Свинец в металлургии*

— Содержание: Свинцовые руды. — Типы свинцовых плавок. — Плавка в отражательных печах. — Плавка в горнах. — Обжигание и плавка в шахтных печах. — Печи. — Осадительная плавка. — Плавка окисленных продуктов. — Рафинирование свинца.

Свинцовые руды. Материалом для получения металлического свинца в большом заводском размере служат свинцовые руды, из которых наиболее распространенной в природе является свинцовый блеск, или галенит, представляющий по химическому составу сернистый свинец PbS и в чистом виде содержащий 86,6% свинца. Он нередко встречается в кристаллах (правильной системы), имеющих свинцово-серый цвет и сильный металлический блеск, но гораздо чаще является в сплошных массах плотного сложения и тогда именуется свинчаком. Уд. в. = 7,3 — 7,6; твердость = 2,5. Очень часто свинцовый блеск заключает в себе некоторое количество серебра, достигающее иногда 1%, обыкновенно же колеблющееся между 0,01% и 0,1%. Важное значение этой примеси достаточно уясняется из того, что большая часть серебра, добываемого в Европе, извлекается именно из свинцового блеска. Из других металлических соединений, сопровождающих свинцовый блеск, наиболее обыкновенны цинковая обманка, серный и медный колчеданы, блеклая медная руда, соединения сурьмы и мышьяка. Такой полиметаллический характер некоторых свинцовых руд заставляет прибегать к предварительному механическому разделению их, иногда весьма сложному. В качестве пустой породы при свинцовом блеске чаще всего являются кварц, глина, известняк, доломит и шпаты: бурый, тяжелый и иногда плавиковый. Из других руд С. следует упомянуть белую свинцовую руду, или церузит — углекислый свинец PbCO 3 и англезит, или свинцовый купорос, т. е. серно-кислый свинец PbSO 4. Обе эти руды суть продукты действия атмосферных агентов на свинцовый блеск и потому находятся обыкновенно в наружных выходах жил этого последнего. Они редко встречаются в таких количествах, что могут идти в самостоятельную плавку, и являются обыкновенно лишь более или менее значительной примесью к свинцовому блеску, с которым вместе и проплавляются. Землистые видоизменения белой свинцовой руды, заключающие примесь глины, известняка, окиси железа и др., носят название свинцовой охры; видоизменения же, окрашенные примесью углистых веществ в черный цвет, — называются черной свинцовой рудой. Остальные природные соединения свинца совершенно не имеют значения руд в настоящем смысле этого слова и представляются лишь более или менее редкими минералами; сюда относятся, напр., зеленая свинцовая руда, или пироморфит РbСl 2.3Рb 3 (РО 4)2, миметезит PbCl2.3Pb3(AsO4)2, бурнонит PbCuSbS3, желтая свинцовая руда РbМоО 4, красная свинц. руда (крокоит) PbCrO4 и др.

Типы свинцовых плавок. Извлечение С. из руд производится исключительно "сухим путем", т. е. посредством различных реакций, которым свинцовые соединения подвергаются при высокой температуре во время "плавки". Способы "мокрого пути" и электролиз оказываются неэкономичными. Смотря по составу руд, можно различить: 1) плавку сернистых руд, т. е. свинцового блеска, и 2) плавку охристых руд и окисленных заводских продуктов. В плавке свинцового блеска можно усмотреть три основных типа, а именно следующие: 1) руду (PbS) обжигают лишь отчасти, так, чтобы некоторое определенное количество PbS осталось неизмененным и получилась бы смесь PbS с продуктами его окисления, т. е. с РbО и PbSO 4:

2PbS + 3O2 = 2PbO + 2SO2 (1)

и PbS + 2O 2 = PbSO4 (2)

Затем пользуются способностью PbS вступать при повышенной температуре в реакции с PbO и PbSO 4, результатом которых является выделение металлического свинца:

PbS + 2PbO = SO2 + 3Pb (3)

PbS + PbSO4 = 2SO2 + 2Pb (4).

