<<
>>

БРАТ АФРОДИТЫ


Вулкан,до кузни дотащившись,
Собрал свинец, железо, медь;
Потом, подручных добудившись,
Все это приказал нагреть,
И вот уже мехи качают,
Огонь в жаровнях раздувают...

И. Котляревский "Энеида”
Вопрос о родственных отношениях и между людьми часто выясняется весьма не просто - что уж говорить о металлах! И тем не менее некоторые предположения на этот счет высказать можно. То, что свинец и медь родственники, - несомненно. Оба они из семейства цветных металлов. И родственники близкие - где один, там часто и другая. Ну прямо так и просится сказать - брат с сестрой. А ведь медь - лишь иное воплощение Венеры, которая в свою очередь не кто иная, как пенорожденная Афродита! Это общеизвестно со времен алхимиков. Сегодня же, когда и свинец, прежде чем принять огненную купель, непременно набирается сил в пенной, семейная общность свинца и меди, Кроноса и Афродиты, бесспорна.
Сложные семейные отношения Крона нашли свое отражение даже в культурах народов, весьма далеких и географически, и хронологически от Древней Греции. Вот отрывок из русской астрологической рукописи XVIII века, любезно предоставленной автору
А.              Пентковским, который ознакомился с ней в библиотеке АН СССР в Ленинграде. (Текст рукописи приведен мной к современной транскрипции - Ю.Л.). ’’Зевес же был человек и владел многими ради чарования своего и охочь был за непотребством ходити. С некоторою женою сжился и она к нему ходила и обеременела от него. Прямая же жена Зевеса хитростью узнала, когда придет к нему наложница, и увидела, что та непраздна от Зевеса иметь во чреве. И умыслила, как бы его уморить во чреве, чтоб не был наследник по нем. И рекла,
льстя Зевесу: ’’Твоя любимая наложница-любовница просит тя измолить, чтоб ты учинил чудо”. Зевес же, не познав жены своей коварство, пришел к наложнице с громом и молнией и выжег из утробы младенца. А наложница умерла. Зевес же, разгневавшися за то, убил жену и отца своего Крона и выкидного младенца в стогнах своих доносил, а имя ему Арес.
И как отец с сыном своим и внуком лютостью и гневом и яростью единого естества и свойства, именуются они злыми, а Крон злых злее”. He правда ли - весьма эмоциональный рассказ? И хотя в нем нет ни слова об Афродите-богине, он тем не менее дает весьма яркое представление о накале страстей, возбуждаемых ею. Впрочем, среди греческих и негреческих мифов об олимпийцах есть, как мы уже знаем, и другие версии о "божественных отношениях”. Согласно одной из них, и Крон, и Афродита действительно прямые брат и сестра по отцу.
Оставим, однако, специалистам спорить о родственных связях мифологических героев. Обратим лучше внимание на то, что в семейство цветных металлов входят и другие родственники, причем многие их них столь молоды, что не успели обзавестись роскошными бородами мифологических персонажей. Упомянем те, которые со свинцом, как говорится, "не разлей вода”, постоянно его сопровождают: висмут, сурьма, мышьяк, кадмий, олово, кобальт, молибден, ванадий, индий, германий,галлий, серебро, золото и некоторые другие.
Ну, например, палладий. Одним из минералов палладия является его соединение со свинцом - плюмбопалладинит.
(Жаль, не часто попадает он в руки геологов). Так что, имея иную свинцовую руду, с первого взгляда даже трудно понять, что же в ней главное, а что примесь. Глаза разбегаются при виде такого волшебства, а разум не может справиться с потоком впечатлений. Как перед этюдом N0 7 Кандинского в Эрмитаже. Что же делать с этаким сокровищем, как его наилучшим образом использовать? Ведь если этюд Кандинского ценен прежде всего своей целостностью и абсолютно проигрывает в эстетической значимости при разъединении на отдельные цветовые пятна, то всякая руда становится важной и обращает на себя внимание инженера именно тогда, когда известен способ разложения ее на составляющие компоненты. Это положение закреплено и в определении самого понятия ’’руда”. Согласно курсу "Общей металлургии” М.Н. Севрюкова и других,’’рудами считают горные породы, которые при современном уровне техники выгодно перерабатывать для получения металлов”. Это очень важный момент определения. То, что было выгодно вчера, сегодня может быть уже не рентабельно. И наоборот - невыгодный вчера процесс сегодня,
на новом уровне развития технологии и экономики, становится выгодным. Действительно, процессы переработки таких окисленных руд свинца, как церуссит (углекислый свинец) или англезит (сульфат свинца), в настоящее время утратили свое значение в связи с выработкой их богатых месторождений. И церуссит с англезитом, еще не так давно используемые на некоторых металлургических заводах, теряют звание руд, переходя в разряд минералов. За многие тысячелетия знакомства человека со свинцом немало природных его соединений уже проделало путь от руды к минералу. Да это и естественно. Диалектика всякого процесса такова, что восходящая ветвь развития неминуемо сменяется ветвью нисходящей. Кстати, ’’отряд” минералов свинца весьма велик и включает в себя такие соединения, как вульфенит (молибдат свинца), крокоит (хромат свинца), пироморфит (хлоридтрифосфат свинца), штольцит (вольфрамит свинца), ванадинит (хлоридтриванадат свинца), ярозит (кристаллогидрат сульфатов свинца и железа).
