Шахтная плавка свинцового агломерата

 

Введение 3

1 ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВИНЦА 5

2 СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВИНЦА 8

3 ШАХТНАЯ ПЛАВКА СВИНЦОВОГО АГЛОМЕРАТА 11

3. 1 ХИМИЗМ ПРОЦЕССА ШАХНОЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ 13

3.2 ПРОДУКТЫ ШАХТНОЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ 16

3.3 ПРАКТИКА ШАХТНОЙ СВИНЦОВОЙ ПЛАВКИ 17

4 ПРАКТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Области потребления свинца определяются особенностями этого металла по его физико-химическим и механическим свойствам.

Главный потребитель свинца аккумуляторная промышленность. Для этой цели тратится 30–45 % производимого свинца. Значительное количество свинца 15–20 % идет на нужды электротехнической промышленности для изготовления кабелей и покрытий к ним. Важная область применения свинца – производство тетраэтилсвинца (6–22 %), который добавляют в бензин для улучшения его качества. Хорошие антикоррозионные свойства свинца позволяют использовать его в химической и металлургической промышленности.

В виде сплавов с другими металлами  потребляются от 5 до 15 % свинца. Широкое распространение получили сплавы свинца с оловом, кальцием, цинком, содержащие в различных пропорциях сурьму, медь, мышьяк, кадмий, бронзы, баббиты, латуни, припои. Эти сплавы применяют в машиностроении и электротехнике. Свинец входит в состав типографского сплава.

Развитие атомной энергетики поставило  вопрос о защите от гамма - излучения. Свинец лучше других материалов способен поглощать гамма - лучи и поэтому как защитное средство очень широко используется в этой области.

Из оксидов свинца наиболее широко используется сурик Pb3O4 – в лакокрасочной промышленности. Из новых перспективных областей применения этого металла следует отметить электронику и энергетику, где намечается в широких масштабах использовать ферриты и другие соединения на основе свинца. Разрабатываются методы использования органических соединений свинца в качестве антифрикционных добавок в минеральные смазочные масла.

Вообще, конец прошлого века оказался знаковым для свинцовой промышленности России. После потрясений 1990-х годов, вызванных развалом Советского Союза, основные производители свинца (Усть-Каменогорский свинцово-цинковый комбинат, Чимкентский свинцовый завод, объединение "Укрцинк") оказались за пределами России.

В ближайшие несколько лет в  Хакасии может появиться первый в России современный завод по производству первичного свинца. В качестве площадки для размещения предприятия рассматривается город Сорск.

В настоящее время в России практически  нет заводов по переработке первичного свинца. Хотя в Красноярском крае находится одно из крупнейших в мире месторождений этого металла – Горевское. Оно содержит 42 % российских запасов свинца. Завод, строительство которого планируется в Хакасии, будет заниматься переработкой свинцового концентрата этого месторождения.

Производство металлического свинца рядом крупнейших производителей в 2003 году составляет: в «ГМК Дальполиметалл» (из руды) около 12 тыс.т (рост более 30%) и в холдинге УГМК (из лома) около 10,2 тыс.т (рост на 24%).

Так, выпуск продукции в 2007 г. предприятием Цветметсервис составил 5,13 тыс. т., в 2008 г. - 6,2 тыс. т., по итогам 2009 г. Цветметсервис произвел 10,5 тыс. т. различных видов свинцовых сплавов».

Тем не менее, производство необработанного  свинца в России за первые два месяца 2010 года показало тенденцию к росту. Согласно данным Федеральной службы государственной статистики, в январе-феврале  выпуск свинца увеличился в два раза по отношению к аналогичному периоду 2009 г. При этом в феврале 2010 г. производство свинца выросло на 64,8% к февралю 2009 г., а к январю 2010 г. - на 12,3%.

Количество балансовых запасов  свинца в России достигает почти 20 млн т; страна занимает по этому параметру второе место в мире после Австралии.