2) Руду обжигают вполне так, чтобы не оставалось PbS, и полученные окисленные продукты, РbО и небольшое количество PbSO 4 восстановляют углем:

2РbО + С = CO 2 + 2Pb (5)

PbSO4 + 2C = 2CO2 + PbS (6)

PbS, происходящий по последнему уравнению, может отчасти вступать в реакцию (4) с невосстановленной еще частью PbSO 4, или его в конце обжигания стараются превратить в силикат (см. ниже). 3) Расплавленную руду (PbS) подвергают действию металлического железа, которое вытесняет из PbS металлический свинец:

PbS + Fe = FeS + Pb (7)

Реакция между PbS и Fe оказывается, однако, ограниченной пределом, так что выход металлического свинца всегда меньше, требуемого уравнением (7). По опытам заводов Верхнего Гарца, этот выход увеличивается вместе с температурой и с количеством взятого железа. Лучше всего выделение С. происходит, когда на 100 частей свинцового блеска берется 20 — 25 частей железа; при этом отношении реакция может быть довольно близко выражена уравнением:

3PbS + 3Fe = 2Pb + {PbS + Fe2S + FeS} (8)

Вместе с металлическим С. таким образом всегда получается еще С., содержащий сплав сернистых Pb и Fе, так наз. блейштейн, который подвергается особой обработке. Этот способ известен под именем осадительной плавки (Niederschlagsarbeit). При первом способе (так наз. R ö st und Reactionsarbeit) обжигание и плавка ведутся в одних и тех же отражательных печах или в особых горнах; при втором обжигание производится особо и обожженная руда проплавляется в шахтных печах. Осадительная плавка ведется обыкновенно также в шахтных печах. Выбор того или другого способа зависит от богатства руды и качества пустой породы, а также от рода имеющегося в распоряжении горючего материала. На практике весьма часто оказывается необходимым комбинировать выше приведенные способы между собой.

Плавка в отражательных печах по первому способу применяется исключительно к рудам весьма богатым (содержащим не менее 65 — 70% свинцового блеска) и чистым. Особенно вредной примесью является кварц, присутствие которого, даже в количестве всего 4 — 5%, делает уже процесс неприменимым. Это объясняется тем, что окись С, образует с кремнеземом легкоплавкий шлак, который, облекая зерна руды, механически препятствует как обжиганию, так и взаимодействию между PbS, PbO и PbSO 4. Известняк и доломит в небольших количествах (не > 10%) являются даже полезными, так как препятствуют спеканию руды, в больших же — также механически затрудняют процесс. Присутствие больших количеств посторонних сернистых металлов, особенно серного колчедана (FeS 2) и цинковой обманки (ZnS), вредно потому, что вызывает образование штейна, в который переходит значительная часть С. Полезными примесями, ускоряющими процесс, являются белая свинцовая руда и англезит. В общих чертах, рассматриваемый процесс заключается в следующем: руду сперва обжигают при невысокой температуре (500 — 600°), затем, когда исчезнут огоньки горящей серы, обжигание прекращают и температуру повышают настолько, чтобы содержимое печи, представляющее теперь смесь PbS, PbO и PbSO 4 (см. выше) пришло бы в тестообразное состояние (но не до плавления); тогда происходят упомянутые выше реакции (3) и (4) и появляется металлический С. На практике, однако, никогда не бывает возможно получить путем обжигания смесь PbS, PbO и PbSO 4 такого количественного состава, чтобы в силу реакций (3) и (4) выделился весь заключающийся в руде С., — обыкновенно получается избыток окисленных продуктов, из которых С. приходится извлекать путем восстановления углем. При чистых рудах этот последний процесс ведут в тех же самых отражательных печах, в случае же руд менее чистых оказывается выгоднее обрабатывать эти С.-содержащие остатки в особых шахтных печах. Существует несколько видоизменений плавки свинцовых руд в отражательных печах, отличающихся между собой величиной обрабатываемой за один раз насадки, производительностью, конструкцией печей и некоторыми приемами ведения самой операции. Главнейшими из таких видоизменений являются процессы: каринтийский, английский и тарновицкий, или силезский.

СВИНЕЦ (металлургия).

Фиг. 1 — Каринтийская печь; а — горизонтальный, b — вертикальный разрез. Фиг. 2 — Английская печь; а — горизонтальный, b — вертикальный разрез. Фиг. 3. — Шотландский горн; а — разрез, b — план. Фиг. 4 — Американский горн (план). Фиг. 5. — Американский горн с водяным охлаждением; а — разрез; b — план. Фиг. 6. Общее расположение горнового устройства. Фиг. 7. — Печь Пильца. Фиг. 8. — Нижнегарцевская печь. Фиг. 9. — Американская печь типа Рашета; а — разрез, b — внешний вид. Фиг. 10. — Рафинировочный котел с колпаком.

