Металлургия тяжелых цветных металлов. Свинец. Цинк. Кадмий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО 
ОБРАЗОВАНИЯ 
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«МИСИС»

  
 
2010

МЕТАЛЛУРГИЯ ТЯЖЕЛЫХ 
ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

СВИНЕЦ. ЦИНК. КАДМИЙ

Ю.П. РОМАНТЕЕВ, В.П. БЫСТРОВ

Романтеев Ю.П., Быстров В.П. 
Р 69 Металлургия тяжелых цветных металлов. Свинец. Цинк. Кадмий: – 
 
М.: Издательский Дом  МИСиС, 2010. – 575 с.

ISBN 978-5-87623-173-4

Изложены теоретические основы металлургических процессов производства свинца, 
цинка и кадмия. Описаны современные способы переработки свинцово-цинкового сырья и промежуточных  продуктов, технологические схемы и аппаратурное оформление 
основных переделов. Освещена практика ведения металлургических операций, рассмотрены вопросы комплексного использования полиметаллического сырья на предприятиях 
свинцово-цинковой промышленности, производства вторичного свинца и охраны окружающей среды.
Приведены методики и рассмотренны примеры расчетов основных технологических 
операций переработки сырья и рафинирования металлов.
Книга предназначена для инженеров-металлургов. Может быть полезна аспирантам и 
студентам, обучающимся по специальности  «Металлургия цветных, редких и благородных 
металлов», а также  по направлению «Металлургия»,
Ил. 133. Табл. 109. Библиогр. список: 22 назв. 

© Ю.П.Романтеев,  В.П.Быстров, 2010
© МИСиС, 2010
ISBN 978-5-87623-173-4

УДК 669.4/5+73
ББК 34.33

УДК 669.4/5 + 73
ББК 34.33
Р 69

Рецензенты: кафедра «Металлугия тяжелых цветных металлов» Уральского государственного технического университета – УПИ; проф., д.т.н. 
И.В. Николаев

 Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского фонда  
фундаментальных исследований по проекту 09-03-07029

оглавление

ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................14

МеталлУргиЯ свинЦа ...............................................................16

ГлаВа 1. ОбщИЕ сВЕДЕНИя ..................................................................16

1.1. ФИзИкО-хИмИчЕскИЕ сВОйстВа сВИНца И  
ЕГО сОЕДИНЕНИй ..............................................................................16

1.2. сВЕДЕНИя О прОИзВОДстВЕ И пОтрЕблЕНИИ сВИНца ...........17

1.3. мИНЕралы И руДы сВИНца ........................................................19

1.4. прИЕм И склаДИрОВаНИЕ ИсхОДНых матЕрИалОВ ................21

1.5. спОсОбы пОлучЕНИя сВИНца Из руДНОГО сырья .................22

1.5.1. пирометаллургическое получение свинца ...............................23
Восстановительная плавка ........................................................................ 25
реакционная плавка .................................................................................. 27
Осадительная плавка ................................................................................ 38

1.6. прОДукты пЕрЕрабОткИ сВИНцОВОГО  
сульФИДНОГО сырья .......................................................................39

1.6.1. черновой свинец  ....................................................................39
1.6.2. Шлаки .....................................................................................39
1.6.3. Штейны свинцовой плавки ......................................................43
1.6.4. Шпейзы свинцовой плавки ......................................................44
1.6.5. пыль и газы .............................................................................44

ГлаВа 2. тЕхНОлОГИчЕскИЕ прОцЕссы прямОГО пОлучЕНИя  
сВИНца Из сульФИДНых кОНцЕНтратОВ ..........................................46

2.1. рЕакцИОННая плаВка ................................................................46

2.1.1. плавка в горнах .......................................................................46
Влияние посторонних примесей ............................................................... 47
Горн и практика горновой плавки ............................................................... 48

2.2. кИслОрОДНО-ВзВЕШЕННая плаВка .........................................49

2.2.1. процесс кИВцЭт ....................................................................49
2.2.2. процесс кИВцЭт-цс (кФ-кФ) ................................................57

получение свинца методом кИВцЭт-цс на укмк ОаО «казцинк» ............. 60
получение свинца методом кИВцЭт-цс на заводе  
в порто-Весме (Италия) ............................................................................ 63
перевод Шымкентского свинцового завода  
на автогенную плавку (проект) ................................................................ 66

2.3. плаВка В ЖИДкОй ВаННЕ (пВ – прОцЕсс ВаНЮкОВа) .............69

2.3.1. технология плавки Ванюкова ...................................................70
Окислительная стадия плавки свинецсодержащей шихты ......................... 71
Восстановительная стадия переработки свинцовистого шлака ................. 75
2.3.2. разделение жидких продуктов плавки .....................................77
2.3.3. состав опытно-промышленного комплекса печи Ванюкова .....78
2.3.4. конструкция опытно-промышленной  
однозонной печи Ванюкова ..............................................................79

ГлаВа 3. траДИцИОННый тЕхНОлОГИчЕскИй прОцЕсс  
пЕрЕрабОткИ сВИНцОВых сульФИДНых кОНцЕНтратОВ ................83

3.1. аГлОмЕрИруЮщИй ОбЖИГ сВИНцОВых кОНцЕНтратОВ.........83

3.1.1. цель агломерирующего обжига ...............................................83
3.1.2. состав и приготовление шихты агломерирующего обжига ......84
3.1.3. приготовление шихты .............................................................86
3.1.4. Физико-химические основы агломерирующего обжига ...........89
поведение отдельных минералов при обжиге концентратов ..................... 92
3.1.5. технология агломерирующего обжига и его аппаратурное 
оформление .....................................................................................95
Обзор методов окисления и окускования сульфидных  
свинцовых концентратов ........................................................................... 95
устройство и работа агломашины ............................................................. 98