Около 70% запасов свинца сосредоточено  в трех крупнейших месторождениях: Горевском в Красноярском крае, заключающем почти 44% разведанных запасов РФ, Озерном и Холоднинском в Республике Бурятия.

Итак, основная часть ресурсов прогнозируется на территории Красноярского, Алтайского и Приморского краёв и о.Новая Земля (Архангельская область).

 

 

 

 

1 ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СВИНЦА

 

Свинец – элемент четвертой группы периодической таблицы Д.И. Менделеева, металл серовато-белого цвета, атомный номер 82, атомная масса 207,19, валентность 2 или 4. Температура плавления свинца 327,4 °С, температура кипения 1 745 °С.

Плотность твёрдого свинца 11,336 г/см3. С повышением температуры после перехода металла в жидкое состояние его плотность линейно снижается в интервале от 328–750 °С с 10,68 до 10,19 г/см3.

Механические  свойства невысокие: твёрдость по Бринеллю всего 28–42 МПа, металл – мягок, пластичен, легко прокатывается в тончайшую фольгу.

Удельная теплоёмкость свинца при 18° равна 0,12 кДж/кг·К, а жидкого металла – 0,142 кДж/кг·К. Металлургам большей частью приходится иметь дело с жидким металлом. При переходе в жидкое состояние теплота плавления свинца составляет 5,1 кДж/моль, теплота испарения свинца (при температуре кипения) 175–177 кДж/моль.

В жидком состоянии  свинец жидкотекуч, вязкость его в интервале температур 340–550 °С изменяется от 1,89 до 1,23 мПа·с. Поверхность натяжения в интервале 328–1 000 °С изменяется от 4,44 до 3,97 кН/м.

Свинец образует сплавы и твёрдые растворы с целым  рядом металлов: оловом, цинком, кадмием, медью, висмутом, сурьмой, кальцием, ртутью, золотом, серебром и другими. Особенностью этого металла является то, что он практически не растворяет железо. Это позволяет вести металлургические операции даже при высоких температурах в аппаратуре, изготовленной из стали и чугуна.

Свинец, по сравнению  с другими металлами, имеет наиболее высокий массовый коэффициент поглощения рентгеновских лучей.

В химическом отношении  свинец достаточно инертен. Во влажном воздухе он медленно окисляется с образованием плотной плёнки из РbО или основных углекислых и сернокислых солей, предохраняющей его от дальнейшего окисления. В свинце почти не растворяются такие газы, как О2, SO2, Н2, N2, СО и СО2.

Нормальный электродный потенциал свинца в водных растворах φо= –0,126 В, как правило, меньше, чем перенапряжение водорода на свинце.

При комнатной температуре свинец практически не реагирует с разбавленными растворами серной и соляной кислот, но хорошо растворяется в азотной. Устойчивость свинца в серной и соляной кислотах объясняется образованием на его поверхности труднорастворимых в воде сульфатов и хлоридов свинца.

Свинец устойчив по отношению к  водному раствору аммиака, хлору, щелочам и органическим маслам.

При повышении температуры свинец с кислородом воздуха образует ряд химических соединений: Рb2О, РbО, Рb2О3 и Pb3О4. Последнее соединение широко используется для изготовления красок. Все кислородные соединения свинца (кроме РbО) нестойкие и распадаются на РbО и О2.

Из всех оксидов свинца наибольшее значение для металлургии имеет глет (PbO).

Он образуется по реакции:

Pb + 0,5O2 = PbO + 210,0 кДж.                                                                  (1.1)

Плотность глета составляет 9,35 г/см3. Температура плавления 886 °С, температура кипения 1 472 °С. Глет растворяется в соляной, азотной, плавиковой кислотах и в растворах щелочи.

При нагревании выше 200 °С глет восстанавливается водородом и оксидом углерода СО до металлического свинца. Это свойство глета положено в основу восстановительной свинцовой плавки.