Что касается увеличения рудной базы, то можно привести такой пример. В шлаках первых металлургических процессов в древности содержалось 10 - 15 % свинца (IV век до новой эры). Уже в I веке до новой эры эти шлаки стали использовать в качестве сырья для получения свинца, а новые шлаки шли в отвал, имея в своем составе - 3 % металла. В наши дни это достаточно богатая руда. Вот что может сделать повышение рентабельности процесса обогащения минералов.
Ho, разумеется, не из старых шлаков во всем мире выплавляют более 3 миллионов тонн свинца в год. Что же является главным источником получения первичного свинца? Это полиметаллическая руда, содержащая свинцовый блеск, он же галенит, он же сульфид свинца. Руда известна издревле. Вот как описывает один из образцов галенита М.В. Ломоносов в своем ’’Минеральном каталоге”, включающем описания 132 образцов различных свинцовых руд: ’’Свинцовая руда пластинками большими и почти кубическими приросла к флусу хрустальному, чистому, белому и к камню некоторому черноватому”. В чистом виде в тяжелых ’’кубиках” содержится 86,6 % свинца по весу, но, к сожалению, в практически используемых рудах гораздо больше ’’камня некоторого черноватого”, чем заветного свинцового блеска. Правда, этот ’’камень” включает в себя не только силикаты и пирит. Серебра содержится от 20 до 2000 граммов на тонну руды, имеются цветные и благородные металлы. Здесь в очередной раз подтверждается их родственность. Вот, скажем, то же серебро имеет кларк 1 • 10-7, то есть на каждый грамм серебра в литосфере приходится 107 граммов других элементов. А в свинцовой руде серебра содержится в 200 -
20000 раз больше. И это же соотношение характерно и для многих других цветных металлов.
Рассмотрим подробнее осуществляемый сегодня основной процесс обогащения свинцовых руд - флотацию. Этот процесс - ровесник века. В производстве свинца флотацию стали применять с 1912 года. Физическая основа процесса проста. Известно, что одни минералы смачиваются жидкостью, другие нет. Если попросить привести пример, то почти всегда отвечают: вода смачивает песок, но не смачивает воск. Так что явление, прямо скажем, почти бытовое. Ho только немногим более восьмидесяти лет назад оно нашло серьезное техническое применение. Именно на рубеже XIX - XX веков были выданы первые патенты на масляную флотацию. Сначала с помощью специальных реагентов, выделяющих газы, а затем барботируя обычный воздух сквозь слой масла, создавали пену. Одновременно в этот же слой подавалась мелкоиз- мельченная руда, содержащая свинец и другие металлы. Te из них, которые смачивались жидкостью (минеральным маслом), оседали на дно, а которые не смачивались ,стремились занять место на границе воздух - жидкость, то есть на поверхности воздушного пузырька, поднимающегося сквозь масляный слой. И если кусочек минерала достаточно мал и вес его не превышает подъемной силы воздушного пузырька, он поднимается наверх и попадает в слой пены, который и удаляется для выделения из нее твердой фазы - концентрата.
Ho вот пена вынесла нужный минерал из водной купели. Теперь у технолога новая задача - пену нужно разрушить, чтобы отделить твердую фазу от жидкой. И пена опадает в отстойниках, полученная пульпа фильтруется, а осадок сушится. Кстати, все эти процессы требуют электроэнергии. А последний процесс еще и топлива.
Концентрат готов - тонкий тяжелый порошок. Сколько же свинца содержит этот продукт? Все зависит от состава исходной руды. Бывает, что металла содержится в концентрате от 40 до 70 процентов. Казалось бы, 40 %-й концентрат нужно бы еще раз обработать и удалить излишек пустой породы. Ho это неразумно, не по-хозяйски. Дело в том, что при каждой операции обогащения в отвал идет не только пустая порода, но и полезный минерал. Абсолютно избирательного разделения достигнуть невозможно. Поэтому чем больше стадий концентрирования проходит исходная руда, тем больше потери ее с отвалами. Так что в каждом отдельном случае останавливаются на экономически выгодной степени концентрирования. Потери полезного минерала - самое важное при этом, поскольку другая сторона процесса - флотационный раствор - страдает мало.
Ho понятие о рентабельности без учета экологических последст
вий постепенно уступает позиции более практическому взгляду, и очистные сооружения становятся такими же символами технического прогресса, какими еще полвека тому назад были дымящие трубы и сливные каналы. Значит, стоимость флотации возрастает. И все же это очень практичный взгляд на вещи. Ведь если работать по-старому, то в конце концов придется очищать всю окружающую среду, а это и сложнее, и дороже.
