납제련[lead smelting]

납제련[lead smelting]

납의 주요한 광석은 방연석(PbS)이다. 이 황화광을 구워서 우선 산화납(PbO)으로 하고, 그것을 용광로에서 탄소환원하여 조연(粗鉛)을 얻는다. 더욱이 건식법 또는 전해정제에서 순도를 올린다.
납의 광석은 아연이나 구리의 황화광을 따라 하는 경우가 많다. 채굴된 광석은 우선 미분쇄되고 부유선광에 의해 각 황화광 및 맥석 성분에 분리하고, 정련 속 납의 품위(함유량)을 50～60mass%로 한다. 이어서 농축한 PbS를 공기로 연소시켜서 PbO(산화납)으로 한다(산화배소).
PbS＋3/2O2→PbO+SO2
이 PbO를 코크스, 용제(석회(CaO), 실리카(SiO2)), 스크랩철 등과 함께 용광로에 넣는다. 코크스는 불어넣어진 공기에 의해 연소하고, 노내를 1200～1400℃로 가열함과 동시에 다음 반응에 의해 납을 환원한다.
PbO＋C→Pb＋CO
PbO＋CO→Pb＋CO2
용제는 광석의 맥석 성분과 연결하여 산화물융체(슬래그)를 형성하고 조연에서 분리된다. 스크랩철은 산화되어 술래그에 들어가고 슬래그의 녹는점을 내려서 흐름을 좋게 한다. 또 스크랩철은 산화배소 후에 남아 있는 황화납의 환원에도 작용한다.
용광로에는 광석에서 PbO에 가해지고, 아연이나 구리제련에서 중간산물로서 얻어지는 함연물질(PbCO3, PbSO4 등)이나 납축전지에서 스크랩납도 가해진다. 또 아연의 용광로제련법인 ISP프로세스에서는 아연을 얻음과 동시에 조연도 함께 제련된다.
조연 속의 주요한 불순물은 구리, 아연, 비스무트. 안티몬, 비소, 주석, 은, 금 등이다. 조연 속의 불순물을 저하시키는 방법에는 건식법과 전해정제법이 있다.
건식법으로 구리를 제거하는 데는 용융조연에 유황을 가하고 온도를 납의 녹는점 부근까지 냉각하면 구리가 Cu2S의 고체로 부상하고 분리된다. 이 공정을 드로싱이라고 한다.
탈구리 후의 조연에 공기를 불어넣는 산화분위기로 하면 주석, 비소, 안티몬이 산화제거된다. 산화를 보다 효율적으로 이루게 하기 위해 수산화나트륨, 질산나트륨, 식염 등을 용제로서 가하고, 그것에 산화시킨 불순물을 흡수하는 방법(해리스법)이 쓰인다.
금, 은을 제거하는 데는 용융한 조연에 아연을 가하고 그것에 흡수하는 방법이 있다. 온도를 내리면 아연은 납에서 분리하지만, 다시 아연을 제거하는 데는 진공제거 등을 한다.
비스무트를 제거하는 데는 용융조연에 마그네슘과 납칼슘합금을 가하고 CaMg2 Bi3라는 화합물 형태로 제거하는 방법(크롤-베타톤법)이 있는데, 첨가제의 가격이 높으므로 비스무트를 다량 함유하는 조연에는 전해정제법이 쓰인다.
전해정련법에서는 구리의 제거가 어려우므로 구리는 미리 드로싱에 의해 제거해 둔다. 탈구리 후의 조연을 양극에 정제 후의 납을 음극으로 하고, 플르오르규소산(H2SiF6)에 납을 용해시킨 것을 전해액으로 전해정제한다. 비스무트, 안티몬, 은, 금이 양극니(陽極泥)로서 제거되는데, 주석은 납과 음극에 공석하기 쉽기 때문에 전해정제의 전 또는 후에 해리스법 등으로 제거한다. 전해정제를 포함하는 이상의 공정으로 얻어지는 납의 순도는 99.99mass% 이상이다.