4.5. Свинец.

Свинец попадает в доменную печь в составе содержащих свинец железорудных материалов и при переплавке, главным образом, отходов сернокислотного производства. Согласно общепринятым представлениям /311, 348, 349/, обладая очень низкой температурой плавления (327 С), в доменной печи свинец находится в сильно перегретом состоянии и очень подвижен. Он активно проникает в мельчайшие поры и зазоры в кладке лещади и горна и разрушает ее. Содержание свинца в чугуне и шлаке может составлять соответственно 0,09 и 0,04 % (масс.). Из-за высокой плотности жидкого свинца (по сравнению с чугуном) и слабой его растворимости в чугуне он располагается на лещади доменной печи под слоем металла.

На Кремиковском металлургическом комбинате в Болгарии, где проплавлялись полиметаллические руды, восстановленный свинец распределялся следующим образом /311, 348, 349/:

• выпускался через специальную летку ниже уровня на 3,5 м чугунной летки - 50 – 55 %;

• выносился газом и улавливался в газоочистке - 7 – 8 %;

• выносился из печи с чугуном - 12 – 15 %.

Характерные балансы свинца для ОАО «Северсталь, ОАО «Тулачермет» и «EKO-Stahl» приведены в таблице 71.

Таблица 71. Характерные балансы свинца при выплавке передельного чугуна, г/т чугуна

*- переходит в кладку, накапливается в виде настылей, самостоятельной фазы в горне печи, в циркуляционном контуре; не улавливается в процессе газоочистки.

Выполненные термодинамические расчеты, результаты статистических и балансовых исследований позволяют предположить следующую схему фазовых превращений свинца в доменном процессе (Приложение «Схема элементопотока свинца в доменной плавке»). Свинец поступает в доменную печь главным образом в составе соединений с серой, в виде PbS или PbSO₄. В случае поступления свинца в составе оксида его восстановление оксидом углерода до Pb имеет место уже при температурах 400 – 700⁰ С:

PbO + CO = Pb_ж + CO2

При этих же температурах происходит частичное связывание свинца в устойчивые силикаты, восстановление сульфида свинца металлическим железом и конденсация возгона свинца, образовавшегося в нижних высокотемпературных зонах печи:

2 PbO + SiO₂ = Pb SiO₄

PbS + Fe = Pb_ж + FeS

Pb_газ → Pb_ж

В итоге небольшая часть свинца в составе Pb SiO₄ выносится из доменной печи со шлаком. Уже в шахте доменной печи в значительном количестве образуется жидкий свинец, часть которого располагается в трещинах и порах частиц железорудных материалов и блокирует диффузионные пути восстановительного газа внутрь частиц. Некоторая часть свинца проникает в поры футеровки печи и образует настыли.

PbSO₄ активно восстанавливается в температурном интервале 650 - 900⁰ С по реакциям:

PbSO₄ + 4С = PbS + 4СО

PbSO₄ + PbS = 2Pb + 2SO₂

PbS, опускающийся с шихтой в зону с температурой 1000 - 1200⁰ С, восстанавливается углеродом кокса в присутствии CaO и металлического железа по суммарной реакции:

PbS + C + CaO = CaS + CO + [Pb]_Fe

При этих же температурах, 1000 - 1200⁰ С получает развитие реакция:

Pb_газ + S_газ = PbS

PbS активно конденсируется в верхней части заплечиков. Конденсированный PbS реагирует с углеродом кокса в присутствии CaO и железа, и таким образом, возникает контур циркуляции: Pb_ж → Pb_газ → PbS → Pb_ж.

Свинец, опускающийся вместе с шихтовыми материалами, возгоняется в нижней части заплечиков. Мелко распределённый свинцовый туман поднимается вместе с шахтным газом, чтобы снова принять участие в кругообороте. Опыты в экспериментальной печи показывали обогащение свинцом высокодисперсной пыли шахтного газа при температуре 1000⁰ С /311/. Таким образом формируется второй контур циркуляции: Pb_ж → Pb_газ → Pb_ж.

В горне доменной печи, где температура достигает значений более 1500⁰ С и свинец нерастворим в железе, имеет место активное испарение и улетучивание свинца. Вместе с тем, вследствие высокой удельной массы и большой подвижности, часть свинца собирается на лещади, откуда легко проникает в швы кладки /311, 348, 349/.