• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Виробництво чавуну

3.1.1 . Загальна характеристика

3.1.2 . Географія і показники

3.1.3. Основні процеси

3.1.4. Ресурсозабезпечення

3.1.5 . Характеристика впливу на екологію

3.1.6 . Альтернативні рішення

3.2. Виробництво сталі

3.2.1. Загальна характеристика

3.2.2. Головні показники. Географія галузі

3.2.3. Необхідні ресурси

3.2.4. Принципові технологічні процеси отримання сталі

3.2.5. Характер впливу на довкілля

3.2.6 . Захист довкілля від шкідливого впливу сталеплавильного виробництва

3.2.7. Основні шляхи утилізації відходів сталеплавильного виробництва

3.2.8. Зменшення шкідливих викидів

технологічним шляхом

3.3. Виробництво кольорових металів

3.3.1. Характеристика галузі

3.3.2. Цілі і завдання кольорової металургії

3.3.3. Продукти металургійного виробництва

3.3.4. Географія галузі

3.3.5. Основні технологічні процеси

3.3.6 . Вимоги до металургійного процесу і його структури

3.3.7 . Вплив кольорової металургії на екологію

3.4. Виробництво алюмінію

3.4.1. Загальна характеристика

3.4.2. Основні показники та географія

3.4.3 . Виробництво алюмінію

3.4.4. Необхідні ресурси

3.4.5. Вплив на екологію

3.4.6. Заходи боротьби зі шкідливим впливом на екологію . Альтернативні рішення

3.3. ВИРОБНИЦТВО КОЛЬОРОВИХ МЕТАЛІВ

3.3.1. Характеристика галузі

Потреба в кольорових металах із року в рік зростає. Цьому сприяє не тільки невпинно зростаючий попит на них традиційних споживачів металів, але і бурхливий розвиток таких галузей науки і техніки, як радіоелектроніка, обчислювальна техніка, ракетобудування і космічна техніка, ядерна енергетика та ін. Загальне споживання всіх кольорових металів у даний час знаходиться на рівні 30-40 млн. т на рік.

Основною сировиною для одержання кольорових металів ДОСІ Є РУДИ.

Крім рудних джерел, для виробництва багатьох кольорових металів (алюмінію, міді, цинку, свинцю, благородних і ряду інших) використовують вторинну сировину. До неї відносять відходи металообробної промисловості, браковані і металеві деталі, що відслужили свій термін, різноманітний металевий брухт, побутовий утиль та інші матеріали, що містять метал. У перспективі вторинна сировина повинна стати основним джерелом одержання деяких кольорових металів, а за рахунок переробки руд буде покриватися лише дефіцит балансу між споживанням і виробництвом даного металу.

Крім руд, концентратів і вторинної сировини, у кольоровій металургії широко застосовуються інші корисні копалини, найважливішими з яких є паливо і флюси. Паливо використовують як джерело теплоти, одержуваної при його спалюванні. При виробництві кольорових металів застосовують газоподібне (природний газ), тверде (вугілля, вугільний пил, кокс) і рідке (дизельне паливо, мазут) паливо. Природне паливо в основному має органічне походження. До його складу входять вуглець, водень і сірка, що становлять гарячу масу. Крім того, паливо може містити воду і попіл (негорюча частина палива, що складається з оксидів кремнію, алюмінію, кальцію й ін.).

Основною теплотехнічною характеристикою палива є теплота його згоряння, що виражається в кілоджоулях на кілограм, кубічний метр або моль. Для порівняльної оцінки різноманітних видів палива введене поняття умовного палива з теплотою згоряння, рівною 29300 кДж/кг. Для перерахунку витрати будь-якого палива або теплоти в умовне потрібно розділити кількість теплоти його згоряння на 29300 і знайти еквівалент даного палива в одиницях умовного палива. Так, 1 мЗ природного газу з теплотою згоряння 36500 кДж/кг буде еквівалентний 36500:29300 = 1,25 кг умовного палива, а кам'яне вугілля з теплотою згоряння 25000 кДж/кг - 25000:29300 = 0,85 кг умовного палива. У ряді металургійних процесів вуглецеві матеріали одночасно з функціями палива виконують роль відновлювачів.