У нас есть такое богатое сырье, как концентрат. Может быть,его можно загрузить в печь и сразу получить металл? По идее можно. Ho здесь возникают технологические сложности, составляющие суть любого производства. Именно о них мы и поговорим.
На этом этапе получать металл не только возможно, но даже выгодно. Концентрат сам является достаточно хорошим топливом, чтобы обеспечить ’’энергетическую независимость” или, как говорят, автотермичность процесса. Такие процессы - их еще называют автогенными - уже довольно широко применяются в металлургии меди и никеля.
А что же свинец? Вот как описывают ситуацию со свинцом В.Я. Зайцев и Е.В. Маргулис, авторы учебника по металлургии свинца: ”В металлургии свинца внедрение автогенных процессов в производство несколько задержалось. Это связано с рядом объективных причин. Главными из них являются высокая летучесть свинца и всех его соединений, обусловившая создание эффективной пыле- газоочистки; относительно невысокая теплотворная способность свинцовых концентратов, часто не позволяющая выйти на чисто автогенный режим; сложность состава полиметаллических концентратов, что требует специальных мер для повышения комплексности использования сырья”. Это, конечно, ни в коем случае не означает, что автогенные методы бесперспективны. Наоборот! Они только начинают по-настоящему входить в жизнь. В разных странах мира разрабатываются эти процессы: ”Q - S” и ”Q - S - L” в США, ’’Коминко” в Канаде, ’’Бриткосомако” в Англии, ’’Мицубиси” в Японии и т.д.
Советские ученые из ВНИИцветмета, Гинцветмета и ИМиО АН КазССР разработали так называемую технологию КИВЦЭТ-ЦС (кислородновзвешенная циклонная электротермическая плавка свинцово-цинковых продуктов). В этом процессе порошкообразная шихта сжигается в факеле с кислородным дутьем. При этом обеспечивается извлечение свинца на 99 %,и получается концентрированный сернистый газ. В том, что КИВЦЭТ-ЦС не только обещает, но и действительно дает качественную и экономически выгодную продукцию, уже успели убедиться в Усть-Каменогорске, а также на заводах в Италии и Боливии. Кроме этого процесса,интересной
является и плавка в жидкой ванне, также разработанная в СССР. К сожалению, до сих пор новинки робко входили в жизнь. Остается надеяться, что в ходе начавшейся перестройки производственники оценят по достоинству эти перспективные технологические решения.
Однако вернемся к реальностям сегодняшнего дня - шахтной восстановительной плавке. Она пока безусловно главный способ получения металла - около 95 процентов свинца получают именно с ее помощью. И для этого способа концентрат - еще не сырье.
Прежде всего ни в какую шахтную печь концентрат засыпать нельзя хотя бы потому, что концентрат - это мелкозернистый продукт, очень напоминает по крупности мелкий песок, масса весьма плотная и газонепроницаемая. Если бы такое сырье действительно было засыпано в печь, то оно, с одной стороны, постоянно выдувалось бы ”на ветер”, с другой,- ’’съедало” бы всю мощность газо- дувок без выхода печи на режим. Так что технологи вынуждены совершать ’’зигзаг” - переводить тонкодисперсный материал (на дробление и измельчение которого в шаровых мельницах было затрачено столько энергии) снова в куски на два, а то и на три порядка большего размера. Существование в течение многих десятков лет такого зигзага с дроблением и укрупнением говорит о том, что данный технологический прием уже достиг наивысшего расцвета, а наличие в нем явного противоречия закладывает фундамент будущих принципиальных изменений.
Если прямой путь (от куска к песку) требовал лишь механических усилий, то путь обратный проходит через огневую обработку - спекание и сплавление. Нагретый до температуры спекания (и тем более плавления),сульфид любого металла просто загорается на воздухе. И галенит не исключение. Сгорая, сульфиды металлов переходят в оксиды, так что при укрупнении (есть и технический термин - агломерация) свинцовый концентрат резко меняет состав. А как это сказывается на возможностях его переработки? Что удобнее для извлечения металла - сульфид или оксид?
Для ответа на подобные вопросы прежде всего обращаются к науке, носящей несколько аскетическое название ’’химическая термодинамика”, причем и в ее характере также проявляется аскетическая твердость. Во всяком случае это касается термодинамических запретов. Область положительных предсказаний термодинамики гораздо менее информативна. Если нечто, согласно термодинамическому прогнозу, может быть, это отнюдь не значит, что оно действительно бывает. Поиск механизма осуществимости этого ’’нечто” порой продолжается десятилетия, но так и не приводит к практическим результатам. Ho если этого нечто, согласно законам термодинамики,быть не может, то никто не потратит ни минуты




времени и ни копейки денег на его поиск (за исключением тех, кто в термодинамику не верит м упорно изобретает вечные двигатели).