При высоких температурах глет легко взаимодействует с оксидами других элементов с образованием силикатов (xPbO·ySiO2), ферритов (xPbO·yFe2O3), плюмбитов (xМеО·yPbO, где Ме – Ca, Mg и другие). Это свойство глета используется при агломерирующем обжиге свинцовых концентратов.

В плавильных агрегатах глет активно  взаимодействует с кладкой печей, разрушая ее.

Из расплава сложных соединений свинца (силикатов, ферритов, плюмбитов) свинец можно восстановить до металлического состояния оксидом углерода и коксом. Особенно интенсивно этот процесс протекает при температуре выше 900 °С:

PbO·SiO2 + CO = Pb + SiO2 + CO2                                                              (1.2)

Глет – сильный окислитель и  легко окисляет в расплаве Fe, Cu, Zn, Bi, As, Sb, S и другие элементы. Это свойство глета используется при очистке ( рафинировании ) свинца от примесей.

Сульфид свинца PbS встречается в природе в виде минерала галенита.

Плотность его составляет 7,23–7,59 г/см3. Температура плавления равна 1 114 °С, кипения – 1 281°С.

При нагревании на воздухе окисляется с образованием PbO и PbSO4.

Окисление начинается при температуре  более 100 °С и интенсивно протекает при 400–500 °С.

При нагревании смеси сульфида свинца и глета может протекать реакция

PbS + 2PbO = 3Pb + SO2 – 219,8 кДж.                                                       (1.3)

Это свойство сульфида положено в  основу реакционной плавки свинцовых  концентратов.

С металлами, обладающими большим  сродством к сере (Mn, Cu, Fe, Sn, Zn) галенит взаимодействует, сульфидируя их:

PbS + Ме = Pb + МеS                                                                                    (1.4)

На этом свойстве сульфида свинца основан процесс осадительной плавки, осуществляемой при температуре выше 1 000 °С.

Высокая летучесть свинца и его  соединений уже при сравнительно низких температурах приводит к потерям его в металлургическом производстве и обуславливает необходимость организации на свинцовых заводах совершенной системы пылеулавливания, заставляет принимать дополнительные меры по технике безопасности при организации свинцового производства или при работе с этим металлом в других отраслях промышленности.

 

2 СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СВИНЦА

 

Основным сырьевым источником металлов является земная кора, где их содержание характеризуется следующими величинами, % по массе: 7,45 Аl; 4,42 Fe; 2,4 Na; 2,35 K; 2,35 Mg; 0,6 Ti; 0,1 Mn; 0,02 Zn; 0,02 Ni; 0,01 Cu; 8·10-3 Sn; 2·10-3 Co; 1,6·10-3 Pb; 5·10-4 Cd; 5·10-4 As; 5·10-4 Sb; 5·10-5 Ag; 5·10-7 Au.

Из приведенных данных видно, что  запасы  свинца в земной коре значительны. Основным сырьем для производства свинца являются полиметаллические руды, содержащие, кроме свинца, ряд металлов-спутников. В настоящее время промышленное значение имеют в основном сульфидные полиметаллические руды, месторождения которых залегают в карбонатных и силикатных породах.

В полиметаллических свинецсодержащих рудах содержание отдельных компонентов характеризуется следующими цифрами, %: 0,3–4 Pb; 0,5–12,8 Zn; 0,2–2,9 Cu; 8–25 Fe; 0,002–0,01 Ni; 0,004–0,05 Cd; 0,002–0,01 Co; 0,001–0,015 Bi; 0,004–0,05 Sb; 7–30 S; 0,005–0,01 As; 0,0001–0,001 Jn; 0,0003–0,001 Jr; 0,001–0,005 Se; 0,0001–0,002 Tl; 0,0001–0,002 Te; 0,2–0,3 г/т Au; 5–100 г/т Ag.

 Основными минералами в сульфидных  рудах являются: галенит (PbS), сфалерит и реже вюртцит (ZnS), марматит (nZnS·mFeS), халькопирит (CuFeS2), халькозин (Cu2S), пирит (FeS2), пирротины (FenSn+1), арсенопирит (FeAsS), аргентит (AgS).