В останні роки в кольоровій металургії при переробці деяких сульфідних руд і концентратів почали широко використовувати теплоту згоряння самих сульфідів. Теплоти, що виділяється при окислюванні сульфідів, у багатьох випадках цілком достатньо для самостійного (без витрат сторонніх джерел теплової енергії) перебігу металургійних процесів. Такі процеси називаються автогенними.

Використання автогенних процесів у кольоровій металургії має величезне народногосподарське значення, тому що дозволяє заощадити велику кількість вуглецевого палива або електроенергії. Флюсами називають мінеральні добавки, що вводяться в шихту багатьох плавок із метою коригування складу утворених металургійних шлаків. Як флюсуючі добавки найчастіше застосовують кварцити і вапняк. У шихту деяких металургійних плавок вводять залізну руду, соду, фториди і т.п.

3.3.2. Цілі і завдання кольорової металургії

Одержання металевої продукції з руд, концентратів або інших видів сировини, що містять метал - задача досить важка. Вона істотно ускладнюється ще і тим, що в кольоровій металургії переробляють, як правило, порівняно бідну і складну за складом поліметалічну сировину. При її переробці металургійними засобами необхідно одночасно з одержанням основного металу забезпечити комплексне виділення всіх інших цінних компонентів у самостійні товарні продукти при високому ступені їхнього витягу.

Для одержання металів досить високої чистоти зі складної поліметалічної сировини з високим ступенем комплексності його використання недостатньо застосовувати один металургійний процес або один металургійний агрегат. Ця задача може бути реалізована на практиці лише при використанні декількох послідовно проведених процесів, що забезпечують поступовий поділ компонентів перероблюваної сировини.

Весь комплекс застосовуваних металургійних процесів, підготовчих і допоміжних операцій формується в технологічну схему дільниці, відділення, цеху або підприємства в цілому. Для всіх підприємств кольорової металургії характерні багатоступеневі технологічні схеми.

В основі будь-якого металургійного процесу лежить принцип переведення оброблюваної сировини в гетерогенну систему, що складається з двох, трьох, а іноді і більше фаз, що повинні відрізнятися складом і фізичними властивостями. При цьому одна з фаз повинна збагачуватися вилученим металом (металами) і збіднюватися домішками, а інші фази, навпаки, повинні збіднюватися основним компонентом. Розходження деяких фізичних властивостей утворених фаз (агрегатного стану, щільності, взаємної змочуваності, звітрюваності і т.п.) повинно забезпечувати добрий їх поділ найпростішими прийомами.

У практиці металургійного виробництва найбільш розповсюдженими комбінаціями фаз є: г + р; г + т; р + р; р + т; г + р + р; г + р + т, де буквами г, р і т відповідно позначають газову, рідку і тверду фази.

Поділ фаз г + р і г + т внаслідок дуже великого розходження їхніх щільностей легко здійснюється простим відстоюванням. Для випадку тонкого диспергування твердих фаз у газі, коли відстоювання йде дуже повільно, вдаються до особливих способів поділу - пилоуловлення. Фази систем р + р можуть розділятися відстоюванням або центрифугуванням. Для систем р + т можливими прийомами є відстоювання, центрифугування або фільтрування при порівняно низьких температурах (до 300-400°С) і тільки відстоювання при більш високих температурах. Двофазні системи типу г + г розділяють хімічними способами, а системи т + т - методами збагачення.

3.3.2. Продукти металургійного виробництва

Кольорова металургія є комплексною галуззю промисловості. Асортимент товарної продукції підприємств кольорової металургії дуже широкий і різноманітний. Крім металевої продукції, металургійні заводи випускають у великих кількостях додаткову продукцію, у тому числі і продукцію, що не відноситься безпосередньо до металевих матеріалів.

Продукцією окремих підприємств кольорової металургії'можуть бути метали і сплави у вигляді зливків, катодів, порошків, прокату і т.д., різноманітна хімічна продукція, мінеральні добрива, будівельні матеріали, теплова й електрична енергії, технологічний кисень, аргон та інші інертні гази.