В нашем случае термодинамический анализ показывает, что при введении любого из практически используемых восстановителей (водорода или углерода) до границы допустимых по технологическим причинам температур (~ 1600 °С) восстановление свинца из сульфида произойти не может. Поскольку это мнение термодинамики, принимаем его к сведению без обсуждений.
Для оксидных форм свинца положение резко меняется,и пределы необходимых для восстановления температур опускаются ниже 1000°С. Это значит, что здесь стоит поискать конкретные пути осуществления процессов. И в этих поисках положительный ответ был найден. Ho об этом несколько позже. Здесь важно понять, что процесс агломерации, необходимость которого вначале рассмат
ривалась нами только с тонки зрения получения крупных частиц, создающих благоприятные условия для движения газов в металлургической печи, на самом деле гораздо важнее для процесса выплавки металла. Так вспомогательная, на первый взгляд, операция оказывается элементом той цепи технологических решений, с помощью которой и извлекают металл из подземных кладовых.
Теперь перейдем к следующему важнейшему этапу технологической цепочки - выплавке металла. Прежде всего несколько слов о том, почему именно шахтная печь выбрана в качестве основного объекта для рассмотрения процесса огневого передела свинцового концентрата. Ведь, кроме шахтной печи, свинец можно получать и другими технологическими способами.
Например, получение свинца в горне - простой и по-своему изящный метод. Сущность его состоит в том, что обжиг и плавку ведут в одном аппарате и восстановителем для образующихся оксидов становится не какой-то специальный ингредиент, а сами сульфиды цветных металлов. В результате взаимодействия оксида с сульфидом получаются чистый металл и сернистый газ. Однако в наш рациональный век никто на эту простоту внимания не обращает: слишком велики потери свинца, уходящего в шлаки. И хотя шлаки свинцовой плавки в современном производстве перерабатываются с целью извлечения ценных компонентов, все же этот способ годится только для чистых и концентрированных руд. А шахтная печь экономична. Вот почему более 90 процентов всего выплавляемого свинца получают в шахтной печи, в которой протекает восстановительная плавка оксидов металлов, главным образом свинца.
Однако пора уже переходить от углубления в тонкости процессов, составляющих ’’душевный настрой” нашей примы, к знакомству с ее обликом и конструктивными особенностями. Без преувеличения можно сказать, что шахтная печь - типичный пример инженерного искусства. Действительно, все основные изобретения, связанные с конструкцией печи, сделаны сто и более лет назад. В 1862 году директор российского Департамента горных и соляных дел В.К. Pa- шет получил привилегию на шахтную печь ”с прямоугольным поперечным сечением без распара, с постепенным расширением к колошнику”. В 1863 году Пильц предложил вместо кирпичной кладки стенок печи использовать особые чугунные коробки, или кессоны, внутри которых циркулирует вода. Эти кессоны и дали название печам - ватержакетные, то есть печи, одетые в "жакет из воды”. Кессоны покрываются настылем - слоем затвердевшего расплава, который предохраняет их от разрушения. А в 1871 году Арентс изобрел устройство для непрерывного выпуска веркблея из печи,
которое получило название сифона Арентса. Принцип его действия основан на том, что поверхность расплавленного чернового свинца в печи испытывает давление слоя штейна и шлака, а также давление дутья. Если же соединить каналом слой веркблея с атмосферой, то его уровень в этом канале будет выше, чем в печи, из-за перечисленных дополнительных давлений. Имея эти принципиальные решения, инженеры и конструкторы непрерывно совершенствуют печи.
Итак, струя раскаленного веркблея покидает шахтную печь. Металлический свинец родился (его в веркблее 96 - 99 %). Как и всякий новорожденный, он еще многого не умеет, но обладает также и теми чертами, которые, к сожалению, позже исчезнут. Черновой свинец, например, ”не умеет” превращаться в тонкую фольгу и мягкие трубы, ”не стоек” против вредных воздействий со стороны ’’окружающей технологической среды”. Ho зато если не блеск, то уж ’’отблеск” серебра и злата непременно играет на поверхности расплава веркблея в цехе рафинирования. Если говорить более строго, то собственно свинцом ГОСТ 22861-77 называется ряд сплавов, из которых в свинце высшего качества марки С0000 суммарное содержание примесей не должно превышать 1 грамма на тонну продукта. Это очень высокая чистота. Если бы мы с такой же ’’ошибкой” стали пересчитывать, скажем, медные монеты со скоростью 10 копеек в секунду, то, начав работу в понедельник утром, отработав ежедневно по восемь часов, сделали бы первую ошибку лишь в четверг после обеда! Свинец марки СЗ (самый ’’загрязненный”) тоже достаточно чист - в нем допускается не более 0,1 % примесей. А из печи выходит сплав - веркблей, в котором, кроме собственно свинца, содержится около 8 % меди, 2 % мышьяка, 2 % сурьмы, 0,4 % висмута, 0,6 % серебра и золота. Так что для того чтобы веркблею стать свинцом, он обязательно должен пройти ’’чистилище”. И первая операция, которой подвергается веркблей в цехе рафинирования, - обезмеживание. Сначала используется естественный процесс снижения растворимости меди и других металлов в свинце с понижением температуры. При этом более легкая фаза всплывает на поверхность расплавленного веркблея. Такой процесс носит название ликвации. Он известен давно, поэтому многие поколения металлургов выявили его ’’характер”. Одной из важных тонкостей процесса ликвации является его ступенчатость. Сначала на поверхности появляется ’’сухой шликер” - богатая медью ’’пена” - результат резкого снижения растворимости меди в свинце: от 6,75 % при 900 °С до 0,38 % при 500 °С. Пену, как и положено, удаляют ’’шумовкой”. Кроме меди, она содержит: свинец, серу, золото, серебро, мышьяк, никель, кобальт,