В окисленных рудах свинец содержится в основном в виде церуссита (PbCO3) и англезита (PbSO4), цинк в виде цинкита (ZnO), смитсонита (ZnCO3), виллемита (2ZnO·SiO2) и каламина (2ZnO·SiO2·H2O) и других.

Хотелось бы отметить, что металлы-спутники свинца находятся в полиметаллических рудах в разных формах. Общие геологические запасы полиметаллических руд в недрах земли подразделяются на балансовые и забалансовые. К балансовым относятсятакие руды, которые по мощности и условиям залегания месторождения удовлетворяют современным горно-техническим требованиям, а по содержанию металлов соответствуют промышленным требованиям. К забалансовым запасам относятся запасы руд прежде всего с низким содержанием в них ценных металлов, а также незначительных размеров и малой мощности рудного тела, тяжелых условий разработки месторождений.

Количество балансовых запасов  в значительной мере зависит от кондиций, т.е. совокупности требований, которым  должна удовлетворять промышленная руда и прежде всего от промышленного минимума содержания металлов в руде.

Под промышленным минимумом подразумевается  самое низкое содержание металлов в  руде, которое позволяет рентабельно  использовать ее для извлечения металлов. Промышленный минимум является категорией, которая меняется с прогрессом техники и с расширением комплексности использования сырья. Определение промышленного минимума проводится из расчета стоимости всех ценных компонентов, получаемых из тонны руды при современных технике и технологии, и учета затрат на добычу, обогащение и металлургический передел. При этом стоимость извлекаемых ценных компонентов должна быть несколько выше суммы затрат на их получение.

Промышленный минимум, как правило, корректируется с учетом геологических особенностей месторождений руд, содержания в них редких и рассеянных элементов, обогатимости руд, особенностей металлургической переработки.

Понижение промышленного минимума для основного металла в руде позволяет перевести значительное количество забалансовых руд в число балансовых, т.е. значительно расширить запасы сырья. В начале прошлого века промышленными считались свинецсодержащие руды с содержанием свинца 3–5 %, сейчас перерабатываются руды с содержанием свинца 0,3-0,7 %.В будущем следует ожидать дальнейшего снижения промышленного содержания металлов в сырье. Однако, Глобальный кризис, связанный с истощением сырьевых ресурсов, в том числе для цветной металлургии, можно предотвратить путем разработки и использования высокоразвитой техники для разведки и добычи полезных ископаемых не только из поверхностных слоев земной коры, но и из более глубоких, за счет использования мирового океана, путем разработки новых технологических процессов и оборудования для переработки полезных ископаемых и, что особенно важно, путем перевода промышленного производства на так называемые «замкнутые», «безотвальные» технологические схемы.

В связи с тем, что содержание свинца и цинка в полиметаллических рудах невелико, их подвергают обогащению методами селективной и коллективно-селективной флотации с выделением свинцовогоконцентрата. В свинцовых концентратах содержание свинца колеблется в пределах 33–78 %, а также содержится, %: 2,5–21 Zn, 0,2–3,7 Cu, 2–16 Fe, 15–28 S, 300–3 500 г/т Ag, 2–150 г/т Au.

Качество сырья играет важную роль при металлургической переработке. Чем богаче концентраты основным металлом и чем меньше в них  примесей, тем выше извлечение свинца в процессе металлургической переработки.

Общее извлечение свинца из полиметаллических руд до металлов колеблется от 75 до 85 %. Из общего количества потерь до 40 % приходится на долю горных выработок, примерно такое же количество – на обогащение руд и около 20 % – на металлургическую переработку концентратов.

Кроме переработки первичного сырья  – полиметаллических руд, большое  значение в настоящее время имеет  вторичное сырье – аммортизационный лом и различные отходы, получаемые при переработке металлов механическими способами и в металлургических процессах. Роль и значение вторичного сырья постоянно возрастает. В настоящее время 25–40 % свинцаполучают из вторичного сырья.

