1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29787
(51) C22B 30/02 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2014/0205.1
(22) 24.02.2014
(45) 15.04.2015, бюл. №4
(72) Жарменов Абдурасул Алдашевич; Терликбаева
Алма Жолдасовна; Журинов Мурат Журинович;
Сыдыков Алимгазы Оразович; Мазулевский
Евгений Александрович; Бердикулова Феруза
Асановна; Ковзаленко Татьяна Владимировна;
Сейтханов Болысбек Анарбекович
(73) Республиканское государственное предприятие
на праве хозяйственного ведения "Национальный
центр по комплексной переработке минерального
сырья Республики Казахстан" Комитета
промышленности Министерства индустрии и новых
технологий Республики Казахстан
(56) Сурьма: под ред. Мельникова С.М. М.:
Металлургия, 1977. с.233-234, 329-333
KZ 27811 B, 18.12.2013
SU 124626 A1, 01.01.1959
SU 55942 A1, 01.01.1939
SU 989884 A1, 10.03.2012
RU 2075528 C1, 20.03.1997
KZ 934 C, 15.06.1994
(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОЙ
МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СУРЬМЫ
(57) Изобретение относится к области цветной
металлургии, в частности, к производству чистой
металлической сурьмы. Чистую металлическую
сурьму получают рафинированием черновой
металлической сурьмы от таких примесей как
железо, мышьяк, олово и свинец.
Технический результат предлагаемого
изобретения заключается в повышении чистоты
(качества) металлической сурьмы и степени
извлечения сурьмы в готовую продукцию,
упрощении технологии.
Технический результат достигается в способе
получения чистой металлической сурьмы,
включающем восстановительную плавку
антимонатного сырья с коксом с последующим
рафинированием чернового металла, при этом
плавку ведут при температуре 800-900°С в
присутствии гидроксида натрия в количестве 10% от
массы сырья, а рафинирование чернового металла
проводят при температуре 750-850°С в присутствии
смеси, содержащей натриевые соли и оксид
фосфора, при этом соотношение оксида фосфора и
оксида натрия в смеси выдерживают в интервале (1-
1,7):1.
А так же тем, что в качестве смеси, содержащей
натриевые соли и оксид фосфора используют
гидрофосфат натрия, и/или дигидрофосфат натрия,
и/или гидрофосфат аммония, а также карбонат
натрия.
(19)KZ(13)B(11)29787
2. 29787
2
Изобретение относится к области цветной
металлургии, в частности, к производству чистой
металлической сурьмы. Чистую металлическую
сурьму получают рафинированием черновой
металлической сурьмы от таких примесей как
железо, мышьяк, олово и свинец.
Известен способ рафинирования сурьмы от
свинца при огневом рафинировании металла с
добавкой смеси P2O5:Na2CO3=3:1 в количестве 20%
от массы металла при 800°С. В результате получен
рафинированный металл, содержащий 0.0053% Fe,
0.0065% As и 0,015% Pb (Wang Ying, Chen Shao-
chun Research on removal of lead from rough antimony
during fire refining. Journal of Guangdong non-ferrous
metals, 2004, Vol.14, No.2, p.111-113).
Недостатками способа являются применение
гигроскопичного соединения - пентаоксида
фосфора, образование тугоплавких шлаков
осложняющих их дальнейшую переработку с
доизвлечением из них сурьмы.
Наиболее близким по технической сущности и
достигаемому результату к предлагаемому способу
получения металлической сурьмы высших марок из
сурьмусодержащего сырья является способ
восстановительной плавки антимоната натрия и
рафинирования черновой сурьмы (Сурьма. Под ред.
С.М. Мельникова, Изд. «Металлургия», 1977, с.234,
с.329-333).
Восстановительную плавку антимонатного сырья
проводят с каменным углем или коксом в
количестве 15% от массы сырья при температуре
1000-1200°С и выдержке расплава в течение 30
минут. В результате плавки в черновой металл
переходит 86-87% сурьмы, в шлак - около 2% и 11-
12% сурьмы уносится с газами. Содержание сурьмы
в черновом металле 91-92%, в шлаке - в среднем 5%.
Черновую сурьму рафинируют последовательно от
железа и мышьяка. Рафинирование от железа
проводят при 1100-1200°С смесью штуфного
концентрата и сульфата натрия с расходом на
каждые 10 кг железа 30 кг штуфного концентрата и
10 кг сульфата натрия. Рафинирование от мышьяка
производят при 800-900°С в окислительной
атмосфере с добавкой твердого каустика. Расход
каустика на 10 кг удаляемого мышьяка составляет
60-90кг. Выход готового металла составляет 75-
80%, рафинировочных шлаков - 35-45% от массы
черновой сурьмы. Содержание сурьмы в
рафинированном металле - 98,8%.