железо и другие элементы. Этот шликер, естественно, подвергают особой переработке с целью разделения на отдельные компоненты. А ликвацию между тем ведут дальше. Температуру понижают почти до затвердевания свинца (327 °С), и на поверхность всплывают ’’жирные шликеры” - бедные медью и содержащие большое количество свинца, механически увлеченного из толщи расплава. Эти шликеры уже не подвергают специальной обработке, а добавляют в расплав при ликвации последующей порции веркблея. Содержание меди в очищенном свинце после ликвации падает до 0,06 - 0,08 процентра, но и эта ничтожная примесь вредна - она требует дополнительного расхода цинка и, переходя в серебристую пену, загрязняет ее, затрудняя извлечение серебра. Поэтому для более глубокого обезмеживания используют еще и серную обработку веркблея. Мощными мешалками в расплав очищенного свинца при температуре 325 - 340 0C вмешивается дробленая сера. Она имеет гораздо большее сродство к меди, чем к свинцу, поэтому добавляемая сера ’’выискивает” остаточные атомы меди (а их, как мы помним, 6-8 штук на 10 тысяч других) и прочно соединяется с ними в сульфиды, которые при столь низкой температуре не плавятся, а в виде сухого порошка плавают на поверхности расплава.
Вообще говоря, по ходу рассказа у читателей должно возникнуть представление о том, что практически любой предмет плавает и не тонет в жидком свинце. Это не совсем так, но близко к истине. Ибо вряд ли кто видел, как в расплаве свинца тонет слиток платины или осмия, а вот покачивающийся на поверхности жидкого расплава в рафинировочном котле кусок кирпича и большой железный болт автор видел собственными глазами. С медным пятаком этого не случилось бы - пятак просто растаял бы,как кусок сахара в сиропе. Практически все, что не растворяется и не горит, плавает в расплаве свинца.
Той же ’’шумовкой” снимают и эту пену, после чего содержание меди в свинце падает до 1 - 3 атомов на 100 тысяч атомов металлического свинца. Интересно, что эти остатки меди, удаленные с помощью элементарной серы, проделали в ходе металлургического передела своеобразный кульбит - из природных сульфидов после обжига и шахтной плавки образовалась металлическая медь, растворившаяся в свинце, а из последней с помощью элементарной серы снова образовались сульфиды. Вот яркий (хотя и поверхностный) пример проявления диалектического закона отрицания отрицания.
Расставшись таким образом с медью, свинцовый сплав с помощью центробежных насосов, способных перекачивать до 15 тонн жидкого металла в минуту, отправляется дальше. Следующая опе
рация, которую совершат над ним металлурги, - смягчение, или щелочное рафинирование. При этом сплав освобождается от мышьяка и сурьмы. Смысл этой операции состоит в том, что и мышьяк, и сурьма имеют большее сродство к кислороду, чем свинец. Если добавить в расплав окислитель, он обязательно передаст кислород примеси. Правда, поскольку основную массу сплава составляет свинец, сначала кислород будет ’’захвачен” свинцом. Ho он в данном случае не владелец, а лишь переносчик кислорода. Как только окисленный свинец встретится в объеме с атомом примеси, он, как говорится, ”по первому требованию” передаст кислород мышьяку или сурьме.
Все меньше примесей остается в свинце, но усилия металлургов, ведущих рафинирование, не ослабевают. Пришла пора извлечь из глухого и тусклого свинца звонкое серебро и блестящее золото. И, как это не удивительно, здесь мы снова сталкиваемся с пено- рождением. Удивительна прежде всего настойчивость, с которой технология использует один и тот же прием, облекая его в самые разные одежды. На этот раз в качестве пенообразователя выступает металлический цинк. Оказывается, он склонен к образованию химических соединений с золотом и серебром: AuZn, Au3Zn5, AuZn3, Ag2Zn3, Ag2Zn5. Формулы приведены здесь для того, чтобы читатель воочию убедился в странностях этих соединений - не соли, не оксиды, не сульфиды ... Ho что бы то ни было, эти свойства цинка весьма полезны металлургии. ’’Индивидуалистический” характер этих соединений проявляется и в том, что они практически полностью нерастворимы в жидком свинце и после образования всплывают на поверхность в виде серебристой цинковой пены. Почему же эту пену не снимают сразу же при первой возможности, а предварительно проводят обезмеживание, где часть золота и серебра теряется, и щелочное рафинирование, тоже уносящее толику драгоценных металлов? Дело в том, что медь также переходит в цинковую пену, а мышьяк изменяет свойства пены таким образом, что ее становится трудно удалять.
