Классификация металлургических процессов Курс Металлургические технологии Лекция 2

Классификация металлургических процессов Курс «Металлургические технологии» Лекция 2

Классификация металлургических процессов Пирометаллургические процессы Электрометаллургические процессы Гидрометаллургические процессы

Пирометаллургические процессы: обжиг дистилляция плавка • Обжиг – • Обжиговые процессы твердофазные (исключение )

Разновидности обжиговых процессов • Кальцинирующий О – прокалка Цель: Me(OH)3 = Me 2 O 3 + H 2 O Al(OH)3 → Al 2 O 3 + H 2 O Me. CO 3 = Me. O + CO 2 Ca. CO 3 → Ca. O + CO 2

Разновидности обжиговых процессов • Окислительный О Цель: 2 Me. S + 3 O 2 = 2 Me. O + 2 SO 2 Cu 2 S + O 2→Cu 2 O+ SO 2 – Сульфатизирующий О Me. S + 2 O 2 = Me. SO 4 Fe. S + 2 O 2 = Fe. SO 4 – Агломерирующий О Цель:

Разновидности обжиговых процессов • Восстановительный О Цель: 3 Fe 2 O 3 + CO = 2 Fe 3 O 4 + CO 2

Разновидности обжиговых процессов • Галогенизирующий О Цель: – Фторирующий О – Хлорирующий О Ti. O 2 + Cl 2 + 2 C = Ti. Cl 4 + 2 CO

Пирометаллургические процессы: обжиг • Плавка – - дистилляция плавка

Разновидности рудных плавок (по характеру протекающих основных химических реакций) • Восстановительная П Цель: (Me. O, Si. O 2, Ca. O, Fe 2 O 3 ) + C + (O 2, N 2) = руда дутье = Me + (Si. O 2, Ca. O, Fe 2 O 3) + (CO 2 , N 2) шлак газы

Разновидности рудных плавок (по характеру протекающих основных химических реакций) • Плавка на штейн Цель: (Cu. Fe. S 2, Si. O 2, Ca. O, Fe. S 2) + (Si. O 2, Ca. O) + (O 2, N 2) = руда флюс дутье = (Cu 2 S, Fe. S) + (Si. O 2, Ca. O, Fe. O) + (SO 2 , N 2) штейн шлак газы

Разновидности рудных плавок (по характеру протекающих основных химических реакций) • Окислительная П Цель: Cu 2 S + O 2 = 2 Cu + SO 2

Разновидности рудных плавок (по характеру протекающих основных химических реакций) • Металлотермическая П Цель: Me 1 O (Me 1 Cl) + Me 2 = Me 1 + Me 2 O (Me 2 Cl) Ti. Cl 4 + 2 Mg = Ti + 2 Mg. Cl 2

Разновидности рудных плавок (по характеру протекающих основных химических реакций) • Реакционная П Цель: Me. S + 2 Me. O = 3 Me + SO 2 2 Pb. O + Pb. S = 3 Pb + SO 2

Разновидности рудных плавок (по характеру протекающих основных химических реакций) • Электролиз расплавленных солей Цель: Me. O (Me. Cl 2) = Meo + ½ O 2 (Cl 2) Al 2 O 3 = 2 Al + 1, 5 O 2 Mg. Cl 2 = Mg + Cl 2 K: Me 2+ +2 e = Meo A: O 2 - - 2 e = ½ O 2 A: 2 Сl- - 2 e = Cl 2

Рафинировочные плавки (для очистки металла от примесей) • Окислительное (огневое) Р основано на Образующиеся оксиды примесей всплывают на поверхность, образуя шлак.

Рафинировочные плавки (для очистки металла от примесей) • Сульфидирующее Р основано на Образуются 2 несмешивающиеся фазы.

Рафинировочные плавки (для очистки металла от примесей) • Хлорное Р основано на Хлориды примесей всплывают на поверхность и улетучиваются.

Рафинировочные плавки (для очистки металла от примесей) • Ликвационное Р основано на Образование двух фаз – следствие снижения растворимости примесей в основном металле при понижении температуры.