Норми і вимоги до якості і розмірних характеристик сировини, матеріалів і виробів металургійного виробництва встановлюються Державними стандартами України (ДСТУ), державними галузевими стандартами (ДГСТ) і технічними умовами (ТУ). У деяких галузях ще існує стандартизація часів СРСР (рос): ГОСТ - государственный стандарт, ОСТ - отраслевой стандарт, ТУ - технические условия.

Стандарти і технічні умови встановлюють на групу виробів і матеріалів або окремі види продукції і визначають повну технічну характеристику сировини або вироблюваної продукції. Держстандарти мають силу державного закону й обов'язкові для виконання в усіх галузях народного господарства.

ДГСТ регламентують взаємовідносини між виробниками певного виду продукції і її споживачами всередині основної галузі. При виробництві кольорових металів у нашій країні такою галуззю є кольорова металургія України. ДГСТ визначають вимоги до сировини, до окремих видів матеріалів, напівпродуктів і продуктів металургійного виробництва, що споживаються тільки всередині галузі.

ТУ затверджуються в тих випадках, коли на продукцію відсутні стандарти або коли потрібне встановлення спеціальних вимог на продукцію, що випускається. ТУ звичайно визначають взаємовідносини між вузьким колом замовників і виробників у суворій відповідності з узгодженими умовами і термінами їхньої дії. Крім товарної продукції, що утворюється при переробці руд кольорових металів, на підприємствах кольорової металургії одержують численні відходи і напівпродукти металургійного виробництва. До них відносяться шлаки, пил, гази, агломерати, епіки, кеки, шлами, розчини тощо.

МЕТАЛИ Є ОСНОВНИМ ВИДОМ ПРОДУКЦІЇ МЕТАЛУРГІЙНОГО ВИРОБНИЦТВА.У кольоровій металургії розрізняють чорнові і рафіновані метали. Чорновими називаються метали, що містять у своєму складі шкідливі домішки, які погіршують споживчі якості даного металу, а також домішки цінних елементів-супутників. Чорнові метали піддають очищенню від домішок - рафінуванню.

Асортимент рафінованих кольорових металів великий. Держстандарти встановлюють випуск до 10 і більше марок кожного металу. Деякі підприємства випускають у невеликих кількостях метали підвищеної (особливої) чистоти. Випуск і якість надчистих металів регламентуються ТУ, укладеними між постачальником і замовником.

ШЛАКИ є другим продуктом металургійних процесів, що призводять до розплавлювання перероблюваних матеріалів. Вони утворюються в результаті ошлакування оксидів порожньої породи і флюсів. Крім компонентів, що утворюють шлаки, реальні заводські шлаки неминуче містять деяку кількість вилучених металів.

При відносно невеликому вмісті цінних компонентів у шлаках рудних плавок вони в більшості випадків є відвальним продуктом, тобто відходами металургійного виробництва. Проте відвальними шлаки заводів кольорової металургії можна вважати лише умовно. З розвитком металургійної техніки, зростаючими потребами народного господарства в багатьох дефіцитних матеріалах і підвищенням вимог до охорони навколишнього середовища вони можуть і повинні стати цінною сировиною для додаткового вилучення ряду кольорових металів, а також заліза і виробництва ряду побічних продуктів - цементу, ситаллів і т.д. В окремих видах плавок, особливо в рафінувальних процесах, шлаки утворюються надмірно багатими за вмістом кольорових металів. Такі шлаки не можуть бути виведені у відвал і потребують обов'язкового збіднення. У промисловій практиці їх використовують як оборотний матеріал одного з основних металургійних процесів або піддають особливій переробці.

Втрати цінних металів із шлаками обумовлені ошлакуванням їх оксидів і часткового розчинення в жужільному розплаві продукту, що містить метал (електрохімічні втрати), а також неповним відстоюванням дрібних завислих у шлаку сульфідних або металевих крапель (механічні втрати).

Вихід шлаків при плавці руд або концентратів кольорових металів звичайно великий і складає 60-120% від маси рудної частини шихти. Підвищений вихід шлаків має місце при плавці дуже бідних руд із високою витратою флюсів. Для кожного металургійного процесу і застосовуваного для його здійснення плавильного агрегату добирають оптимальний склад шлаків, що повинен задовольняти суворо визначеним технологічним і економічним вимогам.

