Pierwszenstwo: 06. VI. 1963 Wielka Brytania Opublikowano: 5. II. 1968 54622 KI. 40 a, 13/06 MKP C 22 b m^ CZY -Jf Wspóltwórcy wynalazku: John Harvey Richards, John Fridrick Castle Wlasciciel patentu: Metallurgical Processes Limited Nassau Wyspy Ba¬ hama The National Smelting Company Limited, Londyn (Wielka Brytania), Metallurgical Develop- ment Company, Nassau Wyspy Bahama Sposób wprowadzania siarki do roztopionego metalu oraz urzadze¬ nie do stosowania tego sposobu Wynalazek dotyczy sposobu wprowadzania siar¬ ki do roztopionego metalu, a w szczególnosci, (lecz nie wylacznie) dotyczy sposobu wprowadza¬ nia siarki do roztopionego olowiu. Siarke wpro¬ wadza sie do roztopionego olowiu w celu utworze¬ nia siarczków lub warstwy posredniej z innymi metalami, znajdujacymi sie w olowiu, jako za¬ nieczyszczenia, szczególnie siarczków miedzi.Sposób wedlug wynalazku stosuje sie do wpro¬ wadzenia siarki pod powierzchnie olowiu lub przynajmniej pod powierzchnie juz wytworzonej warstwy posredniej; umozliwia on unikniecie lub zmniejszenie do minimum strat siarki z powierz¬ chni metalu w postaci pary siarki lub dwutlenku siarki.Proponowano juz sposób i urzadzenie do usu¬ wania miedzi (i siarki oraz arsenu) z olowiu, w którym olów zawierajacy miedz wprowadza sie do zbiornika z olowiem przez warstwe po¬ srednia znajdujaca sie na powierzchni olowiu; nastepnie dodaje sie siarke do olowiu tak, aby utworzyla sie warstwa posrednia, która od czasu do czasu usuwa sie. Wedlug znanych sposobów dazono do usuniecia pozostalych sladów miedzi z olowiu (wraz z arsenem jako arsenku miedzi) przez silne ochladzanie dolnych czesci scian na¬ czynia od czasu do czasu tak, aby olów w stanie stalym wytwarzal narosty na tych dolnych cze¬ sciach i aby wychwytywal w sposób fizyczny miedz i arsenek miedzi. Gdy narosty ze stalego olowiu roztapia sie wtedy miedz i arsenek miedzi unosza sie w góre poprzez olów i lacza sie z warstwa posrednia. Tymczasem, zasadniczo czy¬ sty olów mozna usuwac w sposób ciagly z dna zbiornika.Zagadnienie wprowadzania siarki w postaci pierwiastka pod powierzchnie roztopionego olowiu nastrecza wiele trudnosci. Siarka ciekla jest bar¬ dzo lepka w zakresie temperatur 160—280°C, a liczne usilowania wprowadzenia jej za pomoca przesuwanej rury do roztopionego olowiu nie po¬ wiodly sie z nastepujacych przyczyn: bardzo du¬ zej lepkosci siarki w zakresie temperatur 160— —280°C co powoduje zatkanie w rurze oraz po¬ wstawanie warstwy stalego siarczku olowiu, która zatyka koniec rury.Wynalazek dotyczy sposobu wprowadzania siar¬ ki do roztopionego metalu. W sposobie tym rozto¬ piona siarke o temperaturze ponizej zakresu lep¬ kosci wprowadza ,sie do zbiornika otwartego ku powierzchni metalu i zamknietego przez te po¬ wierzchnie metalu, przy czym zbiornik utrzymuje sie w takiej temperaturze, aby wprowadzana siarka wyparowala i aby metal mógl latwo ja wchlonac.Zwykle roztopionym metalem jest olów. Jezeli na jego powierzchni znajduje sie warstwa po¬ srednia, to zbiornik moze byc zamkniety przez 30 powierzchnie warstwy posredniej i moze wcaie 10 15 20 25 546223 nie zanurzac sie w olowiu. Zalezy to oczywiscie od grubosci warstwy posredniej.Najlepiej jest, gdy w sposobie wedlug wyna¬ lazku utrzymuje sie mase roztopionej siarki w temperaturze ponizej jej zakresu lepkosci i wprowadza sie ja w ciagly obieg, z którego roztopiona siarke wprowadza sie do zbiornika badz w sposób ciagly, badz okresowo, pod wa¬ runkiem, ze w tym drugim przypadku jednora¬ zowo nie wprowadza sie zbyt duzo siarki, gdyz spowodowaloby to wydzielanie sie pecherzyków pary siarki z konca rury.W sposobie wedlug. wynalazku siarka nie prze¬ chodzi przez zakres jej lepkosci w dowolnym miejscu przewodu, a ponadto, reakcja pary siarki z goracym olowiem jest dostatecznie egzotermicz¬ na tak, aby mógl sie wytworzyc siarczek olowiu w stanie cieklym przez co