Практически обессеребрение ведут следующим образом. Операцию начинают с того, что в котел с расплавом свинца при температуре 530 0C добавляют богатую оборотную пену, полученную в предыдущем цикле обессеребрения. Пену (а ее немало - до 10 - 12 % от массы свинца в котле) энергично вмешивают в расплав. После ее растворения температуру снижают до 510 - 480 0C и при этом снимают всплывающую богатую товарную пену, масса которой доходит до 1,5 - 2,0 % от массы расплава. После этого в нем остается не более 300 граммов серебра на тонну расплава. И вот здесь вступает в дело цинк. На ванну при 480 0C загружают чушки цинка
и перемешивают расплав мешалкой. Через 40 - 60 минут ’’блюдо” готово. Ho его нужно охладить. Как? На практике поступают по- разному: отливают часть жидкости в малые емкости, там их охлаждают и возвращают обратно; поливают ванну водой; добавляют бедную оборотную пену (о ее происхождении чуть позже). Часто используют комбинацию всех этих методов. При охлаждении до 380 0C всплывает богатая оборотная пена, а при более низких температурах - бедная. Обе хранятся на складе раздельно до начала следующего цикла обессеребрения, в котором они будут использованы.
В настоящее время существует и непрерывный способ обессеребрения. Суть его состоит в том, что в рабочем котле существуют зоны различного состава и температуры (сверху - обогащенные цинком, внизу - свинцом). Через котел непрерывно протекает расплав чернового свинца, а серебристую пену удаляют из него периодически.
Что же делают с серебристой цинковой пеной для получения, драгоценных металлов? Прежде всего отгоняют цинк. Он самый легкокипящий в сплаве. В электрических печах при температуре 1250 0C удается отогнать из пены 90 процентов содержавшегося в ней цинка, этого достаточно для успешного проведения следующей операции - купелирования. Купелирование - одна из древнейших технологических операций. Именно купелированием тысячи лет назад древние металлурги перерабатывали богатые серебро-свинцо- вые руды. Суть купелирования сводится к следующему. Если через расплав свинца, содержащий серебро и золото, продувать воздух, то свинец будет окисляться в глет, а серебро и золото накапливаться в купели. В результате купелирования получают так называемый
То, что "бокалов звон хрустальный” весьма музыкален, знают все. He столь общеизвестны факты прямой связи свинцового стекла и музыки. 23 мая 1791 года великий Моцарт сочинил адажио и рондо до-мажор для стеклянной гармоники, флейты, гобоя, альта и виолончели. Сочинение было написано для Кирхгеснер. Ho что такое стеклянная гармоника?
По свидетельству государственного научно-исследовательского института театра, музыки и кинематографии, "стеклянная гармоника - набор стеклянных полушарий, укрепленных на вращающемся валу.

металл доре (от французского d’ore - золотистый). На самом деле это скорее ’’металл аржан” (от французского argent - серебро), поскольку на 95 - 99 % состоит из серебра, золота же в нем не более 4 %. Ho и этого бывает достаточно, чтобы за счет килограммов металла доре значительно снизить себестоимость десятков и сотен тонн свинца. Точных данных по ’’производству” золота из свинца нет, однако можно сказать, что в мире эта величина достигает многих десятков тонн в год.
Однако вернемся к основной массе сплава, который в результате обессеребрения лишился эфемерного ’’золотого отблеска”, но приобрел практичный ’’светлый колорит”. Действительно, ’’ничто на земле не проходит бесследно”, а уж удаление золота и серебра и подавно... В состав свинца перешло до 7 килограммов цинка на тонну очищенного от золота и серебра сплава. Избыток цинка необходимо удалить. Делается это двумя способами. Либо расплав ’’цинковистого" свинца подвергают вакуумной отгонке и возвращают цинк в виде металла, либо с помощью расплава щелочи в специальном реакторе цинк окисляют, в результате чего до 95 % металла возвращают в форме цинковых белил потребителям. При этом, правда, можно возвратить лишь 80 % цинка. Какой именно способ применить, в каждом конкретном случае решает экономика.
Сплав, прошедший столько купелей, уже далек от того веркблея, который получают в шахтной печи. Ho это еще не свинец. Одна примесь мешает сплаву стать официальным, признанным ГОСТом свинцом. Эта примесь - висмут.
Как же разделить свинец и висмут? Любой металлург, не задумываясь, ответит: ”С помощью процесса обезвисмучивания”.