3.2. ВОсстаНОВИтЕльНая ШахтНая плаВка  ..................................106

3.2.1. теоретические основы восстановления оксидов металлов ......107
3.2.2. поведение компонентов агломерата  
при восстановительной плавке .........................................................111
3.2.3. конструктивное оформление шахтной плавки  
свинцового агломерата .....................................................................115
3.2.4. технология шахтной плавки .....................................................121
механизм шахтной плавки ........................................................................ 121
Восстановительная способность печи ....................................................... 123
задувка и выдув печи ................................................................................ 123
Настыли и борьба с ними .......................................................................... 124

ГлаВа 4. НЕтраДИцИОННыЕ тЕхНОлОГИчЕскИЕ прОцЕссы 
пЕрЕрабОткИ сВИНцОВых кОНцЕНтратОВ ........................................125

4.1. ВОсстаНОВИтЕльНая ЭлЕктрОплаВка сВИНца ......................125

4.2. сОДОВая плаВка сВИНцОВых кОНцЕНтратОВ ........................126

4.3. плаВка сВИНцОВых кОНцЕНтратОВ сО щЕлОчьЮ .................126

4.4. ВакуумНый спОсОб пЕрЕрабОткИ пОлИмЕталлИчЕскИх 
сульФИДНых кОНцЕНтратОВ...........................................................127

4.5. ГИДрОмЕталлурГИчЕская пЕрЕрабОтка сВИНцОВых 
сульФИДНых кОНцЕНтратОВ...........................................................127

4.5.1. хлоридный метод получения свинца из сульфидных  
концентратов ....................................................................................127
4.5.2. автоклавно-восстановительный метод  ...................................129
получения свинца из сульфидных концентратов ...............................129

ГлаВа 5. прОИзВОДстВО сВИНца Из ВтОрИчНОГО сырья ...............131

ГлаВа 6. раФИНИрОВаНИЕ чЕрНОВОГО сВИНца .................................139

6.1. ОбщИЕ сВЕДЕНИя .......................................................................139

6.2. ОГНЕВОЕ раФИНИрОВаНИЕ чЕрНОВОГО сВИНца ......................142

6.2.1. Обезмеживание чернового свинца ..........................................142
практика обезмеживания свинца .............................................................. 144
6.2.2. Обестеллуривание ..................................................................146
6.2.3. рафинирование свинца от мышьяка, сурьмы и олова ..............147
Окислительное рафинирование ................................................................ 147
щелочной способ рафинирования свинца ................................................ 148
6.2.4. Обессеребрение свинца..........................................................151
поведение примесей при обессеребрении свинца ................................... 153
технология обессеребрения свинца цинком ............................................. 154
6.2.5. Обесцинкование свинца ..........................................................155
Окислительное рафинирование ................................................................ 155
хлорное рафинирование ........................................................................... 156
Вакуумное обесцинкование ...................................................................... 158
6.2.6. Обезвисмучивание свинца ......................................................158
6.2.7. качественное рафинирование свинца .....................................161

6.3. ЭлЕктрОлИтИчЕскОЕ раФИНИрОВаНИЕ сВИНца .....................162

ГлаВа 7. пЕрЕрабОтка пОлупрОДуктОВ сВИНцОВОГО  
прОИзВОДстВа ....................................................................................164

7.1. пЕрЕрабОтка пОлупрОДуктОВ ШахтНОй плаВкИ ...................164

7.1.1. переработка свинцовых шлаков ..............................................164
7.1.2. переработка медно-свинцового штейна .................................168
7.1.3. переработка шпейзы ...............................................................171

7.1.4. переработка пылей и возгонов свинцового производства .......171

7.2. пЕрЕрабОтка пОлупрОДуктОВ раФИНИрОВаНИя сВИНца .....172

7.2.1. переработка медных шликеров  ..............................................172
7.2.2. переработка серебристой пены ..............................................173
7.2.3. аффинаж благородных металлов ............................................174
приемная плавка ...................................................................................... 175
хлорный процесс ...................................................................................... 175
Электролитическое рафинирование  ......................................................... 178
кислотные методы аффинажа ................................................................... 193

ГлаВа 8. ЭкОлОГИя сВИНцОВОГО прОИзВОДстВа ............................195

8.1. пылЕулаВлИВаНИЕ На сВИНцОВых заВОДах ..........................195

8.1.1. характеристика газов свинцовых заводов ...............................195
8.1.2. Выбор пылеулавливающих устройств ......................................198
8.1.3. Очистка газов спекательных машин .........................................200
спекательные машины с просасыванием .................................................. 200
спекательные машины с дутьем снизу ...................................................... 201
8.1.4. Очистка газов шахтных печей ..................................................201
8.1.5. Очистка газов купеляционных печей ........................................202
8.1.6. Очистка газов шлаковозгонки, конвертеров ............................203

8.2. ОчИстка стОчНых ВОД На сВИНцОВых заВОДах ....................203

ГлаВа 9. пЕрспЕктИВы разВИтИя тЕхНОлОГИИ пОлучЕНИя  
сВИНца Из кОНцЕНтратОВ ..................................................................208

МеталлУргиЯ ЦинКа ..................................................................217

ГлаВа 10. ОбщИЕ сВЕДЕНИя ................................................................217

10.1. сВЕДЕНИя О прОИзВОДстВЕ цИНка .......................................217

10.2. прИмЕНЕНИЕ цИНка .................................................................218

10.3. мИНЕралы И руДы цИНка ........................................................219

10.4. мЕстОрОЖДЕНИя сВИНцОВО-цИНкОВых руД В сНГ .............220

10.5. ФИзИкО-хИмИчЕскИЕ сВОйстВа цИНка ................................221

10.6. спОсОбы пОлучЕНИя цИНка ...................................................222