Недостаткам способа-прототипа является низкая
степень извлечения сурьмы в черновой и марочный
металл, многостадийность процесса рафинирования
и большой расход рафинировочных реагентов.
Многостадийность процесса рафинирования
приводит к повышению потерь сурьмы со шлаками
рафинирования и к увеличению материальных и
трудовых затрат. Кроме того для повышения
качества металлической сурьмы требуется
повторное рафинирование от примесей.
Технический результат предлагаемого
изобретения заключается в повышении чистоты
(качества) металлической сурьмы и степени
извлечения сурьмы в готовую продукцию,
упрощении технологии.
Сущность предлагаемого способа состоит в
следующем. В предлагаемом способе шихту,
содержащую антимонат натрия с содержанием
47,52% сурьмы, 0,76% свинца, 0,72% олова, 0,12%
мышьяка и 0,34% железа, плавят в присутствии
гидроксида натрия в количестве 10% и кокса в
количестве 14% от массы сырья при температуре
800-900°С в течение 20-30 минут, после чего
температуру понижают до 700°С, снимают
щелочной шлак и на поверхность расплавленного
металла загружают рафинировочную смесь
содержащую натриевые соли и оксид фосфора, при
этом соотношение оксида фосфора и оксида натрия
в смеси выдерживают в интервале (1-1,7):1. В
качестве смеси, содержащую натриевые соли и
оксид фосфора используют гидрофосфат натрия,
и/или дигидрофосфат натрия, и/или гидрофосфат
аммония, а также карбонат натрия. Рафинирование
проводят при температуре 750-850°С с
перемешиванием расплава 20 минут и в течение 10
минут отстаивают расплав. Шлак отделяют от
металла, металлическую сурьму разливают в
изложницы.
При восстановительной плавке антимоната
натрия в присутствии гидроксида натрия образуется
легкоплавкая масса, состоящая из смеси гидроксида
и карбоната натрия, предотвращающая окисление
сурьмы и ее потери с возгонами. Также шлаковая
масса образует устойчивое соединение с мышьяком.
В результате чего первичная черновая сурьма не
содержит мышьяка и исключается стадия
рафинирования чернового металла от мышьяка. В
процессе рафинирования черновой сурьмы,
содержащий железо, олово и свинец, с
использованием смеси содержащей соли натрия и
оксид фосфора, образуются устойчивые фосфаты
свинца, железа и олова в расплаве натриевых солей,
которые удаляются с поверхности металла в виде
шлака.
Содержание в шихте гидроксида натрия менее
10% не позволяет достаточно полно удалить
мышьяк, содержание его в шихте более 12%
приводит к перерасходу реагентов.
Температурный интервал плавки объясняется
тем, что при температуре менее 800°С процесс
плавки идет медленно, а повышение температуры
более 900°С нецелесообразно, так как наблюдается
кипение шлаковой фазы приводящий к
повышенным потерям сурьмы с газами.
Повышение соотношения оксида фосфора и
оксида натрия в рафинировочной смеси более 1,7:1
приводит к снижению извлечения сурьмы в металл,
за счет его окисления до Sb(III) и Sb(V). Понижение
соотношения менее 1:1 не обеспечивает полноты
удаления свинца, олова и железа и получения
чистой сурьмы.
Температурный интервал рафинирования
объясняется тем, что при температуре менее 750°С
не происходит полного плавления шлака, что
приводит к снижению степени удаления примесей, а
повышение температуры более 850°С приводит к
3. 29787
3
нежелательным потерям сурьмы в шлаковую фазу и
возгоны.
Примеры осуществления способа.
Пример 1 (по прототипу). 500 г антимоната
натрия и 75 г кокса перемешивают, загружают в
алундовый тигель, помещают в печь и нагревают до
температуры 1000°С. При этой температуре
выдерживают 30 минут и разливают раздельно
сурьму и шлак. Выход чернового металла 212 г,
шлака 105 г. Содержание в черновом металле
сурьмы-92,3%, мышьяка-0,2%, олова-1,4%, железа-
0,6% и свинца-1,6%. Извлечение сурьмы в черновой
металл-87%. Далее черновая сурьма рафинируется
последовательно от железа и мышьяка.
Рафинирование от железа проводят при 1100°С
смесью штуфного концентрата и сульфата натрия.
Добавляют 3,8 г штуфного концентрата и 1,2 г
сульфата натрия. Рафинирование от мышьяка
производят при 900°С в окислительной атмосфере с
добавкой 2,8 г твердого каустика. Выход готового
металла составляет 161,12 г, рафинировочных
шлаков-84,8 г. Содержание сурьмы в
рафинированном металле - 97,6%, мышьяка-0,001%,
железа-0,01%, олова-0,7%, свинца - 1,67%. Степень
извлечения сурьмы в марочный металл - 66,18%.