Далеко не завжди безпосередня плавка вихідної рудної сировини забезпечує одержання оптимальних за складом шлаків. У більшості випадків склад шлаків, що утворюються, потрібно коригувати. Коригування складу шлаку з метою наближення його до оптимального проводять введенням у вихідну шихту відповідних флюсів - мінеральних домішок. Якщо оптимальний склад шлаків досягається без додавання флюсів, то перероблювана шихта і шлак, що утворюється, називаються самоплавкими.

Основними компонентами шлаків кольорової металургії є 8іОг, РеО і СаО. Сумарний вміст цих трьох оксидів звичайно складає від 70 до 90-95%. Концентрація СаО рідко перевищує 6-8%. Отже, у більшості випадків ми маємо справу з залізосилікатними розплавами. У металургійних шлаках у залежності від складу перероблюваної сировини і застосовуваної технології можуть також бути присутнім АЬОз, М§0, РЄ3О4, 2п0 і деякі інші оксиди.

До числа найважливіших фізико-хімічних властивостей жужільних розплавів, що впливають на показники плавки, відносяться плавкість (температура плавлення), щільність, розчинність у шлаках продукту, що містить метал і поверхневі властивості металургійних розплавів, що контактують.

ШТЕЙНИ є проміжними продуктами пірометалургійної переробки мідних, нікелевих і частково свинцевих руд і концентратів. Вони являють собою сплав сульфідів важких кольорових металів (міді, нікелю, цинку, свинцю та ін.) із сульфідом заліза, у якому розчинені домішки. На практиці у кольоровій металургії одержують мідні, мідно-нікелеві, нікелеві і поліметалічні штейни. Вони утворюються в рідкому стані і практично не змішуються з рідкими шлаками, що дозволяє розділяти їх простим відстоюванням.

ГАЗИ І ПИЛтакож відносяться до числа обов'язкових продуктів пірометалургійних процесів. Як правило, ці два продукти видаляться з печей разом.

Металургійні вихідні гази можна класифікувати на технологічні, що утворюються за рахунок протікання хімічних реакцій між компонентами перероблюваної сировини, і топкові, що є продуктами спалювання палива. Склад і кількість газів, що відходять, цілком визначаються типом перероблюваної сировини і видом застосовуваного металургійного процесу.

Основними можливими компонентами технологічних газів кольорової металургії є сірчаний ангідрид (80з), діоксид і оксид вуглецю (СОг і СО відповідно), пари води (НгО). В окремих металургійних процесах можливе виділення газоподібного хлору, хлоридів, миш'якових та інших хімічних сполук. При спалюванні палива переважно утворяться СОг, СО і НгО. Крім того, у газах обов'язково будуть присутні азот (N2) і вільний кисень (Ог), які надходять із дуттям і за рахунок підсосів повітря. У більшості випадків вихідні гази покидають металургійний агрегат нагрітими до 800-13 00°С.

Комплексна переробка вихідних газів передбачає:

1. використання цінних компонентів, наприклад 80з, для виробництва сірчаної кислоти, елементарної сірки або рідкого сірчаного ангідриду;

2. використання фізичної теплоти газів для одержання пари, гарячої води, підготовки повітря (дуття) і т.ін.;

3. використання горючих складових (СО і Нг) як підсобне паливо;

4. знешкодження газів з метою охорони навколишньої природи. Пил, що утворюється в металургійних процесах, умовно можна класифікувати на грубий і тонкий.

Утворення грубого пилу пов'язане з впливом газового потоку на дрібні частки перероблюваної шихти або продукту металургійної переробки. Крупність часток пилу і його кількість визначаються швидкістю газового потоку і крупністю перероблюваного матеріалу. Звичайно грубий пил має форму осколків (неправильних багатогранників); розміри часток цього пилу складають від 3-10 мкм до декількох міліметрів. Хімічний склад грубого пилу у більшості випадків ідентичний складу вихідного матеріалу, з якого він утворився. Звичайно грубий пил повертають в обіг або об'єднують із продуктом даного процесу.