Каринтийский процесс характеризуется небольшими насадками (до 200 кило), обрабатываемыми в небольших печах; в нем можно различить 3 периода: период обжигания, период перемешивания при повышенной температуре, во время которого выделяется металлический С. по реакциям (3) и (4) и период восстановления С. из остатков посредством угля (в печь забрасывают угольную мелочь, сучья и т. п.). На табл., фиг. 1 а и 1 b, представлена каринтийская печь (в Блейберге в Каринтии), здесь: — топка для дров или бурого угля, откуда продукты горения идут через окно с в рабочее пространство а, и затем через каналы d и е поступают в дымовую трубу z. Вытапливающийся С. стекает по наклонному поду в гнездо G. Под делается из смеси глины со свинцовыми остатками. Недостатки этого способа: малая производительность и большой относительный расход горючего материала. Английский процесс отличается от предыдущего большой абсолютной производительностью, ради чего он ведется с большими насадками (1000 — 1500 кг, иногда даже до 3000) в больших отражательных печах при возможно высокой температуре. Обжигание здесь прекращают несколько ранее, чем при каринтийском способе, но зато после вытопки С. обжигание повторяют снова, понижая при этом температуру, после чего, повышая температуру, опять вызывают реакции (3) и (4); такое чередование обжига и вытапливания производится до трех раз. Если масса начинает сплавляться, ее охлаждают присадкой гашеной извести. Свинцовые остатки обрабатываются отдельно в небольших шахтных печах. Благодаря высокой температуре, при которой ведется английский процесс, довольно значительная часть С. улетучивается и, во избежание потери, должна быть улавливаема особыми приспособлениями. Горючим служит каменный уголь, расход которого = 50 — 80% по весу руды. Фиг. 2 а и 2 b представляют разрезы английской печи: здесь g — топка, А — рабочее пространство, имеющее с передней и с задней сторон по 3 рабочих отверстия i; с и e — дымоходы; l — засыпная воронка для руды. Под H имеет 3 — 4 м длины и 2,8 м ширины. Около передней стенки печи в набойке пода делается углубление, в которое собирается вытапливающийся С. и из которого последний можно выпускать. Весь процесс длится от 5 до 9 часов. Тарновицкий процесс по реакциям, при нем происходящим, и по способу ведения его при возможно низкой температуре (ради экономии горючего и возможно малой потери Рb от улетучивания) сходен с каринтийским, но отличается от последнего тем, что ведется с большими насадками (до 2500 кг и более) в печах, подобных английским, и что 3-й период каринтийского процесса — восстановительная плавка свинцовых остатков — производится здесь особо в шахтных печах, чем достигается меньшая потеря С. Остатков здесь получается очень много (в них от 30 до 50% общего количества С.).

Плавка в горнах. Кроме вышеописанной плавки в отражательных печах, существует еще способ обработки богатых и чистых руд в особых горнах. Химические реакции, происходящие здесь, тождественны с теми, которые протекают, напр., при каринтийском процессе, только здесь они не так строго разграничены во времени. Прототипом таких горнов служит так наз. шотландский горн, представленный на табл. фиг. 3 а, b. Рабочее пространство горна снизу и с трех вертикальных сторон (задней и двух боковых) ограничено чугунными плитами и брусками. К чугунному поду а примыкает спереди порог f из смеси свинцового блеска с костяной золой; b — "рабочая доска" с желобом, по которому С. может стекать в котел С; F — фурма, доставляющая дутье; с — чугунный "передний брус". Весь горн покоится на каменной кладке и располагается под вытяжной трубой с, фиг. 6. Для улавливания улетучивающегося С. сзади трубы располагается особая камера а. Для успеха работы в горне необходимо, чтобы температура не была достаточна для сплавления руды, а потому здесь весьма пригодны виды горючего, обладающие низким пирометрическим действием, напр., торф и дерево; впрочем, употребляют также каменный и древесный уголь. Растопив горн и пустив слабое дутье, забрасывают в него прежде всего несколько штыков металлического С., который, расплавляясь, покрывает собой чугунный под горна и тем предохраняет его от разъедания сернистым С. Затем присаживают руду от 5 до 15 кг зараз, смотря по величине горна, и некоторое количество извести для предупреждения спекания массы. После 5 — 10 минут дутья, массу перемешивают и, по окончании реакции выделения С., выгребают содержимое горна на рабочую доску и здесь непрореагировавшую часть руды отделяют от остатков; последние обрабатываются отдельно в шахтных печах. Вследствие сильного разогревания стенок, работу в шотландском горне приходится временами приостанавливать. Во избежание этого неудобства устраивают горны с воздушным или водяным охлаждением. Стенки таких горнов делаются из пустотелых чугунных ящиков, внутри которых циркулирует воздух (поступающий затем в фурму) или вода. На фиг. 4 представлен в плане "американский горн" с воздушным охлаждением. Здесь А — рабочее пространство; В — стенки, между которыми циркулирует воздух; с — фурма, С — рабочая доска с желобом d, D — котел для С. Фиг. 5 а, b представляет американский горн с водяным охлаждением и тремя фурмами: а — чугунный ящик, заполненный во время работы расплавленным С.; w — стенки горна, внутри которых циркулирует вода, приводимая по трубке b и отводимая по трубке с; d — воздушная коробка. Абсолютная производительность горнов не уступает производительности английского процесса (до 4500 кило руды в сутки), относительный расход горючего меньше, но зато улетучивание С. значительнее. Иногда нарочно стараются, чтобы С. улетучивалось больше, имея в виду воспользоваться получающейся при этом пылью в качестве белой краски. Для работ в горнах еще необходима движущая сила для вентилятора, доставляющего дутье.