Прикасаясь во время вращения к полушариям влажными пальцами, получают звуки красивого тембра. Изобретена эта гармоника в 1763 году известным физиком Б. Франклином и пользовалась распространением до 30-х годов XIX века как сольный и оркестровый инструмент”. Были и другие варианты гармоники - с клавиатурой и эластичным резонатором. Для какой именно гармоники писал Моцарт, установить очень трудно. Инструмент этот сейчас столь редок, что в нашей стране существует в единственном экземпляре в Ленинграде на ’’Постоянной выставке музыкальных инструментов”. Свинец проявил свои музыкальные способности и при изготовлении флейты. Именно хрустальные флейты делала в Париже в 1812 году фирма ”К. Лоран”. У флейты, по словам Н.А. Римского- Корсакова, ’’тембр холодный, наиболее подходящий к мелодиям грациозного и легкомысленного характера в мажоре, и с оттенком поверхностной грусти в миноре”, звучание этого инструмента передает божественную "музыку сфер”, которые, как утверждали древние, тоже сделаны из хрусталя.

Как же практически осуществляется обезвисмучивание? Сегодня существует несколько технологических схем. Рассмотрим наиболее распространенную. В свинцовый расплав при 400 0C опускают блоки оборотных дроссов (так называется обогащенный висмутом, кальцием и магнием свинцовый сплав), полученных в предыдущем цикле обезвисмучивания. Расплав перемешивают, при этом растворение дроссов приводит к снижению температуры до 360 - 370 °С. Теперь в дело идет металлический кальций. Извлеченный из бочек,он перемещается в специальную корзину, снабженную мешалкой. Корзина погружается в расплав, и мешалка, прогоняя расплав через корзину, ускоряет растворение кальция. Теперь корзина вынимается, на поверхность расплава забрасывается металлический магний,и опять с помощью мешалки проводят дораство- рение кальция и растворение магния. По окончании операции сплав отстаивается 10-15 минут, и на его поверхность всплывают богатые дроесы, содержащие плохорастворимое тугоплавкое интерметаллическое соединение CaMg2Bi2. Дроссы снимаются либо шумовками, либо с помощью специального пресса. Полученный продукт отправляют для переработки на висмут. При дальнейшем снижении температуры выделяются бедные оборотные дроссы, направляемые в виде блоков на склад для использования их в следующем производственном цикле.
Кроме того, существуют схемы, не предусматривающие использование оборотных дроссов, а также непрерывные процессы, аналогичные непрерывным процессам обессеребрения.
После всех этих операций содержание висмута в расплаве снижается с 0,15 до 0,01 %. Ho иногда (для получения свинца высших марок) этого уже недостаточно. Нужна более глубокая очистка. И здесь выручает сурьма. Соединяясь с висмутом и другими компонентами сплава, сурьма образует продукты, которые тоже всплывают на поверхность. Содержание висмута после такой обработки уменьшается до 0,001 %. Расход реагентов невелик - чуть больше одного килограмма магния, меньше одного килограмма кальция и около 200 граммов сурьмы на тонну очищаемого свинца. Очистив расплав от висмута, мы снова загрязнили его кальцием, магнием и сурьмой. Их мало, но они сродни той самой ложке дегтя. Поэтому необходима новая очистка (на этот раз уже знакомое нам щелочное рафинирование). Снова работают мешалки, вмешивая расплав щелочи, снова гудят насосы, перекачивая расплав, и на сей раз это уже не просто очередные стадии рафинирования, а превращение предмета труда в продукт производства. Дальнейший путь расплава - на розлив. Мерно вращается карусель ,и механические руки с острыми стальными крючьями неустанно укладывают в штабель тяжелые, еще горячие свинцовые ’’батоны”. Сравнение с хлебом здесь не случайно. Свинцовые слитки массой 6 килограммов размерами очень похожи на типичные хлебобулочные изделия. Ho главное не в этом. He меньше, чем в обычные булки и сайки, вложено человеческого труда в эту ’’металлическую выпечку”.
Разумеется ’’пекут” ее обычные люди. И заботы у них обычные - кроме жаркого цеха они хотят иметь теплый домашний очаг. Шаг за проходную - и "свинцовые заботы” вытесняются человеческим бытом. Где-то он устраивается лучше,
где-то - хуже, но любопытно, что в ’’свинцовых сферах” (по имеющимся сведениям) все-таки чуть получше. Вот что писала ’’Правда” по этому поводу: ’’He получил широкого распространения опыт Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината, который активно оказывает помощь индивидуальным застройщикам в обустройстве ...”. Почему не получил и как обстоят дела на других предприятиях - другой вопрос. Сейчас важно отметить, что на свинцово-цинковом по крайней мере по некоторым важным, волнующим их ’’непроизводственным” проблемам люди находят понимание. Трудно уловить причинную связь между свинцом - продуктом производства - и душевностью людей, занятых на этом производстве. Вероятно, в каких-то других отношениях эта связь может быть не столь очевидной. Ho в любом случае, за любыми производственными и техническими проблемами нужно видеть человека, ради блага которого эти проблемы и должны решаться.