Тонкий пил утворюється переважно за рахунок сублімації легколетких компонентів. Пари, що утворюються при цьому, несуться газовим потоком і при наступному охолодженні газів конденсуються з утворенням твердих часток або рідких крапель. Розмір часток тонкого пилу, названого у кольоровій металургії перегоном, у момент утворення складає десяті частки мікрометра. Надалі можливе утворення більш великих включень за рахунок коагуляції дрібних часток.

За хімічним складом перегони різко відрізняються від вихідного матеріалу - вони збагачені леткими компонентами, наприклад цинком, кадмієм, свинцем, германієм, індієм та іншимирідкісними і розсіяними елементами. Перегони є цінною сировиною для вилучення цих елементів, тому повинні обов'язково піддаватися подальшій самостійній переробці.

Увесь пил, що утворюється в металургійних процесах, підлягає уловлюванню, що забезпечує використання цінних компонентів, які містяться в них, і запобігає забрудненню навколишнього середовища.

Основними продуктами гідрометалургійних процесів є розчини і кеки.

Розчинами називають продукти процесу вилужування (розчинення), у яких розчинена речовина знаходиться в стані молекулярного роздрібнення. Це робить їх дуже стійкими системами, які не розділяються при тривалому стоянні.

Найважливішою технологічною характеристикою розчинів є їхня концентрація, що виражає відносну кількість будь-якого складника розчину, що знаходиться в розчиненому стані. У практичній металургії концентрацію розчиненої речовини найчастіше виражають у відсотках за масою або відношенням її вмісту до обсягу розчину в грамах на літр або кілограмах на кубічний метр.

Кеки являють собою тверді порошкоподібні матеріали. За природою утворення розрізняють два види кеків:

1. Нерозчинені залишки вилуженого матеріалу. Наприклад, цинкові кеки від вилужування обпалених цинкових концентратів розчинами сірчаної кислоти. Цинкові кеки містять порожню породу вихідного концентрату, нерозчинні сполуки цинку й інших цінних компонентів.

2. Продукти (осади) цементаційного, хімічного або гідролітичного осадження розчинених металів у вільному металевому стані або у формі нерозчинних хімічних сполук. До таких кеків, зокрема, відносяться кадмієві кеки цинкового виробництва, що містять кадмій, цинк і мідь у вигляді металевих порошків, а також кобальтові кеки нікелевого виробництва, у яких кобальт знаходиться у формі гідроксида Са(ОН)з.

3.3.3. Географія галузі

Сировинна база кольорової металургії України подана запасами алюмінієвої сировини (бокситів, нефелінів, алунітів), значними ресурсами титану, цирконію, магнієвої сировини. Розвідано також родовища інших рідкісних кольорових металів. Виробничий комплекс галузі складається з гірничодобувних підприємств, збагачувальних фабрик, металургійних і металообробних заводів. Кольорова металургія - матеріале- та енергоємна галузь, тому її підприємства споруджуються в місцях видобутку сировини і виробництва електроенергії.

У період тимчасової окупації України німецько-фашистськими загарбниками під час Великої Вітчизняної війни 1941-45 рр. усі підприємства кольорової металургії були зруйновані. У повоєнний період ці підприємства, по суті, були побудовані наново. На базі нових розвіданих родовищ кольорових і рідкісних металів споруджені Іршинський гірничо-збагачувальний комбінат, Верхньодніпровський гірничо-металургійний комбінат, Побузький нікелевий завод. Також були побудовані Артемівський завод по обробці кольорових металів, Торезький завод наплавочних твердих сплавів та інші. Введено також потужності по виробництву кристалічного кремнію на Дніпровському алюмінієвому заводі, повторного алюмінію на Свердловському заводі алюмінієвих сплавів (Луганська область), повторного свинцю на заводі "Укрцинк", непереточуваних твердосплавних пластин на Дніпровському заводі твердих сплавів, напівпровідникових матеріалів, полікристалічного кремнію і багатьох інших видів продукції кольорової металургії. У Миколаєві успішно функціонує глиноземний завод.