Обжигание и плавка в шахтных печах. Плавке в шахтных печах с предварительным обжиганием подвергаются руды, содержащие более или менее значительные количества кремнезема или оснований, а также и такие, которые благодаря большому содержанию посторонних сернистых, мышьяковистых и сурьмянистых соединений оказываются непригодными для осадительной плавки. При обжигании стараются выжечь, по возможности, всю серу, улетучить мышьяк и сурьму и перевести сернистые металлы в окислы. Хотя большая часть свинца переходит при этом в окись, но, однако, образуется также и некоторое (около 1/3) количество серно-кислой соли PbSO 4, которая при восстановительной плавке дает РbS [см. уравн. (6)]. Действием кремнезема стараются перевести PbSO 4 в основной силикат, для чего в конце обжигания температуру повышают до спекания и даже сплавления массы. Из силикатов же действием угля, в присутствии извести и закиси железа, получается металлический С. Из посторонних сернистых металлов наиболее вредной примесью является цинковая обманка ZnS; при плавке таких руд часть цинка переходит в штейн, куда увлекается также и более или менее значительное количество С. и заключающегося в свинцовых рудах серебра. Другая же часть цинка переходит в шлак, отчего последний делается очень трудноплавким, плохо отделяется от штейна и механически запутывает в себе зерна С. С целью уменьшить вредное влияние цинка, обожженную руду иногда выщелачивают водой для извлечения из нее цинкового купороса PbSO 4, образующегося из ZnS при обжигании. Трудноплавкость шлаков уменьшается прибавкой к шихте основных силикатов железа (шлаков). Если в руде содержится медь в количестве, допускающем ее извлечение, то ее стараются при плавке перевести в штейн, и с этой целью руду обжигают не столь полно, оставляя часть серы и не повышая температуру в конце обжигания. Очень высокой темпетатуры избегают также и в случае серебросодержащих руд, дабы уменьшить потерю серебра через улетучивание. Обжигание руд ведется в кучах, стойлах и печах шахтных или отражательных; примеры этих устройств можно найти в статье Руды (см.). Наиболее совершенное обжигание достигается в отражательных печах, из которых весьма распространенным типом являются так наз. Fortschaufelungsofen (cм.). Шахтные печи (Kilns) удобны в тех случаях, когда нужно утилизировать серу для получения серной кислоты; обжигание при этом бывает неполное и руду приходится дожигать в кучах. Для мелких шлихов применяются также печи Герстенгефера (см.). Наконец, применяются изредка и печи с подвижным рабочим пространством, напр., печи Брюкнера или печи Иовелля (см.). В обожженной руде С. находится в форме окиси и силикатов. При менее энергичном обжигании она может содержать некоторое количество сернистого и серно-кислого С. Из посторонних составных частей она обыкновенно заключает окислы, серно-кислые и сернистые соединения железа, цинка, меди, мышьяково- и сурьмяно-кислые соли, кремнезем и силикаты, известь, магнезию, серно-кислые соли бария (тяжелый шпат) и кальция (гипс). Во время восстановительной плавки руды в шахтной печи происходят следующие реакции. Окись С. восстановляется, если масса ее пориста, уже в верхних частях печи посредством окиси углерода; если же масса сплавлена, то в нижних частях печи непосредственно раскаленным углем. Силикаты С. восстанавливаются углем лишь при небольшом содержании кремнезема, да и то не вполне. Для выделения из них С. необходимо присутствие закиси железа, которая из свинцового силиката вытесняет окись С. При очень высокой температуре таким же образом действует известь. Сернистые металлы FeS, BaS, CaS также могут способствовать выделению С. из его силикатов. Серно-кислый С. при плавке восстанавливается в сернистый, частью ошлаковывается и частью вступает с PbS в реакцию (4). Из сернистого же С. металлический выделяется железом, которое может получаться из окислов железа при восстановлении их углем. При этом образуется также и блейштейн. Часть С. может (по Berthier) выделяться из PbS еще вследствие реакции:

2РbS + СаО + С = Рb + PbS.CaS + СО (9)

Что касается остальных составных частей обожженной руды, то окисленные и сернистые соединения железа принимают участие в вышеприведенных реакциях; медь, если она имеется, переходит, главным образом, в штейн, отчасти же (если мало серы) в шлак и в С.; мышьяковистые и сурьмянистые соединения восстанавливаются, причем мышьяк и сурьма отчасти улетучиваются или, если их много, образуют шпейзу; цинк стараются, по возможности, перевести в шлак, который для легкоплавкости должен быть богат закисью железа. Серебро и золото переходят, главным образом, в металлический свинец и отчасти в штейн. Для успешного хода плавки нужно, чтобы шлаки были достаточно легкоплавки (жидки) и имели не слишком высокий удельный вес — иначе они плохо отделяются от штейна и могут запутывать металлический С. Наивыгоднейшим содержанием кремнезема в шихте считается 27 — 36%. Содержание извести не должно превосходить 30%, чтобы не получалось тугоплавких шлаков. В присутствии цинка содержание извести должно быть возможно менее, так как она препятствует ошлакованию ZnO. В качестве основных железосодержащих примесей прибавляют основные железные шлаки, обожженный блейштейн, железные руды, остатки от обжига серного колчедана. Содержание FeO в шлаках не должно превосходить 50%, во избежание восстановления металлического железа и увеличения удельного веса шлаков. При хорошей плавке в шлаках не должно содержаться более 1/2% С. В качестве горючего — для плавки в шахтных печах употребляется кокс и древесный уголь; "сырое" (т. е. необугленное) горючее, за исключением разве антрацита, не применяется, так как сухая перегонка его поглощает много тепла, а уменьшение объема вследствие обугливания делает ход плавки неправильным.

