИВаНИЕ цИНка Из ОГарка растВОрамИ  
сЕрНОй кИслОты ..............................................................................245

11.3.1. кинетика выщелачивания цинка из огарка  
растворами серной кислоты .............................................................247
11.3.2. поведение компонентов огарка при выщелачивании .............248
11.3. 3. аппаратура для выщелачивания и очистки растворов ...........251
11.3.4. Очистка растворов сульфата цинка от примесей ...................258
Гидролитическое осаждение примесей ..................................................... 259
Очистка растворов от меди и кадмия ........................................................ 261
Очистка растворов от кобальта ................................................................. 263
Очистка растворов от хлора и фтора ......................................................... 264
Очистка растворов от накапливающихся примесей ................................... 265

11.4. ЭлЕктрОлИз растВОрОВ сульФата цИНка ............................266

11.4.1. теория катодного осаждения цинка .......................................269
перенапряжение водорода ....................................................................... 269
Выход по току ............................................................................................ 271
Напряжение при электролизе и расход энергии ........................................ 274
практика электролитического получения цинка ........................................ 275
Интенсификация процесса электролиза цинка .......................................... 286
переработка дроссов ................................................................................ 289

11.5. сОВЕрШЕНстВОВаНИЕ прОцЕсса пОлучЕНИя цИНка  
пО траДИцИОННОй тЕхНОлОГИИ .....................................................289

ГлаВа 12. пИрОмЕталлурГИчЕскИй спОсОб прОИзВОДстВа  
цИНка....................................................................................................290

12.1. аГлОмЕрИруЮщИй ОбЖИГ цИНкОВых кОНцЕНтратОВ .........290

12.1.1. круглая агломерационная машина.........................................290

12.2. ДИстИлляцИя цИНка ...............................................................293

12.2.1. поведение компонентов шихты при дистилляции ..................293

12.3. кОНДЕНсацИя цИНкОВых парОВ ............................................296

12.4. пОлучЕНИЕ цИНка В ГОрИзОНтальНых рЕтОртах ..................298

12.4.1. Обслуживание печи ...............................................................299
12.4.2. Изготовление реторт и конденсаторов. алонжи .....................301

12.5. пОлучЕНИЕ цИНка В ВЕртИкальНых рЕтОртах ......................301

12.6. ДИстИлляцИя цИНка В ЭлЕктрОпЕчах ..................................304

12.6.1. процесс получения цинка в шахтных электропечах ................304
12.6.2. процесс получения цинка в рудно-термической печи ............307
12.6.3. конденсация цинковых паров  ...............................................309

12.7. плаВка В ШахтНых пЕчах с ЖИДкОстНОй  
кОНДЕНсацИЕй цИНка (JSP) ............................................................314

12.8. раФИНИрОВаНИЕ цИНка ...........................................................317

12.8.1. рафинирование ликвацией ....................................................318
12.8.2. химическое рафинирование ..................................................319
12.8.3. рафинирование ректификацией ............................................320
12.8.4. переработка полупродуктов от дистилляции цинка ...............322

ГлаВа 13. пЕрЕрабОтка прОмЕЖутОчНых прОДуктОВ  
цИНкОВОГО прОИзВОДстВа ...............................................................324

13.1. пЕрЕрабОтка цИНкОВых кЕкОВ ..............................................324

13.1.1. переработка цинковых кеков вельцеванием ..........................324
13.1.2. автоклавное выщелачивание цинковых кеков ........................326
13.1.3. ярозит-процесс ....................................................................334
13.1.4. Гетит-процесс ........................................................................335
13.1.5. процесс превращения ...........................................................336
13.1.6. ярозит-процесс во ВНИИцветмет..........................................336

13.2. пЕрЕрабОтка мЕДНО-каДмИЕВых кЕкОВ ...............................339

МеталлУргиЯ КадМиЯ ..............................................................343

ГлаВа 14. ОбщИЕ сВЕДЕНИя О каДмИИ ..............................................343

14.1. прИмЕНЕНИЕ каДмИя ...............................................................343

14.2. каДмИЕВОЕ сырьЕ ...................................................................344

14.3. сВОйстВа каДмИя ...................................................................345

14.4. спОсОбы пОлучЕНИя каДмИя ................................................346