Пример 2 (по изобретению) 500 г антимоната
натрия, 70 г размолотого до - 0,2 мм кокса и 50 г
гидроксида натрия перемешивают, загружают в
алундовый тигель, помещают в печь, нагревают до
800°С и выдерживают при этой температуре
30 минут. Далее температуру снижают до 700°С и
снимают с поверхности металла шлак. После чего на
поверхность металла подают 33 г рафинировочной
смеси, состоящей из 29 г гидрофосфата аммония и
4 г карботната натрия. Перемешивают расплав с
повышением температуры до 750°С. При этой
температуре выдерживают 20 минут и разливают
раздельно сурьму и шлак.
Выход металла 194,98 г, первичного шлака 170 г
и шлака от рафинирования 110 г. Содержание
сурьмы в металле - 99,97%, в первичном шлаке -
1,34% и в шлаке рафинирования - 30,25%.
Содержание примесей в металле, %: 0,008 свинца,
0,007 олова, 0,001 мышьяка и 0,008 железа.
Извлечение сурьмы в марочный металл - 82,06%, в
первичный шлак - 0,95%, в шлак от рафинирования -
14%.
Пример 3 (при соотношении оксида фосфора и
оксида натрия 1,7:1). 500 г антимоната натрия, 70 г
размолотого до - 0,2 мм кокса и 50 г гидроксида
натрия перемешивают, загружают в алундовый
тигель, помещают в печь, нагревают до 900°С и
выдерживают при этой температуре 20 минут. Далее
температуру снижают до 700°С и снимают с
поверхности металла шлак. После чего на
поверхность металла подают 40 г рафинировочной
смеси, состоящей из 35 г дигидрофостата натрия и
5 г карбоната натрия. Перемешивают расплав с
повышением температуры до 800°С. При этой
температуре выдерживают 20 минут и разливают
раздельно сурьму и шлак.
Выход металла 180,64 г, первичного шлака 168 г
и шлака от рафинирования 160 г. Содержание
сурьмы в металле - 99,96%, в первичном шлаке -
1,6% и в шлаке рафинирования - 32,66%.
Извлечение сурьмы в марочный металл - 76%, в
первичный шлак - 0,95%, в шлак от рафинирования
- 22%. Содержание примесей в металле, %: 0,012
свинца, 0,007 олова и 0,008 железа.
Пример 4. (при соотношении оксида фосфора и
оксида натрия 1:1)
Плавку антимоната натрия ведут как в примере 3.
Далее температуру снижают до 700°С и снимают с
поверхности металла шлак. После чего на
поверхность металла подают 45 г рафинировочной
смеси, состоящей из 37 г гидрофосфата натрия и 8 г
карбоната натрия. Перемешивают расплав с
повышением температуры до 850°С. При этой
температуре выдерживают 20 минут и разливают
раздельно сурьму и шлак.
Выход металла 194 г, первичного шлака 170 г и
шлака от рафинирования 172 г. Содержание сурьмы
в металле - 99,9%, в первичном шлаке - 1,2% и в
шлаке рафинирования - 20,7%. Извлечение сурьмы в
марочный металл - 81,5%, в первичный шлак -
0,85%, в шлак от рафинирования - 15%. Содержание
примесей в металле, %: 0,02 свинца, 0,006 олова и
0,008 железа.
Таблица
Результаты анализа полученных образцов сурьмы представлены в таблице. По составу полученные образцы
близки к сурьме марки Су00
Содержание, %
Элемент Сурьма марки Су00
по ГОСТ 1089-79
Полученный образец
сурьмы
Sb 99,9 99,96
Pb 0,03 0,012
Fe 0,01 0,008
Ni 0,008 <0,001
Sn 0,02 0,007
As 0,01 <0,001
S 0,01 <0,001
Как следует из примеров наилучшие показатели
по степени извлечения сурьмы и получению чистой
металлической сурьмы достигаются при указанных
действиях и условиях в формуле изобретения при
упрощении технологии.
4. 29787
4
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ получения чистой металлической
сурьмы, включающий восстановительную плавку
антимонатного сырья с коксом с последующим
рафинированием чернового металла,
отличающийся тем, что плавку ведут при
температуре 800-900°С в присутствии гидроксида
натрия в количестве 10% от массы сырья, а
рафинирование чернового металла проводят при
температуре 750-850°С в присутствии смеси,
содержащей натриевые соли и оксид фосфора, при
этом соотношение оксида фосфора и оксида натрия
в смеси выдерживают в интервале (1-1,7):1.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в
качестве смеси, содержащей натриевые соли и оксид
фосфора используют гидрофосфат натрия, и/или
дигидрофосфат натрия, и/или гидрофосфат
аммония, а также карбонат натрия.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор К. Нгметжанова