10.6.1. пирометаллургический способ получения цинка ...................222
10.6.2. Гидрометаллургический способ получения цинка ..................223

ГлаВа 11. ГИДрОмЕталлурГИчЕскИй спОсОб прОИзВОДстВа  
цИНка  ...................................................................................................226

11.1. стаНДартНый мЕтОД прОИзВОДстВа цИНка.  
Общая схЕма прОцЕсса .................................................................227

11.2. ОбЖИГ цИНкОВых кОНцЕНтратОВ ..........................................228

11.2.1. сульфатообразование ...........................................................230
11.2.2. Ферритообразование ............................................................231
11.2.3. силикатообразование ...........................................................232
11.2.4. сушка концентратов ..............................................................232
11.2.5. Обжиг цинковых концентратов в многоподовых печах с 
механическим перегребанием ..........................................................234
11.2.6. Обжиг во взвешенном состоянии...........................................236
11.2.7. Обжиг в кипящем слое ...........................................................238

11.3. ВыщЕлачИВаНИЕ цИНка Из ОГарка растВОрамИ  
сЕрНОй кИслОты ..............................................................................245

11.3.1. кинетика выщелачивания цинка из огарка  
растворами серной кислоты .............................................................247
11.3.2. поведение компонентов огарка при выщелачивании .............248
11.3. 3. аппаратура для выщелачивания и очистки растворов ...........251
11.3.4. Очистка растворов сульфата цинка от примесей ...................258
Гидролитическое осаждение примесей ..................................................... 259
Очистка растворов от меди и кадмия ........................................................ 261
Очистка растворов от кобальта ................................................................. 263
Очистка растворов от хлора и фтора ......................................................... 264
Очистка растворов от накапливающихся примесей ................................... 265

11.4. ЭлЕктрОлИз растВОрОВ сульФата цИНка ............................266

11.4.1. теория катодного осаждения цинка .......................................269
перенапряжение водорода ....................................................................... 269
Выход по току ............................................................................................ 271
Напряжение при электролизе и расход энергии ........................................ 274
практика электролитического получения цинка ........................................ 275
Интенсификация процесса электролиза цинка .......................................... 286
переработка дроссов ................................................................................ 289

11.5. сОВЕрШЕНстВОВаНИЕ прОцЕсса пОлучЕНИя цИНка  
пО траДИцИОННОй тЕхНОлОГИИ .....................................................289

ГлаВа 12. пИрОмЕталлурГИчЕскИй спОсОб прОИзВОДстВа  
цИНка....................................................................................................290

12.1. аГлОмЕрИруЮщИй ОбЖИГ цИНкОВых кОНцЕНтратОВ .........290

12.1.1. круглая агломерационная машина.........................................290

12.2. ДИстИлляцИя цИНка ...............................................................293

12.2.1. поведение компонентов шихты при дистилляции ..................293

12.3. кОНДЕНсацИя цИНкОВых парОВ ............................................296

12.4. пОлучЕНИЕ цИНка В ГОрИзОНтальНых рЕтОртах ..................298

12.4.1. Обслуживание печи ...............................................................299
12.4.2. Изготовление реторт и конденсаторов. алонжи .....................301

12.5. пОлучЕНИЕ цИНка В ВЕртИкальНых рЕтОртах ......................301

12.6. ДИстИлляцИя цИНка В ЭлЕктрОпЕчах ..................................304

12.6.1. процесс получения цинка в шахтных электропечах ................304
12.6.2. процесс получения цинка в рудно-термической печи ............307
12.6.3. конденсация цинковых паров  ...............................................309

12.7. плаВка В ШахтНых пЕчах с ЖИДкОстНОй  
кОНДЕНсацИЕй цИНка (JSP) ............................................................314

12.8. раФИНИрОВаНИЕ цИНка ...........................................................317

12.8.1. рафинирование ликвацией ....................................................318
12.8.2. химическое рафинирование ..................................................319
12.8.3. рафинирование ректификацией ............................................320
12.8.4. переработка полупродуктов от дистилляции цинка ...............322

ГлаВа 13. пЕрЕрабОтка прОмЕЖутОчНых прОДуктОВ  
цИНкОВОГО прОИзВОДстВа ...............................................................324

13.1. пЕрЕрабОтка цИНкОВых кЕкОВ ..............................................324

13.1.1. переработка цинковых кеков вельцеванием ..........................324
13.1.2. автоклавное выщелачивание цинковых кеков ........................326
13.1.3. ярозит-процесс ....................................................................334
13.1.4. Гетит-процесс ........................................................................335
13.1.5. процесс превращения ...........................................................336
13.1.6. ярозит-процесс во ВНИИцветмет..........................................336

13.2. пЕрЕрабОтка мЕДНО-каДмИЕВых кЕкОВ ...............................339

МеталлУргиЯ КадМиЯ ..............................................................343

ГлаВа 14. ОбщИЕ сВЕДЕНИя О каДмИИ ..............................................343

14.1. прИмЕНЕНИЕ каДмИя ...............................................................343

14.2. каДмИЕВОЕ сырьЕ ...................................................................344

14.3. сВОйстВа каДмИя ...................................................................345

14.4. спОсОбы пОлучЕНИя каДмИя ................................................346