Печи. Для плавки обожженных руд обыкновенно употребляются шахтные печи с дутьем; печи с естественной тягой применяются только при исключительно легкоплавкой шихте. Высота новейших печей от лещади до колошникового отверстия колеблется от З,5 до 9,5 м. Слишком низкие печи плохо утилизируют теплоту и обуславливают большую потерю С. от улетучивания; в слишком же высоких печах происходит восстановление железа. Поэтому, чем шахта богаче железом, тем печи делаются ниже. Упругость дутья (обыкновенно холодного) колеблется от 20 до 40 мм, а в очень больших печах и до 65 мм ртутного столба. Дутье доставляется обыкновенно вентилятором Рута (Root) или Бекера. Горизонтальное сечение печей новейших конструкций имеет обыкновенно форму круга (в Европе) или прямоугольника (в Америке). Для того, чтобы дутье могло проникать до середины печи, диаметр круглого сечения на горизонте фурм не должен превосходить 1,5 м. В печах с прямоугольным сечением длина короткой стороны (соответствующая диаметру круглой сечи) колеблется в пределах 0,76 и 1,06 м, длина же длинной стороны до некоторой степени произвольна и доходит до 3,5 м. Соответственно большему сечению и производительность прямоугольных печей больше производительности круглых. Шахта обыкновенно слабо расширяется кверху и в круглых печах и печах Рашета (напр. в Альтенау) не имеет распора; американские же печи прямоугольного сечения делаются с распором. Внизу, в области плавления, стенки печи обыкновенно снабжаются водяным охлаждением. Число фурм чаще всего равняется 8 — 12 и в печах Рашета доходит до 14. Заделка горна в свинцовоплавильных печах бывает тигельная или зумпфовая; первая предпочитается, так как при ней продукты плавки (С., штейн, шлаки) лучше отделяются друг от друга и потеря тепла меньше. Зумпфовая же заделка употребляется лишь при шихте, очень богатой цинком и железом, когда приходится часто очищать горн от настылей. С. выпускается из печи или непрерывно, или периодически, по мере наполнения тигля или зумпфа. Первый способ предпочитается второму, ибо этот последний влечет за собой временную остановку плавки и, кроме того, дает повод к образованию настылей в горне, потому что в опорожненный горн опускается сверху нерасплавленная масса руды. Непрерывный выпуск, предложенный Арентсом, основан на принципе сообщающихся сосудов: нижняя часть тигля горна сообщается с приемником через посредство канала, идущего снизу вверх, так что С. в тигле стоит всегда приблизительно на уровне верхнего отверстия этого канала и через его край по желобу стекает в приемник (см. фиг. 9 а, где h — тигель горна, с — выводной канал). На фиг. 7 а, b представлена круглая фрейбергская печь Пильца с 8 фурмами. Здесь S — шахта высотой 8 м и диаметром 1,5 м на горизонте фурм. Горн G окружен "водяной одеждой". Т — тигель; т — желоб для спуска шлаков; n — желоб для выпуска С. и штейна. В течение 24 часов проплавляется 30 — 35 тонн руды. Расход кокса составляет 22% веса руды. Фиг. 8 представляет вертикальный разрез нижнегарцевской печи с зумпфовой заделкой для шихты с большим содержанием цинка. Высота шахты около 5,5 м; диаметр на горизонте фурм и у колошника равен 1 м. Пять фурм с водяным охлаждением, но горн без водяной одежды. Производительность в сутки = 8,5 — 10 тонн руды при расходе кокса = 20% этого веса. Фиг. 9 а, b представляют вертикальный разрез (перпенд. длинной стороне прямоугольника) и внешний вид американской печи с прямоугольным горизонтальным сечением построенной в Колорадо. Горн снабжен водяной одеждой w и устройством Арентса для автоматического выпуска С. Высота печи около 5,5 м; сечение на горизонте фурм 3,048 × 0,7 6 м. Число фурм 12 — по 6 в каждой длинной стороне прямоугольника.

Осадительная плавка. Руды, содержащие более или менее значительные количества кремнезема и землистых примесей и потому не пригодные для плавки в отражательных печах, но не заключающие больших количеств посторонних сернистых металлов, могут быть в некоторых случаях с выгодой проплавляемы по способу "осадительной плавки"; здесь выпадает обжигание, происходит меньший угар (потеря от улетучивания) серебра и возможно извлечение меди даже при весьма низком содержании ее в свинцовой руде. Однако, необходимость в высокой температуре, влекущая значительный расход обугленного горючего, и получение блейштейна, требующего переработки, служит причиной тому, что осадительная плавка в ее чистом виде применяется весьма редко. Напротив того, она весьма часто соединяется с предыдущим процессом или с плавкой окисленных свинцовых руд и заводских продуктов (особенно в Америке). Сущность осадительной плавки заключается, как было указано выше, в вытеснении С. из его сернистого соединения при посредстве металлического железа (см. уравн. 7 и 8); на практике, однако — в том случае, если плавка ведется в высоких шахтных печах с засыпкой шихты горизонтальными слоями — оказывается возможным заменить металлическое железо различными природными или заводскими железосодержащими окисленными продуктами, которые, восстановляясь во время плавки, и дают необходимое железо. Такими продуктами могуть быть, напр., железные руды, обожженный блейштейн, остатки от обжигания серного колчедана, шлаки пудлинговых и сварочных печей и т. д. Весьма полезными примесями являются также окисленные свинцовые продукты и руды [ср., уравн. (3)]. Продуктами осадительной плавки являются: веркблей (т. е. серебросодержащий С.), блейштейн, в который, кроме части С., переходит почти вся медь, и шлаки, обыкновенно приближающиеся по составу к бисиликатам. Шахтные печи, употребляемые для осадительной плавки, имеют ту же конструкцию, как и печи для плавки с предварительным обжиганием. Горючим служит кокс или древесный уголь. Осадительная плавка в ее чистом виде ведется, напр., на заводах Верхнего Гарца, где благоприятствующими условиями для этого являются: большое содержание серебра в рудах, возможность употребления обожженного блейштейна в качестве осадительной примеси и попутного извлечения из него меди, а также малое содержание С. в получающихся при этом шлаках. Для плавки применяются печи Рашета с прямоугольным сечением и печи Каста, представляющие видоизменение круглых печей Пильца. Вследствие большого содержания цинка в шихте, все верхнегарцевские печи имеют зумпфовую заделку горна. Блейштейн обжигается в кучах или в Kilns'ax и обожженный идет частью в рудную плавку в качестве осадительной примеси, частью же смешивается со шлаками: рудной плавки и проплавляется в шахтных печах на веркблей и купферштейн.