Вторичное сырье для получения  свинца и его сплавов включает лом и отходы прокатного свинца, кальциевого и свинцово-оловянного баббита, кабельного свинца, свинцовых  аккумуляторов, деталей из сурьмянистого  свинца.

По химическому и вещественному  составу вторичное сырье значительно  отличается от первичного свинцового сырья (концентратов) и во избежание загрязнения свинца примесями совместная переработка вторичного и первичного сырья нежелательна. Вторичное сырье используется в основном для получения сплавов на свинцовой основе.

 

 

 

3 ШАХТНАЯ ПЛАВКА СВИНЦОВОГО АГЛОМЕРАТА

 

Восстановительная плавка – это наиболее распространенный процесс

получения свинца. Она характеризуется  универсальностью и высокими технико-экономическими показателями.

Цели восстановительной плавки свинцового агломерата:

  1. получить максимальное количество свинца в виде чернового металла,

содержащего золото, серебро, медь, висмут, сурьму, мышьяк, олово, теллур;

  1. ошлаковать пустую породу и перевести в шлак максимальное коли-

чество цинка.

В настоящее время на большинстве свинцовых заводов восстановительную плавку проводят в шахтных печах (рис. 1.1), так как в ней легко создать и регулировать восстановительную атмосферу.

Исходными материалами для плавки являются свинцовый агломерат, кокс и воздух. Агломерат содержит свинец, сопутствующие металлы (медь, цинк, золото, серебро, висмут) и все необходимые компоненты для образования шлака. Загрузка агломерата и кокса в печь осуществляется послойно (рис. 1.1). В нижней части печи (горне) скапливаются жидкие продукты плавки: черновой свинец, штейн, шлак. Выше слоя шлака расположен столб шихты, нижняя часть которого (0,5–1,0 м) состоит из раскаленного кокса (фокус печи). Для горения кокса через фурмы в печь подают сжатый воздух. В результате интенсивного горения кокса температура в фокусе печи достигает 1 500 °С. Раскаленные печные газы, проходя через столб шихты, нагревают ее и участвуют в реакциях восстановления окисленных соединений свинца и других металлов. На выходе из печи (в колошнике) газы имеют температуру 200–400 °С.

Столб шихты (4–6 м) по мере выгорания  кокса и выплавления продуктов плавки медленно опускается вниз (около 1 м/ч) и его пополняют очередными загрузками агломерата и кокса.

 

 

Рис. 1.1 Схема шахтной печи свинцовой плавки: 1 – горн;

2 – фурмы; 3 – шахта печи; 4 – загрузочные  люки; 5 – ко-

лошник; 6 – газоход; 7 – агломерат; 8 – кокс; 9 – фокус пе-

чи; 10 – шлак; 11 – сифон для выпуска свинца; 12 – свинец

 

Жидкие продукты плавки стекают  вниз и собираются во внутреннем горне, где вследствие разности плотностей расслаиваются и выпускаются из печи по мере накопления.

 

 

3.1 ХИМИЗМ ПРОЦЕССА ШАХНОЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ

 

Кокс, загружаемый в печь, играет роль топлива и роль восстановителя.

Сжигание кокса является основным процессом в шахтной плавке, влияющим на состав газовой фазы и удельную производительность печи.

В области фурм кокс сгорает по реакциям

 

С + О2 = СО2 + 391,86 кДж                                                                          (1.5)

С + 0,5О2 = СО + 110,08 кДж                                                                      (1.6)

 

Горячие газы, поднимаясь вверх, нагревают  шихту, СО2 взаимодействуют с раскаленным коксом по реакции Будуара:

 

СО2 + С = 2СО – Q                                                                                       (1.7)

 

Образующийся по реакции (1.7) оксид углерода (СО) является основным восстановителем в шахтной печи. Восстановление оксидов металлов оксидом углерода происходит в результате протекания реакции:

 

МеО + СО ⇄ Ме + СО2                                                                                 (1.8)

 

Реакция обратима. В зависимости  от условий, в которых протекает реакция, может происходить либо восстановление оксида металла оксидом углерода, либо окисление металла диоксидом углерода СО2.