14.4.1. Гидрометаллургия кадмия .....................................................347
поведение кадмия при окислительном обжиге ......................................... 347
поведение кадмия при выщелачивании огарка ......................................... 348
цементация кадмия из сульфатных растворов .......................................... 348
практика цементации кадмия.................................................................... 350
Двухстадийная цементация ....................................................................... 350
Дальнейшее совершенствование непрерывной очистки цинковых растворов 
от примесей .............................................................................................. 351
Выщелачивание медно-кадмиевого кека .................................................. 354
Возможные технологические схемы процесса выщелачивания ................. 355
Электролитическое осаждение кадмия ..................................................... 358
Влияние примесей на электролиз кадмия ................................................. 362
устройство электролитных ванн ................................................................ 363
переплавка катодного кадмия ................................................................... 364
14.4.2. комбинированный способ производства кадмия ...................365
подготовка пылей к выщелачиванию ......................................................... 365
Обогащение пылей в шахтных печах .......................................................... 365
Обогащение пылей в отражательной печи ................................................. 366
Осаждение кадмиевой губки ..................................................................... 366
Дистилляция кадмия ................................................................................. 367
рафинирование кадмия ............................................................................ 367
процесс непрерывного вакуумного рафинирования чернового кадмия .... 368
14.4.3. применение црс в металлургии кадмия ................................370
14.4.4. заключение по металлургии кадмия ......................................374

ГлаВа 15. пылЕулаВлИВаНИЕ На цИНкОВых заВОДах .....................375

15.1. ОчИстка ГазОВ ОбЖИГОВых пЕчЕй кИпящЕГО слОя ............375

15.2. ОчИстка ГазОВ трубчатых пЕчЕй (ВЕльц-пЕчЕй) .................376

15.3. ДОпОлНИтЕльНая ОчИстка ОбЖИГОВых ГазОВ цИНкОВых 
заВОДОВ От тумаНа сЕрНОй кИслОты, мыШьяка И сЕлЕНа .......377

расЧетЫ в МеталлУргии свинЦа,  
ЦинКа и КадМиЯ ..........................................................................380

ГлаВа 16. расчЕты В мЕталлурГИИ сВИНца ......................................381

16.1. ВОсстаНОВИтЕльНая плаВка В ШахтНых пЕчах ..................381

16.1.1. расчет процесса агломерирующего обжига свинцовых 
концентратов и полупродуктов .........................................................382
расчет рационального состава сырья ........................................................ 382

расчет шихты агломерирующего обжига ................................................... 388
расчет рационального состава агломерата ............................................... 393
16.1.2. расчет процесса шахтной плавки свинцового агломерата .....397
материальный баланс шахтной плавки свинцового агломерата ................ 397
тепловой баланс шахтной плавки свинцового агломерата ......................... 408
Окончательный материальный баланс шахтной плавки  
свинцового агломерата ............................................................................. 417
расчет шахтной печи ................................................................................. 418
16.1.3. расчет материального и теплового баланса процесса 
фьюмингования цинксодержащего шлака ........................................426
Определение размеров печи и выбор типа печи ........................................ 428
Исходные данные ...................................................................................... 430
расчет количества пылеугля ...................................................................... 430
расчет количества отвального шлака, воздуха, подаваемого в печь, и 
отходящих газов........................................................................................ 433
расчет материального и теплового баланса фьюмингования .................... 435
расчет состава отвального шлака ............................................................. 439

16.2. расчЕт матЕрИальНОГО И тЕплОВОГО балаНса плаВкИ 
сВИНцОВОГО сульФИДНОГО сырья В прОцЕссЕ ВаНЮкОВа .......439

16.2.1. конструктивные особенности печи Ванюкова ........................441
16.2.2. Исходные данные для расчета ...............................................442
16.2.3. расчет потоков свинца и цинка в процессе Ванюкова ............444
расчет потоков свинца .............................................................................. 444
расчет потоков цинка ................................................................................ 446
расчет потоков прочих компонентов сырья ............................................... 446
16.2.4. расчет материальных потоков окислительной стадии ............447
расчет количества и состава шлака ........................................................... 447
расчет количества и состава чернового свинца ......................................... 450
расчет состава и количества возгонов ...................................................... 450
расчет состава и количества технологических газов (без учета  
продуктов сжигания топлива) .................................................................... 451
расчет процесса горения угля ................................................................... 452
Определение размеров окислительной зоны печи Ванюкова и  
размеры тепловых потерь в агрегате ........................................................ 454
расчет теплового баланса окислительной стадии ..................................... 455
расчет эффективного тепла от сжигания угля при  
окислительной стадии ............................................................................... 460
уточнение расхода и интенсивности дутья, количества и  
состава продуктов при окислительной стадии ........................................... 461
16.2.5. расчет материальных потоков восстановительной стадии .....462
расчет количества и состава шлака ........................................................... 462
расчет количества чернового свинца ........................................................ 464
расчет количества возгонов ...................................................................... 465
расчет горения угля .................................................................................. 465