Плавка окисленных продуктов. Окисленными рудами являются белая свинцовая руда РbСО 3 и англезит PbSO4. Если белая свинцовая руда идет в самостоятельную плавку, то эта последняя состоит в восстановлении руды углем и окисью углерода и в ошлаковании посторонних примесей. Плавка чистых руд может вестись в отражательных печах с наклонным подом, причем руда смешивается с древесным (или каменным) углем или коксом. Менее чистые руды проплавляются в шахтных не очень высоких печах, которые в Америке имеют обыкновенно прямоугольное горизонтальное сечение. Горючим служит кокс или смесь его с древесным углем. Англезит, как самостоятельная руда, встречается еще реже. Если имеется в распоряжении свинцовый блеск, то англезит проплавляют вместе с ним в отражательных печах, причем металлический свинец получается по реакции, выражаемой уравнением (4). При отсутствии же свинцового блеска — необходимый для реакции PbS получают восстановлением англезита углем [уравн. (6)]. Получающиеся при этой плавке свинецсодержащие остатки проплавляются в шахтных печах. В случае большого содержания кремнезема англезит переводится сперва в силикат в отражательных печах, а затем последний плавится в шахтных печах, с прибавкой богатых железом флюсов и известняка. Наконец, для извлечения С. из англезита возможна также и осадительная плавка.

Кроме свинцовых руд, часто проплавляются на С. различные продукты, остающиеся от заводских операций. Некоторые из них проплавляются вместе с рудной шихтой, другие же иногда подвергаются самостоятельной плавке. К первому разряду относятся многие побочные продукты собственно свинцовой рудной плавки, как напр., богатые С. шлаки, туния (заводская сажа, осаждающаяся в дымоходах и ловушках), печные выломки и настыли и т. п.; ко второму же принадлежат, главным образом, различные окисленные продукты, получающиеся при извлечении из веркблея серебра или при рафинировании С. Сюда относятся: глёт, абцуг, абштрих и т. п. Глёт представляет почти чистую окись С. РbО и является главным побочным продуктом трейбования. Для извлечения из него С. или для так назыв. "оживления" глёта его восстанавливают углем, производя эту операцию в отражательных или шахтных печах на каменном или древесном угле. Для предохранения восстановленного С. от окисления в шихту (при плавке в шахтных печах) прибавляют шлаков рудной плавки. Вместе с глётом проплавляется обыкновенно и "гердь", т. е. набойка трейбофена, пропитанная окисью свинца. Абцуг получается от снимания с поверхности нечистого свинца посторонних примесей всплывающих на нее при его расплавлении в трейбофене или в рафинировочных печах или котлах и состоит из смеси металлического С. с окисью его и окислами др. металлов, штейна и проч. примесей, бывших механически запутанными в С. Абштрих снимается с поверхности окисляющегося расплавленного нечистого С. при трейбовании или при рафинировании и состоит из глёта с примесью окислов др. металлов (особенно сурьмы, находящихся в нечистом С.). Кроме того, он заключает металлический С. Абцуг и абштрих подвергаются сперва зейгированию, при чем вытапливается содержащийся в них металлический С. (веркблей), остатки же идут в восстановительную плавку. Из абштриха, содержащего много сурьмы, приготовляют гартблей (Hartblei), т. е. сплав С. с сурьмой; он идет на отливку типографского штрифта, дроби, пуль и т. п.