14.4.1. Гидрометаллургия кадмия .....................................................347
поведение кадмия при окислительном обжиге ......................................... 347
поведение кадмия при выщелачивании огарка ......................................... 348
цементация кадмия из сульфатных растворов .......................................... 348
практика цементации кадмия.................................................................... 350
Двухстадийная цементация ....................................................................... 350
Дальнейшее совершенствование непрерывной очистки цинковых растворов 
от примесей .............................................................................................. 351
Выщелачивание медно-кадмиевого кека .................................................. 354
Возможные технологические схемы процесса выщелачивания ................. 355
Электролитическое осаждение кадмия ..................................................... 358
Влияние примесей на электролиз кадмия ................................................. 362
устройство электролитных ванн ................................................................ 363
переплавка катодного кадмия ................................................................... 364
14.4.2. комбинированный способ производства кадмия ...................365
подготовка пылей к выщелачиванию ......................................................... 365
Обогащение пылей в шахтных печах .......................................................... 365
Обогащение пылей в отражательной печи ................................................. 366
Осаждение кадмиевой губки ..................................................................... 366
Дистилляция кадмия ................................................................................. 367
рафинирование кадмия ............................................................................ 367
процесс непрерывного вакуумного рафинирования чернового кадмия .... 368
14.4.3. применение црс в металлургии кадмия ................................370
14.4.4. заключение по металлургии кадмия ......................................374

ГлаВа 15. пылЕулаВлИВаНИЕ На цИНкОВых заВОДах .....................375

15.1. ОчИстка ГазОВ ОбЖИГОВых пЕчЕй кИпящЕГО слОя ............375

15.2. ОчИстка ГазОВ трубчатых пЕчЕй (ВЕльц-пЕчЕй) .................376

15.3. ДОпОлНИтЕльНая ОчИстка ОбЖИГОВых ГазОВ цИНкОВых 
заВОДОВ От тумаНа сЕрНОй кИслОты, мыШьяка И сЕлЕНа .......377

расЧетЫ в МеталлУргии свинЦа,  
ЦинКа и КадМиЯ ..........................................................................380

ГлаВа 16. расчЕты В мЕталлурГИИ сВИНца ......................................381

16.1. ВОсстаНОВИтЕльНая плаВка В ШахтНых пЕчах ..................381

16.1.1. расчет процесса агломерирующего обжига свинцовых 
концентратов и полупродуктов .........................................................382
расчет рационального состава сырья ........................................................ 382

расчет шихты агломерирующего обжига ................................................... 388
расчет рационального состава агломерата ............................................... 393
16.1.2. расчет процесса шахтной плавки свинцового агломерата .....397
материальный баланс шахтной плавки свинцового агломерата ................ 397
тепловой баланс шахтной плавки свинцового агломерата ......................... 408
Окончательный материальный баланс шахтной плавки  
свинцового агломерата ............................................................................. 417
расчет шахтной печи ................................................................................. 418
16.1.3. расчет материального и теплового баланса процесса 
фьюмингования цинксодержащего шлака ........................................426
Определение размеров печи и выбор типа печи ........................................ 428
Исходные данные ...................................................................................... 430
расчет количества пылеугля ...................................................................... 430
расчет количества отвального шлака, воздуха, подаваемого в печь, и 
отходящих газов........................................................................................ 433
расчет материального и теплового баланса фьюмингования .................... 435
расчет состава отвального шлака ............................................................. 439

16.2. расчЕт матЕрИальНОГО И тЕплОВОГО балаНса плаВкИ 
сВИНцОВОГО сульФИДНОГО сырья В прОцЕссЕ ВаНЮкОВа .......439

16.2.1. конструктивные особенности печи Ванюкова ........................441
16.2.2. Исходные данные для расчета ...............................................442
16.2.3. расчет потоков свинца и цинка в процессе Ванюкова ............444
расчет потоков свинца .............................................................................. 444
расчет потоков цинка ................................................................................ 446
расчет потоков прочих компонентов сырья ............................................... 446
16.2.4. расчет материальных потоков окислительной стадии ............447
расчет количества и состава шлака ........................................................... 447
расчет количества и состава чернового свинца ......................................... 450
расчет состава и количества возгонов ...................................................... 450
расчет состава и количества технологических газов (без учета  
продуктов сжигания топлива) .................................................................... 451
расчет процесса горения угля ................................................................... 452
Определение размеров окислительной зоны печи Ванюкова и  
размеры тепловых потерь в агрегате ........................................................ 454
расчет теплового баланса окислительной стадии ..................................... 455
расчет эффективного тепла от сжигания угля при  
окислительной стадии ............................................................................... 460
уточнение расхода и интенсивности дутья, количества и  
состава продуктов при окислительной стадии ........................................... 461
16.2.5. расчет материальных потоков восстановительной стадии .....462
расчет количества и состава шлака ........................................................... 462
расчет количества чернового свинца ........................................................ 464
расчет количества возгонов ...................................................................... 465
расчет горения угля .................................................................................. 465

Определение размеров восстановительной зоны печи Ванюкова  
и тепловых потерь ..................................................................................... 470
расчет теплового баланса восстановительной стадии .............................. 471
уточнение расхода и интенсивности дутья, количества  
и состава продуктов при восстановительной стадии ................................. 473
16.2.6. технологические показатели процесса Ванюкова ..................476

ГлаВа 17. расчЕты В мЕталлурГИИ цИНка .........................................477

17.1. сырьЕ цИНкОВОГО прОИзВОДстВа ........................................477

17.2. тЕхНОлОГИя пЕрЕрабОткИ цИНкОВых кОНцЕНтратОВ .........477

17.3. расчЕт прОцЕсса ОбЖИГа цИНкОВОГО кОНцЕНтрата  
В пЕчах кИпящЕГО слОя ..................................................................478

17.3.1. расчет рационального состава цинкового концентрата .........478
17.3.2. расчет рационального состава обожженного цинкового 
концентрата (смеси огарка и пыли) ...................................................480
17.3.3. расчет рационального состава огарка и пыли ........................484
17.3.4. расчет расхода воздуха .........................................................492
17.3.5. расчет количества и состава обжиговых газов  
на выходе из печи .............................................................................493
17.3.6. расчет теплового баланса печи кс ........................................494
17.3.7. принцип расчета печей кс ....................................................500
17.3.8. расчет газоходной системы ...................................................503
17.3.9. расчет дымовой трубы и дымососов ......................................510