Направление протекания реакции в  условиях плавки зависит от состава газовой фазы в печи. Для восстановления различных оксидов металлов необходимы различные концентрации оксида углерода и температуры.

При восстановительной плавке желательно максимально восстановить свинец, но не восстанавливать цинк до металла, так как он возгоняется, в верхней части печи окисляется и образует тугоплавкие настыли.

Нежелательно восстанавливать  до металла и железо, т.к. оно с углеродом кокса может образовать тугоплавкий чугун и настыли в нижней части печи.

Для селективного восстановления свинца, без восстановления цинка и железа в печи создается определенная восстановительная атмосфера (не бо-лее 60 % СО). В этих условиях происходит восстановление оксидных соединений свинца по реакциям

 

PbO + CO = Pb + CO2                                                                                    (1.9)

PbO·Fe2O3 + 2СО = Pb + 2FeO + CO2                                                         (2.0)

PbO·SiO2 + СО = Pb + SiO2 + 2CO2                                                            (2.1)

 

Сульфат свинца интенсивно восстанавливается  оксидом углерода до сульфида при 550 °С по реакции

 

PbSO4 + 4CO = PbS + 4CO2                                                                        (2.2)

 

Сульфид свинца в условиях восстановительной шахтной плавки практически не восстанавливается и переходит в штейн.

Прямое извлечение свинца в черновой металл при шахтной восстановительной плавке составляет 90–93 %.

При плавке свинцового агломерата вместе со свинцом восстанавливаются окисленные соединения меди, мышьяка, сурьмы, висмута и других цветных металлов. Эти элементы растворяются в расплавленном свинце, образуя черновой металл:

 

Cu2O + CO = 2Cu + CO2                                                                                (2.3)

Cu2O·Fe2O3 + 2CO = 2Cu + 2FeO + 2CO2                                                     (2.4)

Cu2O·SiO2 + CO = 2Cu + SiO2 + 2CO2 (2.5)

As2O5+5CO = 2As + 5CO2                                          (2.6)

Sb2O5 + 5CO = 2Sb + 5CO2                                                                              (2.7)

Bi2O3 + 3CO = 2Bi + 3CO2                                                                             (2.8)

 

Если в агломерате оставлено  много серы, то оксид меди реагирует  с сульфидами других металлов по реакциям

 

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO                                                                            (2.9)

Cu2O + PbS = Cu2S + PbO                                                                            (3.0)

 

Металлическая медь также взаимодействует с сульфидами других металлов:

 

2Cu + FeS = Cu2S + Fe                                                                                  (3.1)

 

и при плавке образуется сплав сульфидов  меди, железа, свинца – штейн.

Медь при плавке с получением штейна на 70–80 % переходит в штейн, при безштейновой плавке на 85 % переходит в свинец.

При температуре 1 100 °С начинается процесс образования жидкого шлака, оканчивающийся полным расплавлением шихты. В шлак переходят оксиды кальция, кремния, алюминия, магния.

При восстановительной свинцовой  плавке высшие оксиды железа восстанавливаются до FeO, который в присутствии кремнезема легко образует силикаты (2FeO·SiO2):

 

2Fe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СО2                                                                      (3.2)

Fe3O4 + СО = 3FeO + СО2                                                                             (3.3)

2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2                                                                               (3.4)

 

Силикаты железа составляют основу шлакового расплава свинцовой шахтной плавки.

Окисленные соединения цинка трудновосстановимы. Для их восстановления требуется сильно восстановительная атмосфера и высокая температура. Поэтому большая часть цинка в виде оксида и силиката переходит в шлак, растворяясь в нем. Цинк концентрируется в шлаке со степенью извлечения до 90%.

Благородные металлы на 98–99 % извлекаются в черновой свинец. В случае получения в процессе плавки шпейзы, часть благородных металлов терется с ней, особенно это касается золота.