Мы рассмотрели ’’классическое” производство свинца. Ho, разумеется, столь развитая ветвь цветной металлургии имеет и другие, пусть менее значительные, но многочисленные побеги. Мы уже знакомились с одним из них - автогенными процессами. За ними следует целый ряд ’’новинок”. И прежде всего это - гидрометаллургия, то есть переработка водных растворов солей металлов. Действительно, высокотемпературная обработка руды, выплавка и очистка металла требуют значительных капитальных затрат (агломерационные машины, шахтные печи и т.п.). Огневая обработка не только требует использования высококачественного топлива (кокса), не только расходует много электроэнергии (обогрев на всех стадиях рафинирования), но и бесполезно растрачивает тепло протекающих реакций. А на стадии агломерации это немалое количество энергии. Ликвидировать эти недостатки и пытается гидрометаллургическая переработка руды. Ho с самого начала она сталкивается с очень серьезной проблемой - плохой растворимостью большинства солей свинца и особенно сульфида. Руду невозможно растворить в технологически приемлемых условиях. Поэтому прежде всего ее обрабатывают хлором с целью переведения свинца в хлорид. Последний неплохо растворим в рассолах хлористого натрия. Его и используют в промышленности для извлечения свинца из руды. Полученный раствор очищают и выделяют из него металл. Выделение может осуществляться различными методами - электролизом, цементацией (то есть вытеснением с помощью более активного металла, чаще всего железа). Как видим, способ действительно прост и оборудования сложного не требует, и энергетически гораздо экономичней огневого. И не шахтная печь, а гидрометаллургическая установка была бы примой нашего рассказа, если бы не малая эффективность работы всей схемы в целом, вызванная сложностью разделения на отдельные компоненты исходного раствора. Извлечь из руды можно все то же, что и при огневой обработке, но в громоздком процессе и с большими потерями. А если учесть, что все это приводит к появлению большого количества токсичных сточных

вод, станет понятным малое распространение метода гидрометаллургии в свинцовой промышленности в настоящее время.
Очень интересно применение электрохимических процессов в получении свинца. Достаточно сказать, что около 15 % металла рафинируется с помощью электролиза веркблея. Очень сложным оказалось подобрать состав электролита, в котором бы и условия процесса, и качество продукта удовлетворяли бы технологов. Ho вот в 1901 году Бете предложил, а в 1910 году практически осуществил электролитическую очистку черного свинца в электролите, включающем фторкремниевые кислоты. Среда, конечно, очень агрессивная, едкая, но зато получают прекрасный продукт. И хотя с момента изобретения Бетеа прошло более восьмидесяти лет, ничего существенно лучшего предложено не было.
Электролизом же можно получить свинец непосредственно из расплава галенита. И у этого метода есть неплохие перспективы.
He остается в стороне от металлургических проблем и самая молодая ветвь химической технологии - биохимическая. Во всем мире ведутся работы в этой области. Вот, к примеру, в 1980 году советскими учеными был предложен способ обогащения свинцовоцинковых руд с помощью раствора, содержащего бактерии Thio- bacillus ferroxidaus. Растворение галенита проводят при повышенной температуре 60 - 65 °С. Сейчас, конечно, трудно предсказать будущее этого способа, но сам факт взаимного интереса металлургов и биохимиков весьма знаменателен.
Итак, мы познакомились с тем, как сегодня производят свинец, какие идеи выдвигают ученые для совершенствования его производства. Каковы же реальные направления и перспективы этого совершенствования?
В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986 - 1990 годы и на период до 2000 года” перед цветной металлургией ставится задача: ’’Увеличить в 2,5 - 3 раза применение плавки в жидкой ванне, обеспечить производство 35 процентов меди, свинца и никеля с использованием ресурсосберегающих автогенных процессов”. Так что нынешней "приме” - шахтной печи - придется потесниться. Вероятно, в рассказе о производстве свинца в 2000 году нужно будет говорить об установках типа КИВЦЭГ-ЦС. Ho, познакомившись с тем, как получают свинец, мы должны обратиться к вопросу для чего его получают, как используют? Этим вопросам и посвящены последующие главы.

Полный комплект стандартной упряжи состоит из оглоблей, хомута, супони, дуги, гужей, седелки, чересседельника, подбрюшника и подпруги.
<< | >>
Источник: Лебедев Ю.А.. Второе дыхание марафонца (о свинце). - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: ’’Металлургия”. - 144 с.. 1990

Еще по теме БРАТ АФРОДИТЫ:

  1. «Наш брат, Исаакий!»
  2. "Брат", "Отец", "Владыка"
  3. И «дед», и «старший брат»
  4. Брат на брата (не в переносном смысле)
  5. Большой Брат следит за тобой
  6. 56 «Каин, где брат твой, Авель»?
  7. Старший Брат на телеэкране: новые времена, новые страхи
  8. Диэго де Ланда Сообщение о делах в Юкатане, извлечённое из сообщения, которое написал брат Диэго де Ланда ордена св.Франсиска. MDCLXVI
  9. ЖЕНА МУЖА ЗАРЕЗАЛА
  10. Песнь пятая