17.4. расчЕт прОцЕсса ВыщЕлачИВаНИя цИНкОВОГО ОГарка .....512

17.4.1. расчет состава и выхода остатков от выщелачивания ............513
17.4. 2. Определение выхода цинка в чушковый металл ....................515
17.4.3. Определение суточного количества потерь и материалов .....515
17.4.4. расчет медно-кадмиевой очистки растворов .........................518
17.4.5. расход воды на процесс ........................................................519

17.5. расчЕт прОцЕсса ЭлЕктрОлИза растВОрОВ  
сульФата цИНка ...............................................................................520

17.5.1. расчет состава и выхода катодного цинка ..............................520
17.5.2. расчет необходимого количества ванн и катодов ..................521
Определение тока, проходящего через ванну при последовательном 
включении ................................................................................................. 521
расчет количества электролита, поступающего в электролитный цех........ 522
расчет производительности ванны............................................................ 522
расчет количества отработанного электролита ......................................... 522
расчет количества компонентов, переходящих в шлам ............................. 523
расчет напряжения на ванне ..................................................................... 524
расчет часового теплового баланса ванны ................................................ 526

ГлаВа 18. расчЕты В мЕталлурГИИ каДмИя ......................................529

18.1. мЕталлурГИчЕскИй расчЕт пЕрЕрабОткИ  
мЕДНО-каДмИЕВых кЕкОВ с прИмЕНЕНИЕм аппаратОВ црс .......529

18.1.1. технологическая схема получения кадмия  
из медно-кадмиевых кеков, принятая в расчетах ..............................529
18.1.2. металлургический расчет ......................................................531
расчет процесса выщелачивания медно-кадмиевого кека ........................ 531
расчет процесса глубокой очистки раствора от меди ................................ 534
расчет процесса цементации кадмия в первичных аппаратах црс ............ 536
расчет процесса цементации кадмия во вторичных аппаратах црс .......... 538
расчет процесса выщелачивания кадмий-таллиевого порошка................. 539
расчет процесса очистки раствора от кобальта ......................................... 541
расчет процесса рафинирования кадмиевого порошка от цинка ............... 542
расчет процесса вакуумного рафинирования кадмия  
от никеля и таллия ..................................................................................... 544
18.1.3. расчет оборудования передела .............................................545
расчет производительности цеха .............................................................. 545
Выбор и расчет оборудования ................................................................... 546
Отделение выщелачивания .................................................................... 546
Отделение цементации .......................................................................... 548
плавильное отделение ........................................................................... 549
18.1.4. теплотехнический расчет дистиллятора ................................549
Определение потерь тепла в стационарном режиме ................................. 549
Определение потерь тепла в окружающую среду ...................................... 551
Определение потерь тепла через нижнюю часть аппарата ........................ 551
расход тепла на нагрев металла до температуры плавления ..................... 551
расход тепла на плавление металла .......................................................... 551
расход тепла на нагрев кадмия до 450 °с .................................................. 551
расход тепла на испарение металла .......................................................... 552

18.2. мЕталлурГИчЕскИй расчЕт пЕрЕрабОткИ  
мЕДНО-каДмИЕВых кЕкОВ с ЭлЕктрОлИтИчЕскИм  
ВыДЕлЕНИЕм каДмИя ......................................................................552

18.2.1. технологическая схема получения кадмия  
из медно-кадмиевых кеков ...............................................................552
18.2.2. металургический расчет переработки  
медно-кадмиевых кеков ....................................................................553
предварительный металлургический расчет ............................................. 553
полный металлургический расчет ............................................................. 555
расчет процесса выщелачивания медно-кадмиевого кека ..................... 555
Довыщелачивание медного кека ............................................................ 558
цементация кадмия ............................................................................... 559
Отмывка кадмиевой губки ...................................................................... 561

количество полученного раствора ......................................................... 561
растворение кадмиевой губки ................................................................ 562
Довыщелачивание кадмиевой губки....................................................... 563
Электролиз растворов сульфата кадмия ................................................... 565
расчет нейтральной цементации кадмия ................................................ 565
плавка и рафинирование катодного кадмия ........................................... 567
Электролитический баланс ванны ............................................................. 568
тепловой баланс электролиза ................................................................... 568
Водный баланс .......................................................................................... 569
18.2.3. расчет оборудования цеха .....................................................570
Отделение электролиза ............................................................................ 570

бИблИОГраФИчЕскИй спИсОк ........................................................573

введение

Талантливым и щедрым людям, нашим 
учителям и наставникам  
Андрею Владимировичу ВАНЮКОВУ  
и Адриану Лукьяновичу ЦЕФТУ  
посвящается

Цветная металлургия является ведущей отраслью промышленности России, 
и от ее состояния зависит развитие всей экономики страны. Сложившиеся до 
перехода к рыночным отношениям хозяйственные связи в настоящее время 
большей частью распались, что привело к спаду производства, нехватке сырья, 
материалов и неравномерности загрузки оборудования, затруднению в сбыте 
готовой продукции. Повышение цен на энергоносители способствовало росту 
издержек на производство цветных металлов.
Истощение богатых и легкодоступных месторождений вынуждает переход к 
разработке месторождений с менее кондиционными рудами, расположенных в 
отдаленных и труднодоступных районах, к расширению объемов использования лома и отходов производства.
Все это недостатки сказались на замедлении темпов внедрения новой техники и технологий, развитии научных исследований.
Рост издержек производства на предприятиях цветной металлургии стран 
дальнего зарубежья компенсируется переходом от ресурсоемкого типа производства к ресурсоэкономному, что обеспечивается внедрением эффективных 
энерго-, материало-, капитало- и трудосберегающих малоотходных и безотходных технологий, автоматизацией производственных процессов на основе 
средств электронно-вычислительной и микропроцессорной техники, повышением извлечения ценных компонентов, комплексности использования сырья и качества продукции.

