AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA Im. Stanisława Staszica w Krakowie	Procesy metalurgii ekstrakcyjnej II
Imię nazwisko Justyna Juszkiewicz Bartosz Jakimko Damian Krupiński Karol Krukowski	Rok akademicki 2015/2016 Data wykonania 01-12-2015r
Temat ćwiczenia: Rafinacja ołowiu metodą ługową (Harrisa)	Data oddania 02-12-2015r

1. Wprowadzenie:

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.

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się procesem rafinacji ołowiu metodą ługową (Harrisa).

1. Część eksperymentalna:

Na początku odważyliśmy około 200g ołowiu na wadze laboratoryjnej. Naważkę włożyliśmy do pieca (temp. 450°C) w celu stopienia metalu w całość. Po roztopieniu odlaliśmy ołów do wcześniej wygrzanej kokili i wypolerowaliśmy powierzchnie papierem ściernym. Następnie wykonaliśmy pomiar twardości na próbce czystego ołowiu. Ponownie umieściliśmy próbkę w nagrzanym piecu i stopiliśmy wraz z dodatkiem cyny i antymonu w ilości 2%. Po stopieniu otrzymaliśmy surowy ołów. Przygotowaliśmy powierzchnię wlewka i ponownie wykonaliśmy pomiar twardości. W następnym etapie dodaliśmy do wlewka 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.

1. Obliczenia

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. Tabele z zestawieniem wyników:

Tabela 1. Średnica odcisku i twardość HV

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

Twardość mierzymy metodą Vickersa

Tabela 2. Masa ołowiu, zanieczyszczeń i soli rafinujących

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

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.

4. Bibliografia

1.Wykład Prof. M. Kucharski „ Procesy Metalurgii ekstrakcyjnej ”

2. A. Staronka, Chemia fizyczna.

3. S.Chodkowski: Metalurgia metali nieżelaznych

4. Z. Szczygieł: Metalurgia ogólna metali nieżelaznych