eliminuje sie trudnosci, wynikajace z tworzenia sie stalych materialów, które powodowalyby zatkanie zbiornika do odpa¬ rowywania.Krazenie roztopionej siarki w stalej tempera¬ turze przez zawór dawkujacy umozliwia utrzy¬ manie zaworu w stanie wolnym od zatkan, spowodowanych skrzepnieciem siarki lub tworze¬ niem sie cieczy lepkiej wewnatrz obiegu. Stalych czastek zatykajacych otwór zbiornika mozna nie dopuscic do zaworu zupelnie prosto przez kilka¬ krotne wkrecanie i wykrecanie iglicy zaworu.Wynalazek jest szczególnie korzystny do usu¬ wania miedzi z roztopionego olowiu zawierajacego miedz, w tej postaci wynalazku wprowadza sie siarke do roztopionego olowiu sposobem opisanym powyzej tak, ze wprowadzona siarka wchodzi w reakcje chemiczna z warstwa miedzi i tworzy kamien miedziowy.Sposób wedlug wynalazku mozna przeprowadzac w kombinacji ze sposobem stalego usuwania piany z miedzi z powierzchni kapieli przedstawionym powyzej. Nizej podany jest przyklad wykonywa¬ nia sposobu razem ze sposobem usuwania piany z miedzi z powierzchni kapieli.Wynalazek obejmuje równiez urzadzenie do sto¬ sowania tego sposobu. Zastosowany aparat stanowi dalsza ceche tego wynalazku. Sluzy on do wpro¬ wadzenia siarki do roztopionego metalu. Urzadze¬ nie sklada sie ze zbiornika do przetrzymywania roztopionej siarki w temperaturze ponizej za¬ kresu jej lepkosci; z pompy do wypompowywania roztopionej siarki ze zbiornika do przewodu kra¬ zenia, który opróznia sie z powrotem do zbiorni¬ ka; z zaworu w przewodzie krazenia, który otwiera sie dla wypuszczenia roztopionej siarki i ze zbiornika polaczonego z zaworem, wewnatrz którego roztopiona siarka wypuszczona przez za¬ wór moze parowac.Kazdy zawór w przewodzie krazenia w czasie uzywania utrzymywany jest w stalej z góry ustalo¬ nej temperaturze, dzieki krazeniu roztopionej siarki przez ten zawór.Urzadzenie ograniczajace mozna umiescic w kie¬ runku strumienia od zaworu w przewodzie kra¬ zenia, aby utrzymywac cisnienie w przewodzie kra¬ zenia i ulepszyc wprowadzenie siarki do zbiornika, gdy zawór otwiera sie i zamyka. Czesto jednak 54622 4 wystarcza do tego celu dlawik na przewodzie krazenia.Wygodna postacia zbiornika jest pionowa rura zamknieta u góry. W urzadzeniu taka rura ma 5 u góry zawór do wypuszczania siarki i przecho¬ dzi ona przez pokrywe zamknietego naczynia do przetrzymywania roztopionego metalu tak, ze gdy naczynie jest napelnione roztopionym olowiem, wtedy otwarty koniec rury zanurza sie pod po- ia wierzchnie olowiu.Wynalazek jest opisany z powolaniem sie na rysunek, na którym fig. 1 przedstawia urzadzenie yr wMdku z góry, a fig. 2 — przekrój zbiornika do odparowywania umieszczonego w zbiorniku za- 15 wierajacym roztopiony olów.Pewna ilosc siarki w postaci pierwiastka rozta¬ pia sie poczatkowo w kotle, nie przedstawionym na rysunku, i w razie potrzeby, wprowadza sie ja lub wlewa do zbiornika 1, zaopatrzonego w cie- 20 plna izolacje 2 dookola swej zewnetrznej powierz¬ chni. Wewnetrzny kociol lub zbiornik sciekowy 3 ma zewnetrzny element grzejny 3a, dzieki któremu mozna termostatycznie regulowac temperature siarki. Do sciekowego zbiornika 3 zanurzona jest 25 pompa 4, której kolo pasowe 4a napedzane jest za pomoca elektrycznego silnika 5, przymocowa¬ nego do wspornika 6 umieszczonego na zbior¬ niku 1.Pompa 4 doprowadza roztopiona siarke przez 10 przewód 7, do zaworu iglicowego 8* a nastepnie przewodem powrotnym 7a i przez regulujacy cisnienie. zawór 7b wraca do zbiornika 3, aby byc podnoszona ponownie przez pompe.Zawór iglicowy 8 zamocowany w górze zbiorni- 35 ka cylindrycznego 9, stanowi zbiornik do odparo¬ wywania, otwarty na dole i wmontowany do po¬ krywy 10 naczynia 11, zawierajacego roztopiony olów.Dno zbiornika cylindrycznego 9 moze siegac 40 olowiu ponizej najnizszego poziomu posredniej warstwy 12 pieca, lub wewnatrz warstwy posre¬ dniej, to znaczy ponad poziomem 12 a ponizej poziomu 14. Liczba 13 oznacza otwór spustowy warstwy posredniej. 