82  
 
 
 
 
 
 
+2
 
 
 
 
 
 
 
 
+4
Pb

207,19
–32 –18 –4

МеталлУргиЯ свинЦа

глава 1. общие сведениЯ

1.1. ФизиКо-ХиМиЧесКие своЙства свинЦа и  
его соединениЙ

Свинец – металл синевато-серого цвета, свежий излом его имеет сильный 
металлический блеск. Удельный вес твердого свинца – 11,273–11,48 г/см3, 
жидкого – от 10,686 г/см3 при 327,4 °С до 10,078 г/см3 при 850 °С. Температура 
плавления свинца – 327,4 °С. Температура кипения – 1745 °С.
Уже при красном калении, т. е. около 500–550 °С, заметно испарение свинца. Давление пара свинца при повышении температуры растет и при 1745 °С 
составляет 105 Па.
Вследствие испарения свинца и его соединений увеличиваются потери 
при метал лургическом производстве, что вынуждает иметь хорошую систему 
пылеулав ливания. Некоторые примеси (мышьяк, сурьма) повышают летучесть 
свинца.
Свинец – плохой проводник тепла и электричества. Если принять тепло- и 
электропроводность серебра за 100, то теплопроводность свинца составляет 8,5, а 
электропроводность – 10,7.
Из всех тяжелых металлов свинец наиболее мягкий. Примеси сурьмы, мышьяка, щелочных металлов увеличивают твердость свинца.
Свинец образует целый ряд сплавов с другими металлами, некоторые из них 
имеют низкую температуру плавления.
Свинец – элемент IV группы Периодической системы элементов Д. И.Менделеева. Порядковый номер – 82. Атомный вес – 207,19. Валентность – 2 и 4. 
В сухом воздухе свинец не изменя ется. Во влажном и содержащем углекислый 
газ воздухе свинец тускнеет, по крываясь пленкой диоксида свинца PbO2, которая превращается в основный карбонат 3РbСО3·Рb(ОН)2. Расплавленный свинец в присутствии воздуха медленно окис ляется до диоксида свинца, который 
при повышении температуры превращается в глет РbО.
При продолжительном нагревании расплавленного свинца на воздухе 
от 330 до 450 °С образующийся глет превращается в триоксид свинца Рb2О3 
(РbО·РbО2), в интервале от 450 до 470 °С образуется сурик Рb3О4. Как Рb2О3, так 
и Рb3О4 при повышении температуры разлагаются:

Рb3О4 = 3РbО + 1/2О2.

Вода реагирует со свинцом лишь в присутствии кислорода и при продолжительном действии образует рыхлый гидрат свинца Рb(ОН)2.

Соляная и серная кислоты действуют только на поверхность свинца, так как 
образующиеся хлорид и сульфат свинца почти нерастворимы и предохра няют 
металл от действия кислот. Концентрированная серная кислота растворяет 
свинец при температуре более 200 °С. Лучшим растворителем свинца является 
азотная кислота.
Пары свинца и его соединений ядовиты.
Оксиды, силикаты и ферриты свинца являются легкоплавкими соединениями. Силикаты и ферриты свинца – нелетучие соединения. При плавлении 
они образуют хорошо текучие расплавы. Ферриты свинца плавятся в зависимости от содержания в них железа (Fe2О3) от 800 до 1250 °С.
При взаимодействии окисленных соединений свинца с сульфидом свинца 
образу ется металлический свинец по реакциям реакционной плавки:

РbS + 2РbО = ЗРb + SО2, 

РbS + РbSО4 = 2Рb + 2SО2.

 
1.2. сведениЯ о производстве и потреблении свинЦа

Металлургия свинца возникла задолго до новой эры. В Египте, например, 
он был получен одновременно с серебром и золотом за 5000–7000 лет до новой 
эры. Первоначальный способ получения свинца из руды не известен, и можно предполагать, что металлический свинец был получен случайно. На месте 
костра, защищенного от ветра камнями, представляющими окисленную свинцовую руду, человек мог заметить мягкий металл, поддающийся резанию, ковке, плавке. Заинтересовавшись им, он начал выплавлять свинец на обычном 
костре, затем в небольших ямах, выложенных внутри камнем. Вначале такие 
печи работали на естественной тяге, а затем, чтобы достигнуть температуры, 
нужной для образования шлака, научились применять дутье (тростниковые 
дудки, меха). Такие небольшие шахтные печи с двумя фурмами работали около 
6000 лет назад. Топливом слу жил древесный уголь.
В Греции свинец получали как побочный продукт при извлечении серебра 
из свинцового блеска (сульфид свинца). Добытая руда измельчалась, обогащалась (пустая порода отмывалась) и плавилась в горнах на древесном угле. Свинец купелировали для получения серебра, из глета получали металлический 
свинец.
Цинк начали получать позднее, примерно в V в. до новой эры. Вначале в 
Индии, позже – в Китае. Сплав цинка с медью – латунь получали в небольших 
горнах, переплавляя окисленную цинковую руду с углем и медью. Современное цинковое производство начало развиваться только к концу XIX в.
По оценке Международной группы по изучению свинца и цинка (International Lead Zinc Study Group – ILZSG) мировое потребление свинца выросло 
с 3,4 млн т в 1965 г. до 6,44 млн т в 2000 г. При этом производство свинца из 

