Procesy metalurgii ekstrakcyjnej II - laboratorium
Temat: Rafinacja ołowiu metodą ługową (Harrisa)
Imię i Nazwisko:
Bilny Jakub Buszko Krzysztof Byczek Roman

1. Wstęp teoretyczny

Rafinacja metodą Harrisa, usuwanie Sn, As, Sb, Zn - ołów po odmiedziowaniu zawiera jeszcze inne zanieczyszczenia takie jak: Sn, As, Sb, Bi, Ag, Au oraz sodę kaustyczną NaOH, która pełni rolę kolektora dla powstałych tlenków. Wstępna rafinacja ma na celu usunięcie arsenu, cyny i antymonu do takich wartości, aby osiągnąć sprzyjające warunki dla późniejszego odzysku srebra. Proces ten jest selektywny. Utlenianie domieszek następuje w kolejności: As, Sn i Sb.

Temperatura procesu wynosi ok. 480-500 °C, czas mieszania wynosi ok. 180min. Pod koniec procesu należy zebrać zgary. Rafinację wstępną uważa się za zakończoną, jeżeli zawartość zanieczyszczeń wynosi maksymalnie:

As – 0,001%

Sn – 0,001%

Sb – 0,2%

Odcynkowanie - w odsrebrzonym ołowiu pozostaje ok. 0,5% Zn. Usuwanie cynku prowadzi się w kotłach destylacyjnych. W wyniku destylacji próżniowej odparowane jest niemalże 100% cynku.

Odsrebrzanie - ołów oczyszczony z Cu, Sn, As i Sb zawiera jeszcze Ag. Proces odsrebrzania Pb prowadzi się metodą Parkesa. Polega on na dodawaniu Zn do płynnego ołowiu.

Odmiedziowanie segregacyjne - wykorzystuje zależność, iż wraz z obniżeniem temperatury zmniejsza się rozpuszczalność miedzi w ciekłym ołowiu.

2. Część eksperymentalna

2.1. Metodyka pomiaru i schemat stosowanej aparatury

Na wstępie wykonaliśmy pomiar twardości na próbce czystego ołowiu. Próbkę następnie umieściliśmy w piecu nagrzanym do temperatury 450 °C i stopiliśmy wraz z dodatkiem cyny i antymonu w ilości 2%. Po stopieniu otrzymaliśmy surowy ołów. Przygotowaliśmy powierzchnię wlewka i wykonaliśmy pomiar twardości. Wlewek ponownie stopiliśmy i dodaliśmy obliczone sole wg schematu. Sole przed dodaniem zmieszaliśmy ze sobą. W czasie rafinacji mieszaliśmy ołów tak aby ułatwić jego kontakt z solami. Rafinację skończyliśmy po zgęstnieniu soli. Po rafinacji próbkę odlaliśmy i wykonaliśmy pomiar twardości.

.

2.2. Obserwacje własne

W czasie wykonywania ćwiczenia zauważono, że w czasie procesu koncentrat zmienił barwę z ciemno szarej na beżową. Po za tym nie odnotowano nic szczególnego.

3. Wyniki pomiarów i obliczenia

	Średnica odcisku	Średnia	Twardość HV
Czysty ołów	183	183 μm	11,07 $\frac{\mathbf{\text{KG}}}{\mathbf{\text{mm}}^{\mathbf{2}}}$
	182
	184
Ołów surowy	138	137 μm	19,75 $\frac{\mathbf{\text{KG}}}{\mathbf{\text{mm}}^{\mathbf{2}}}$
	136
	138
Ołów po rafinacji	158	160 μm	14,48 $\frac{\mathbf{\text{KG}}}{\mathbf{\text{mm}}^{\mathbf{2}}}$
	164
	158

Twardość mierzymy metodą Vickersa

Masa ołowiu , g	Masa zanieczyszczeń , g	MASA SOLI RAFINUJĄCYCH , g
130,448	Sb	2,6096
	Sn	2,6096

Stechiometryczne wyliczenie ilości NaNO₃ i NaOH potrzebnych do przeprowadzenia procesu

1. 5 Sn + 4 NaNO₃ + 6 NaOH = 5 Na₂SnO­₃ + 3 H₂O + 2 N₂

5 moli Sn – 4 mole NaNO₃

M_Sn = 118,71g/mol

m_Sn = 5 · M_Sn = 593,55g

M_NaNO3 = 23 + 14 + 48 = 85g/mol

m_NaNO3 = 4 M_NaNO3 = 340g

593,55g Sn – 340g NaNO₃

2,964g Sn – x g NaNO₃

x_NaNO3 = 1,69g

x_NaNO3 – masa NaNO₃ potrzebna do przebiegu reakcji.

1. 2 Sb + 2 NaNO₃ + 4 NaOH = 2 Na₂SnO­₃ + 2 H₂O + 2 N₂

2 mole Sb – 2 mole NaNO₃

M_Sb = 121,75g/mol

m_Sb = 2 · M_Sn = 243,5g

M_NaNO3 = 23 + 14 + 48 = 85g/mol

m_NaNO3 = 2 · M_NaNO3 = 170g

243,5g Sn – 170g NaNO₃

2,964g Sn – x g NaNO₃

x_NaNO3 = 2,06 g

x_NaNO3 – masa NaNO₃ potrzebna do przebiegu reakcji.

4.WNIOSKI

Z reakcji zawartych w sprawozdaniu, wynika że metoda Harrisa daje nam bardzo dobrą możliwość na usunięcie zanieczyszczeń takich jak cyna i antymon . Ćwiczenie to pokazało jak zmienia się twardość, wraz ze zmianą zawartości tych pierwiastków.

Pomiary twardości w przeprowadzonym doświadczeniu pokazują, że ołów z domieszkami (Sn, Pb) jest dużo twardszy od czystego ołowiu. Obecność antymonu i cyny w ołowiu powodują wzrost jego twardości.

Twardość próbki po rafinacji świadczy o tym że nie udało nam się przeprowadzić procesu całkowicie.

Być może proces rafinacji był prowadzony za krótko. Różnica pomiędzy HV ołowiu rafinowanego i czystego Pb może być spowodowana również błędami podczas odważania substancji użytych w doświadczeniu oraz błędami w pomiarze twardości HV.