Рафинирование. Свинец, в том виде как он получается от рудной или иных плавок, почти всегда заключает в себе посторонние примеси, которые делают его твердым и даже хрупкнм. Поэтому такой С. должен быть подвергнут очищению, или рафинированию. Этой операции подвергается также и серебросодержащий С. (веркблей), так как примеси могут мешать обессеребрению. Наконец, рафинированию подлежит и С., оставшийся после обессеребрения. Большая часть загрязняющих его элементов, а именно мышьяк, сурьма, сера, олово, цинк, железо, никель, кобальт, обладают большим сродством к кислороду, чем С., и потому при действии кислорода воздуха при высокой темп. окисляются ранее этого последнего, образуя окислы, которые всплывают на поверхность расплавленного С. и могут быть отсюда удалены. Только медь и висмут обладают меньшим сродством к кислороду; для отделения от меди, в случае большого количества ее, прибегают к зейгированию: при расплавлении медесодержащего С. вытапливается сперва более чистый С., более же тугоплавкий сплав С. с медью остается в твердом состоянии. В этот твердый остаток переходят также никель и кобальт и часть мышьяка. Кроме того, медь может быть удалена из С. цинком подобно тому, как это делается для серебра при операции обессеребрения веркблея (см. Серебро). Висмут нельзя удалить и посредством зейгирования, так как он дает со свинцом легкоплавкие сплавы; содержание висмута до 2% не оказывает на С. вредного влияния. Цинк может быть выделен из свинца не только окислительным плавлением, но также еще действием водяного пара:

Zn + Н 2 О = H 2 + ZnO.

Образующаяся окись цинка всплывает на поверхность. Иногда для усиления окисления к расплавленному свинцу прибавляют глёт. В прежние времена прибегали еще и к другим окислителям (например селитре) и охлоряющим веществам, но в настоящее время эти способы оставлены.

Фиг. 1

Также не получило распространения и вдувание в расплавленный металл сжатого воздуха, так как это требует дорогих воздуходувных машин. Рафинирование производится или в чугунных полусферических котлах, или в особых отражательных печах, причем для усиления окисления употребляется дутье. Один из таких котлов представлен на фиг. 10. Нижняя часть в разрезе, верхняя же — колпак — представляет наружный вид. Z — труба, приводящая водяной пар. Котлы особенно употребительны в том случае, когда рафинирование соединяется с обессеребрением цинком. В этом случае, расплавив в котле веркблей, снимают всплывшие на его поверхность посторонние примеси — так назыв. абцуг или шликкер (если содержит медь) — и этим путем освобождаются от главной массы меди (а также Ni и Со) и некоторого количества других элементов. Затем приступают к обессеребрению цинком (см. Серебро), причем попутно выделяются последние следы меди. После обессеребрения остается свинец, насыщенный цинком (около 0,7% Zn) и содержащий еще некоторое количество сурьмы и мышьяка. Разогрев свинец до темно-красного каления, пускают в него водяной пар упругостью в 2—2,5 атм. при закрытом колпаке, во избежание притока воздуха. Когда цинк выделится, на что требуется часа два, снимают колпак и очищают поверхность металла; затем снова надевают колпак, но оставляют открытыми его дверцы и подвергают свинец действию воздуха, причем для перемешивания металла, с целью постоянного возобновления его поверхности, пускают водяной пар. Когда (часа через 2) снимаемый абштрих будет состоять из чистого глёта, что видно по цвету и наружным свойствам, рафинирование оканчивают и свинец разливают в чугунные изложницы. Там, где не употребляют водяного пара, применяют "выдразнивание", т. е. перемешивание горячего металла сырым деревянным шестом. Вместимость котлов от 12 до 20 — 30 и иногда даже до 50 тонн. Рафинирование в отражательных печах особенно употребительно в случае большого содержания сурьмы и мышьяка. В случае большого содержания меди рафинированию предшествует зейгирование в особых отражательных печах с наклонным подом, по которому вытапливающийся С. стекает или во внутренний зумпф или вытекает из печи в особый котел. Работа при рафинировании в печах в общих чертах сходна с работой при котлах. Здесь также возможно применение водяного пара. Примером рафинировочных печей может служить печь, изображенная (в тексте) на фиг. 2 а, b, употребляемая в Пржибраме (в Богемии).

Фиг. 2

Здесь h — под из мергеля, m — рабочее пространство, r — топка; около а (фиг. 2 b) отверстия для фурм, доставляющих дутье. Вместимость 22 тонны. Фиг. 1 a, b представляет американскую рафинировочную печь новейшей конструкции. Во избежание утечки С. под печной заключен в ящик с из котельного железа, боковые стенки которого окружены водяной одеждой b. После рафинирования С. несколько охлаждают и выпускают или прямо в формы, или в особые котлы, откуда уже разливают по формам. Рафинированный С. обыкновенно бывает. весьма чист, так что сумма посторонних элементов составляет 0,01—0,02% его веса.

Ср. Carl Schnabel, "Handbuch der Metallh ü ttenkunde" (т. II).

В. Я. Бурдаков. Δ .