рудного сырья практически не росло (2,7 млн т в 1965 г. и около 3,0 млн т в 
2000 г.). Цена свинца на Лондонской бирже металлов после пикового подъема 
до 840 долл./т в мае 1996 г. (среднегодовая цена – 734 долл./т) снизилась до 
уровня 455 долл./т в 2000 г. Основными производителями и потребителями 
свинца являются США, Япония, Китай, Германия, Австралия, Великобритания, Канада, Мексика. 
Исходным сырьем для производства свинца служат руды и концентраты, 
в которых, кроме свинца и цинка, присутствуют такие ценные металлы, как 
золото, серебро, медь, олово, кадмий, мышьяк, сурьма, висмут и др. Все эти 
металлы обычно являются спутниками свинца и цинка в рудных полиметаллических месторождениях.
Задача современной науки в свинцово-цинковой отрасли промышленности – 
изучение и разработка путей комплексного использования сырья с наибольшим 
экономическим эффектом.
Основными странами, производящими свинец в дальнем зарубежье, являются Китай, США (свыше 50 % от общего производства в этих странах), Германия, Великобритания, Япония, Франция, Австралия, Канада, Мексика, Италия, Бельгия, Испания, Южная Корея. Около 50 % свинца от общего выпуска 
в этих странах производится из вторичного сырья.
В странах СНГ основная доля свинца производится на заводах Республики 
Казахстан (ОАО «Казцинк», АО «ЛПК», АО «ШСЗ»). В России получают свинец на заводе «Электроцинк» и ПО «Дальполиметалл», на Украине – на заводе «Укрцинк». На предприятиях АО «ЛПК» и «Укрцинк» перерабатывается 
вторичное свинцовое сырье, на остальных заводах шихта состоит в основном 
из рудного сырья. Кроме рудного сырья в шихте заводов АО «УК СЦК», АО 
«ШСЗ», «Электроцинк» содержатся полупродукты и отходы цинко вых, медных и прочих производств, клинкер и шлак с отвалов, вторичное сырье и пр.
Свинец в различных отраслях народного хозяйства применяется как в виде 
чистого металла, так и в виде сплавов с другими металлами. Мягкий свинец 
нашел широкое применение в электротехнической отрасли промышленности, 
главным образом при изготовлении аккумуляторов, электрокабелей и плавких 
предохранителей. Кроме того, металлический свинец применяется в виде труб 
и листов, используемых в химической промышленности при изготовлении 
кислотостойкой аппаратуры и кислотопроводов. В пробирном анализе свинец 
применяют в виде пробирного свинца (мелкой дроби).
В виде сплавов с другими металлами свинец применяется во многих отраслях промышленности при изготовлении различных марок баббитов или 
их заменителей, припоев и пр. Из сплавов свинца с оловом или заменителем 
последнего изготовляется типографский сплав. В виде специальных сплавов 
свинец идет для заполнения оболочек обычных пуль, а также для изготовления 
охотничьей дроби.
Благодаря способности свинца сплавляться с другими металлами, можно 
получить сплав с низкой температурой плавления. Например, при определен

ном соотношении компонентов (висмута, олова, свинца и кадмия) получают 
сплав с температурой плавления от 60 до 300 °С.
Свинец не пропускает рентгеновские a-, b-, g-лучи; применяется как антидетонатор в этилированном бензине.
Как химическое соединение с другими элементами свинец применяется 
главным образом в виде красок. Например, основная углекислая соль свинца, 
одна или в смеси с оксидом цинка, известна как свинцовые белила – краска, 
используемая при внутренней отделке помещений.
Свинцовый сурик (Рb3О4) – краска для слесарных работ и покраски железных крыш.
Глет (РbО) употребляется в пробирных лабораториях, в резиновом, стекольном и других производствах. Уксуснокислый свинец (Рb(СН3СОО)2) применяется в медицине (так на зываемая «свинцовая примочка»).
Основной статьей потребления свинца являются свинцово-кислотные аккумуляторы (на их изготовление в индустриально развитых странах расходуется от 55 до 85 % потребляемого свинца), где свинец применяется в виде глета 
и сульфата и сплавов с добавлением сурьмы, кальция или олова. Другими областями потребления являются производство пигментов и других соединений 
(10 %), проката (5 %), сплавов (4 %), боеприпасов (3 %), кабельных оболочек 
(3 %). Потребление свинца для присадок к бензину снизилось до 1 %.

1.3. МинералЫ и рУдЫ свинЦа

Самородный свинец в природе не найден; встречается в рудах главным образом в виде соединений с серой или кислородом.
Основные минералы свинца:
РbS – галенит (свинцовый блеск), содержит 86,6 % свинца;
ЗРbS·Sb2S3 – буланжерит, содержит 58,8 % свинца;
2РbS·Sb2S3 – джемсонит, содержит 50,65 % свинца;
2PbS·Cu2S·Sb2S3 – бурионит, содержит 42,42 %.
Эти сульфидные минералы темно-серого цвета с металлическим блеском.
РbСОз – церуссит, цвет белый, серый, содержит 77,55 % свинца;
РbSО4 – англезит, цвет белый, содержит 68,3 % свинца.
Свинцовые руды классифицируют на сернистые, или сульфидные, и окисленные. Наиболее распространены в природе сульфидные руды, в которых свинец 
находится главным образом в виде галенита – первичные руды. В окисленных 
рудах свинец обычно находится в виде церуссита, поэтому их иногда называют 
карбонатными.
Минерал церуссит – вторичного происхождения и образуется в результате длительного процесса выветривания сульфидов. Поэтому в природе окисленные руды встречаются преимущественно в верхних, окисленных зонах 
месторожде ний. Эти наиболее доступные для эксплуатации части месторож