49 Podczas dzialania urzadzenia roztopiona siarka w temperaturze 130—140°C krazy w sposób ciagly w przewodzie 7, 7a od sciekowego zbiornika 3.Przez otwarcie iglicowego zaworu 8 ciekla siarka przedostaje sie do zbiornika do odparowywania, 50 skladajacego sie z cylindra 9, który moze byc grafitowy lub z ogniotrwalego odlewu o srednicy równej okolo 15 cm, którego koniec wchodzi do warstwy posredniej na glebokosci okolo 7,5 cm.Cylinder ogrzewa sie dzieki temu, ze miesci sie 55 w piecu.Ciekla siarka wchodzaca do cylindra 9 bardzo szybko paruje (blyskawiczne parowanie), a wy¬ twarzana w ten sposób para przechodzi w dól komory i wchodzi z roztopionym olowiem (w przy- 60 kladzie przedstawionym za pomoca siarczku lub warstwy posredniej) w reakcje egzotermiczna i da¬ je roztopiony siarczek olowiu lub mieszanine siarczku olowiu i siarczku miedzi.Ciekly siarczek olowiu wchodzi w reakcje z mie- 65 dzia, z arsenkiem miedzi i z innymi metalami5 54622 6 tworzacymi warstwe posrednia znajdujacymi sie w olowiu, aby utworzyc taka warstwe o zada¬ nym skladzie. W ten sposób mozna spowodowac wchodzenie siarki w reakcje z miedzia, znajduja¬ ca sie w olowiu, zapobiegajac spalaniu sie jej na dwutlenek siarki na powierzchni metalu.Niezaleznie od faktu, ze tylko nieznaczna wolna powierzchnia metalu jest wystawiona na dzialanie siarki na dnie zbiornika cylindrycznego 9, stwier¬ dzono, ze w rzeczywistosci wystepuje dobre wy¬ mieszanie prawdopodobnie dzieki temu, ze pary siarki wchodza w kontakt z metalem.Ruch warstwy posredniej w zbiorniku pomaga do ciaglego wystawiania na dzialanie pary swiezej coraz to nowych powierzchni i do przenoszenia miedzi z olowiu do siarczku miedzi do tej war¬ stwy, przez co ta warstwa posrednia jest przy tym wzbogacona w zawartosc siarki.Siarczek olowiu, utworzony w dolnym koncu zbiornika cylindrycznego 9 wskutek reakcji par siarki z roztopionym olowiem, jest znacznie lzej¬ szym niz olów i wykazuje tendencje do predkiego unoszenia sie ku powierzchni granicznej olów r— warstwa posrednia.. Z drugiej zas strony, gdy zbiornik cylindryczny zanurza sie tylko do war¬ stwy posredniej, to siarka w tej warstwie reaguje ze zwiazkami miedzi, wzbogacajac ja w siarke.Olów wejsciowy wchodzi bezposrednio w scisly kontakt z warstwa kamienia po wprowadzeniu do naczynia, a miedz w tym olowiu w reakcje z siar¬ ka tworzac czastki kamienia, które wznosza sie do warstwy posledniej i rozpuszczaja sie w tej warstwie.W przedstawionym urzadzeniu olów laduje sie przez warstwe kamienia w sposób ciagly tak, ze siarka w warstwie posredniej latwo wchodzi w reakcje z olowiem. Zaznaczono wyzej, ze olów, z którego usunieto miedz, w duzym stopniu przez dodawanie siarki zgodnie z wynalazkiem opada w zbiorniku, poniewaz usuwa sie go przy stosun¬ kowo niskiej temperaturze na dole zbiornika. Od czasu do czasu zwezajace sie u» dolu sciany zbiornika chlodzi sie tak, aby powstawaly na- rosty stalego olowiu, zatrzymujace miedz i arse¬ nek miedzi i od czasu do czasu roztapia sie je.Miedz i arsenek miedzi zawarte w narostach wyplywaja wówczas ku górze i tworza warstwe posrednia.W przewodzie krazenia siarki mozna regulowac cisnienie za pomoca elementu ograniczajacego, na przyklad za pomoca zaworu 7b na przewodzie powrotnym 7a. W czasie pracy jednak stwierdzono, ze opór przewodu powrotnego jest wystarczajacy na to, aby przesuwac siarke przez zawór w odpo¬ wiednich ilosciach tak, ze dalsze regulowanie cisnienia nie jest potrzebne.Zbiornik cylindryczny 9 moze byc z grafitu, z odlewu chromomagnezytowego, z grafitu natu¬ ralnego lub z odlewu karborundowego. W górze pieca utrzymuje sie atmosfere redukujaca tak, aby dzialanie na zbiornik 9 atmosfery pieca sprowadzic do minimum.Wynalazek moze obejmowac szereg odmian nie przekraczajacych jego zakresu. PL