Рафинировочные плавки (для очистки металла от примесей) • Карбонильное Р основано на (Ni, Cu)тв + 4 СОгаз → Ni(CO)4 газ + Cuтв

Рафинировочные плавки (для очистки металла от примесей) • Электролитическое Р А: Cuo - 2ē = Cu 2+ K: Cu 2+ + 2ē = Cuo

Пирометаллургические процессы: обжиг дистилляция • Дистилляция – • Дистилляция может быть плавка

Гидрометаллургические процессы: выщелачивание очистка раствора осаждение Ме из раствора • Гидрометаллургические процессы –

• Выщелачивание (вскрытие, растворение) – перевод Ме в раствор при воздействии растворителя на перерабатываемый материал (руду, концентрат) часто в присутствии газового реагента. • Продукты выщелачивания: - - Растворитель – вода, кислота, щелочь, раствор солей – должен быть: - -

• Очистка раствора от примесей – • Методы очистки: - химическое осаждение - кристаллизация, - цементация Cu. SO 4 + Zn = Cu + Zn. SO 4

• Осаждение( выделение) металла из раствора • Методы: - Cu 2+ + H 2 = Cu o + 2 H+

Сорбция (ионообменный процесс) – Иониты – Существуют: - катиониты – - аниониты – - амфолиты – 2 RH+ + K 2+ ↔ R 2 K + 2 H+ 2 RCl + A 2 - ↔R 2 A + Cl 2 Обратный процесс –

Экстракция – Экстрагенты: – органические кислоты, - соли органических кислот, - спирты, - кетоны, - эфиры. Обратный процесс -

Продукты и полупродукты металлургического производства процессы Пирометаллургического производства 1. металл, сплав 2. штейн (файнштейн) 3. шлак Гидрометаллургического производства 4. пыль 1. раствор 5. газы 2. кек 3. шлам 4. сточные воды

Пирометаллургическое производство Металл/сплав Черная металлургия Чугун cплав Fe c 2 -4% C примеси: Si, Mn, S, P легирующие добавки: Cr, Ni, Al, V литейный передельный Ферросплавы лом сплавы Fe с Сr, Ni, Ti, Si и др. Сталь основа Fe + до 2% C + легирующие добавки

Пирометаллургическое производство Шлак - источник потерь металла. По технологическим признакам (способу формирования): - шлак рудной плавки - рафинировочные шлаки Выход шлаков (от 60 до 120 %) – количество образовавшегося при плавке шлака, отнесенное к единице массы перерабатываемого рудного материала или полученного металла.

Пирометаллургическое производство По химической активности шлаки классифицируются кислые Si. O 2, Al 2 O 3 амфотерные Fe 2 O 3, Zn. O основные Ca. O, Fe. O, Mg. O По общим признакам к кислым шлакам относят шлаки с содержанием Σ(Si. O 2+Al 2 O 3) более 40 %.

Пирометаллургическое производство Важнейшие свойства шлаков (для металлургической практики): 1 2 3 4 5 6

Пирометаллургическое производство Газы и пыли отходящие газы пыль технологические газы топочные газы Основными компонентами отходящих газов являются: сернистый ангидрид (SO 2) углекислый газ (СO 2) угарный газ (СО) пары воды (H 2 O) возгоны (Zn, Pb, As, Hg и др. ) пыль

Гидрометаллургическое производство Растворы Растворами – продукты процесса выщелачивания, в которых растворенное вещество находится в состоянии молекулярного раздробления, что делает их устойчивыми системами, не разделяющимися при сколь угодно длительной выдержки. Растворители: - Вода - Растворы кислот, щелочей и солей Важнейшие технологические характеристики раствора: -

Гидрометаллургическое производство Кек и шлам - НЕРАСТВОРИМЫЕ ОСАДКИ ПЕРЕДЕЛА ВЫЩЕЛАЧИВАНИЯ Кек содержит пустую породу исходной руды (концентрата). Шлам - отвалы производства, состоящие как из пустой породы исходного сырья, так и из новообразований технологического передела. Кек и шлам являются основными источниками потерь ценного компонента.

Гидрометаллургическое производство Сточные воды - как и шламы – отходы гидрометаллургических производств - как и газы пирометаллургических производств – основные источники загрязнения окружающей среды Требование, предъявляемое к современной металлургии, КОМПЛЕКСНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