дений к на стоящему времени в основном везде выработаны, и свинцовая промышленность перерабатывает почти исключительно сульфидные руды.
Характерной особенностью свинцовых руд является сложность их минералогического состава. Важнейшим промышленным свинцовым минералом является галенит (PbS). В сульфидных рудах не менее 85–90 % свинца находится 
в виде галенита. В смешанных и окисленных рудах (в настоящее время практически выработанных) встречаются церуссит (PbCO3) и англезит (PbSO4). 
Основными сопутствующими минералами в свинецсодержащих рудах являются сфалерит (ZnS), халькопирит (CuFeS2), арсенопирит (FeAsS), пирит (FeS2), 
пирротин (Fe7S8). Пустая порода представлена кварцем, силикатами, алюмосиликатами и карбонатами различных металлов.
Монометаллические свинцовые руды в природе встречаются очень редко. 
Основным природным сырьем для производства свинца являются сульфидные полиметаллические руды. Наибольшее распространение имеют свинцовоцинковые и медно-свинцово-цинковые руды (Алтай, Восточ ный Казахстан), 
реже встречаются медно-цинковые (Урал), медно-свинцовые (Жезказган) руды. 
Часто руды содержат, кроме свинца и цинка, медь, железо, золото, серебро, кадмий, висмут, олово, мышьяк, сурьму, таллий, селен, теллур, германий, индий, серу 
и другие элементы. Такие сложные руды называются полиметаллическими. 
Содержание элементов в свинцово-цинковых рудах колеблется, %: 0,5–10 Pb; 
1–13 Zn; 1–10 Fe; 0,5–2 Cu; 18–20 SiO2; 15–20 S. Полиметаллические руды характеризуются более высокой концентрацией цинка при одновременном присутствии меди, %: 0,3–7,5 Pb; 2–18 Zn; 0,5–3 Cu.
Свинцовые руды из-за невысокого содержания в них извлекаемого метал ла 
(0,5–10 %), как правило, непосредственно в металлургическую переработку не 
поступают. Их предварительно обогащают.
Для обогащения полиметаллических руд, содержащих кроме свинца и 
другие ценные цветные металлы, применяют обычно методы селективной 
или коллективной флотации с последующей селекцией. Целью селективной 
флота ции является разделение рудных металлов с получением по возможности 
моно металлических концентратов. Селективная флотация широко применяется при обогащении и имеет очень большое значение. Флотация при обработке руд цветных металлов достигла значительных успехов как по степени извлечения металлов, так и по степени их концентрации.
Отечественные свинцово-цинковые и полиметаллические руды относительно тонко вкрапленные, с пониженным содержанием свинца и цинка и 
сравнительно высоким содержанием меди и пирита. 
Благодаря флотации на металлур гические заводы поступают сравнительно чистые и богатые свинцовые концен траты. В свинцовых сульфидных концентратах содержится, %: 30–80 свинца; 2–14 цинка; до 10 меди; 2–16 железа; 
12–28 серы; 2–13 кремнезёма, а также 300–3500 г/т серебра и 2–150 г/т золота. 
Концентрация сурьмы, мышьяка, олова и висмута, взятых в отдельности, колеблется от тысячных до десятых долей процента.

Основные месторождения свинцовых руд в России расположены на Северном Кавказе, в районах Дальнего Востока, Восточной Сибири и Урала.
1. Северо-Кавказский регион. Важнейшим месторождением является Садонское (в 94 км от г. Владикавказа). Рудоносные минералы – галенит, сфалерит, пирит, пирротин и халькопирит.

2. Дальний Восток. Здесь находится Сихотэ-Алиньское (Тетюхинское, 
бухта Рудная пристань), месторождение. Оно расположено в 350 км к северовостоку от г. Владивостока. Руды этого месторождения содержат галенит, сфалерит, пирит, халькопирит и арсенопирит (FeAsS). В результате обогащения 
этих руд получают богатые свинцовые и рядовые цинковые концентраты. 
Свинцовый концентрат перерабатывают на месте. 

3. В Сибири находятся Салаирские полиметаллические месторождения, 
расположенные на северо-восточном склоне Салаирского хребта, окружающего с запада Кузнецкую каменноугольную котловину. По содержанию свинца 
руды бедные. Переработка цинковых концентратов осуществляется на Беловском цинковом заводе.

4. К числу крупнейших месторождений свинцово-цинковых руд в СНГ 
относится группа месторождений полиметаллических сульфидных руд в 
Северо-Восточном Казахстане (так называемый Рудный Алтай). Сюда входят 
месторождения: Лениногорское, Зыряновское, Обуховское, Малеевское, Белоусовское, Тишинское, Николаевское. Рудоносными минералами в этих рудах являются галенит, сфалерит (ZnS), халькопирит (СuFeS2), пирит (FeS2) и 
изредка – медная руда, содержащая сурьму. В рудах содержатся также золото и 
серебро.
Характерной особенностью этих руд является тонкое прорастание минералов друг в друге, мелкая вкрапленность, благодаря чему получаемые из этих 
руд свинцовые концентраты содержат значительное количество цинка, а цинковые – свинца. Вследствие значительного содержания в рудах халькопирита 
концентраты содержат медь.
5. Казахстан. В разных частях Казахстана имеется много месторождений. 
К их числу относится Турланское месторождение, расположенное в горах Каратау. Верхняя зона этого месторождения представлена окисленными рудами, 
которые уже почти выработаны. К этой группе от носится также Карамазарское месторождение. Кладовыми свинца и цинка являются Жайремское в центральном Казахстане и Шалгиинское в Южном Казахстане месторождения.

1.4. приеМ и сКладирование исХоднЫХ Материалов

 Поступающие с обогатительных фабрик свинцовые концентраты содержат 
от 10 до 20 % влаги. Перевозка ненужной воды с концентратом обходится очень 
дорого, и лучше было бы сушить концентраты непосредственно на фабрике, 
гранулировать их и в таком виде отправлять на завод. Влажные концентраты