За останні роки в деякій мірі підвищилися техніко-економічні показники галузі. Збільшено відсоток вилучення з руди ільменіту, рутилу, цирконію, ртуті, цинку, свинцю, титану, магнію та інших металів. На підприємствах кольорової металургії країни впроваджено нове устаткування та багато прогресивних технологічних процесів. Вперше у світовій практиці на Никитовському ртутному комбінаті був запроваджений випал ртутної руди в промислових печах "киплячого шару" з повною автоматизацією технологічного процесу, утилізацією тепла недогарків і використанням їх як щебеню для будівельних потреб.

На Запорізькому титано-магнієвому комбінаті застосовано рідкий відновлювач титану. Це дало змогу підвищити продуктивність апаратів і поліпшити якість металу. На Дніпровському алюмінієвому заводі вперше в Україні введено в експлуатацію стан по виробництву алюмінієвої катанки безпосередньо з рідкого металу, освоєно виробництво електротермічного силуміну з використанням нових видів сировини - каолінів і дистен-силіманіту.

На Іршинському гірничо-збагачувальному комбінаті був освоєний найбільш продуктивний дражний метод видобутку і збагачення гірської маси; впроваджені в промисловому масштабі гвинтові сепаратори.

3.3.4. Основні технологічні процеси

Всі використовувані при виробництві кольорових металів процеси поділяються на дві групи: пірометалургійні і гідрометалургійні.

Пірометалургійні процеси проводять при високих температурах частіше з повним і рідше з частковим розплавленням матеріалів, а гідрометалургійні процеси - у водних середовищах при температурах не вище 300°С. Виділені в окрему групу електрометалургійні процеси можуть бути як піро-, так і гідрометалургійними. Відмінною рисою цих процесів є використання електроенергії як рушійної енергетичної сили для їх перебігу.

Пірометалургійні процеси

Пірометалургійні процеси за характером протікаючих фізико-хімічних перетворень, поведінки компонентів, що беруть участь у процесі, і кінцевими результатами можна розді-лити на три групи: випал, плавка і дистиляція.

Випал - металургійний процес, проведений при високих температурах (500-1200°С) з метою зміни мінералогічного і хімічного складів перероблюваної сировини. Випалювальні процеси, за винятком випалу зі спіканням, є твердофазними.

У кольоровій металургії застосовують такі види випалювальних процесів:

1. Кальцинуючий випал (прожарювання) проводять з метою розкладання (дисоціації) нагріванням хитких хімічних сполук - гідроксидів, карбонатів та ін. У загальному вигляді цей вид випалу описується такими рівняннями:

2Ме(аН)з—^МсЛ+ЗНзО, 2Ме&+ ЗО,—^21*0+ 250₂_

2. Окисний випал застосовують для підготовчої обробки сульфідних руд і концентратів з метою повного або часткового переводу сульфідів в оксиди:

МеБ+ 20э—*->Мк£0₄_

До окисного процесу відноситься також випал, що агломерує (випал із спіканням). При цьому ставиться завдання одночасно з окислюванням сульфідів

ЗГе₂0,+СО—^-> 2РезР₄+со₂ _спекти матеріал. Спікання відбувається за рахунок утворення при нагріванні деякої кількості рідкої фази, що при затвердінні зв'язує тугоплавкі дрібні частки в грудковий пористий продукт -агломерат.

3. Відновний випал проводять для відновлення вищих оксидів деяких металів до нижчих.

4. Магнезит РЄ3О4 має високу магнітну сприйнятливість і може бути легко відокремлений

5. від іншої породи магнітною сепарацією.

5. Хлоруючий випал проводять з метою переводу оксидів або сульфідів у водорозчинні

6. або леткі хлориди.

Плавка - пірометалургійний процес, проведений при температурах.

Відновна плавка. її проводять з метою одержання металу за рахунок відновлення його

1. оксидних сполук вуглецевими відновниками і переводу порожньої породи в шлак

2. (сплав оксидів).

У кольоровій металургії методом відновної плавки одержують, наприклад, свинець і олово.

2. Плавка на иітейн.її застосовують з метою переведення вилученого металу внапівпродукт, названий штейном (сплав сульфідів). Другим продуктом плавки є шлак,що концентрує в собі оксидні компоненти.

руда або концентрат(8і0₂,СаО)+ (О_і:Н₂)
флюс повітря

Цей вид плавки можна проводити в нейтральній, відновній або окисній атмосфері. В останньому випадку плавку часто називають концентраційною, тому що плавка в окисних умовах дозволяє одержувати штейни з великим вмістом (концентрацією) вилученого металу.