 

3.2 ПРОДУКТЫ ШАХТНОЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ПЛАВКИ

 

Продуктами шахтной восстановительной  плавки являются черновой

свинец, шлак, штейн, шпейза и пыль.

Жидкие продукты плавки скапливаются в горне печи. Вследствие различия в объемных массах и малой взаимной растворимости в горне шахтной печи образуется три четко разграниченных слоя: нижний слой – черновой свинец, средний – штейн и верхний – шлак.

Черновой свинец, получаемый при  плавке свинцовых концентратов, всегда содержит примеси: медь, сурьму, мышьяк, олово, висмут, благородные металлы и другие элементы. В черновом свинце может содержаться, %: 92–98 Pb; 1–5 Cu; 0,5–2 As; 0,5–2 Sb; 0,1–0,2 Bi; 0,01–0,05 Te; 1 000–1 500 г/т Ag; 50–100 г/т Au. Общее содержание примесей достигает от 2 до 10 %.

Шлак представляет собой многокомпонентный  расплав, формирующийся из оксидов пустой породы и специально вводимых флюсов. Шлак служит для отделения компонентов пустой породы от чернового свинца и других ценных продуктов плавки (штейна и шпейзы). Шлаки свинцовой плавки должны иметь температуру плавления 1 100–1 150 °С, вязкость при 1 200 °С – около 0,5 Па·с, плотность – не более 3,5–3,8 г/см3. Шлаки с такими свойствами содержат, %: 20–30 SiO2; 30–40 FeO; 10–18 CaO. Важной особенностью шлаков свинцовой плавки является наличие в них окиси цинка – 5–25 %. Сумма компонентов SiO2, FeO, СaO и ZnO в шлаке может достигать 90 % и даже более.

Со шлаками шахтной плавки теряется 2–3 % свинца. На 60–75 % свинец в шлаке присутствует в металлическом состоянии, на 8–10 % – в виде сульфида и на 15–20 % – в виде окисленных соединений (силикатов, ферритов).

Штейн свинцового производства включает сульфиды железа, свинца, меди и цинка. Во всех медно–свинцовых штейнах присутствуют растворенные металлы: свинец, медь, железо, серебро, золото. В зависимости от характера сырья и принятой технологии получают медно–свинцовые штейны различного состава, %: 7–40 Cu, 16–45 Fe, 20–25 S, 8–17 Pb.

Штейн – нежелательный продукт  плавки, так как для переработки  его с целью извлечения меди, свинца и благородных металлов необходимы сложные дополнительные переделы, сопряженные с затратами топлива, материалов и с потерями металлов. Плавка с получением штейна особенно нежелательна, если в свинцовых концентратах содержится много цинка. При плавке сульфид цинка распределяется между штейном и шлаком, затрудняя разделение этих продуктов. Плавку с образованием штейна ведут в том случае, если в агломерате содержание меди более 2–3 %.

Шпейза – более тугоплавкая и тяжелая, чем штейн. Она размещается в горне печи между свинцом и штейном. Отделение и переработка шпейз сопряжена с большими трудностями. Она образуется редко, если мышьяк и сурьма недостаточно полно удалены при обжиге. Состав шпейз колеблется в пределах, %: 2–15 Pb; 2–34 Cu; 20–50 Fe; 18–30 As; 1–6 Sb; 0,001–0,01 Au; 0,015–0,2 Ag.

Пыли свинцового производства –  ценное полиметаллическое сырье.

В процессе шахтной восстановительной  плавки в пыли переходит до 70 % Tl, 55 % Se, 40–50 % Te, около 25 % In, а также значительная часть кадмия, германия и других ценных компонентов сырья. Средний состав пылей шахтной печи, %: 45–55 свинца; 10–20 цинка; 2–3 кадмия; 0,3–3 мышьяка; 0,03–0,5 селена; 0,04–0,2 теллура; 0,005–0,02 таллия; 0,002–0,02 индия; 0,005–0,01 германия; 3–7 серы.