Схема концентраційної (окисної) плавки мідної сировини на штейн така:

МеО -^ Ме~ - О..

або МеС1_: -»Ме²'+2СГ.

Ме^:+-2е->Ме. 0^2_-2е->0_:

або 2СІ²--2е->СІ_:.

Плавку на штейн у всіх її різновидах широко застосовують у металургії міді і нікелю. До окисних процесів переробки сульфідних розплавів відноситься також процес конвертування штейнів.

3. Електротермічна плавка (електроліз розплавлених солей). Плавку ведуть при впливі постійного струму на розплавлене середовище, що складається з оксидів або хлоридів.

При цьому на катоді виділяється метал у рідкому або твердому стані, а на аноді - газ (кисень або хлор).

2МеО* Ме5 -> ЗМе+50₂_

Електроліз розплавлених солей можна застосовувати для одержання практично будь-якого металу. Проте внаслідок відносної дорожнечі процес застосовують тільки тоді, коли інші, більш дешеві методи плавок виявляються непридатними. Електроліз розплавів застосовують при одержанні алюмінію, магнію і деяких інших легких і рідкісних металів.

4. Металотермічна плавка. її застосовують для одержання важковідновлюванихметалів, схильних при взаємодії з вуглецем утворювати карбіди (Ме_хС_у), що надають їм тендітності.В основі цієї плавки лежить принцип витиснення одного металу з його сполуки (оксиду, хлориду і т.п.) іншим, більш активним.Металотермічну плавку застосовують для одержання ряду легких і рідкісних металів.

5. Реакційна плавка. Грунтується на одержанні металу за реакцією взаємодії його оксиду і сульфіду.

Реакційною плавкою, зокрема, одержують металеві мідь і свинець.

Рафінувальні плавки проводять з метою очищення металів від домішок. В основі їх лежать розбіжності в деяких фізико-хімічних властивостях основного металу і його домішок. Існують такі різновиди рафінувальних плавок:

1. Окисне (вогневе) рафінування. Грунтується на підвищеній спорідненості домішки докисню в порівнянні з основним металом. Оксиди домішок, що утворюються приокислюванні розплаву, спливають на його поверхню й утворюють шлак. Прикладомтакого процесу служить вогневе рафінування чорнової міді.

2. Лікваційнерафінування. Воснові цього процесу лежить утворення двох взаємнонерозчинних фаз і їхнє розшаровування (ліквація) за щільністю. Одна з фаз є металом,що рафінується, а друга повинна концентрувати в собі домішки. Утворення другої фазиє наслідком зменшення розчинності домішки в металі при зниженні температури.Залежно від щільності ця фаза буде спливати на поверхню або занурюватися на днорозплаву в рідкому чи твердому стані. Процес широко застосовують у металургіїсвинцю.

3. Сульфідуючерафінування застосовують для видалення домішок, що мають підвищенуспорідненість до сірки. При цьому також утворяться дві незмішувані фази, якірозділяються ліквацією. Цим методом видаляють, наприклад, мідь із свинцю.

4. Хлорне рафінування. Грунтується на розходженні спорідненості металу і домішки до хлору. Утворені хлориди можуть спливати на поверхню розплаву або звітрюватися.

5. Дистиляція - процес випаровування речовини при температурі дещо вище точки її кипіння, що дозволяє сублімацією розділити компоненти оброблюваного матеріалу в залежності від їхньої леткості. Дистиляційні процеси використовують як для переробки рудної сировини, так і для видалення легколетких домішок при рафінуванні або поділі металевих сплавів. Дистиляцію з метою рафінування називають ректифікацією. Дистиляційні процеси використовують у металургії цинку і при одержанні ряду легких і рідкісних металів.

Гідрометалургійні процеси

Гідрометалургійні процеси протікають при низьких температурах на межі поділу найчастіше твердої і рідкої фаз. Будь-який гідрометалургійний процес складається з трьох основних стадій: вилужування, очищення розчинів від домішок і осадження металу з розчину.

Вилужування - процес переводу вилучених металів у розчин (розчинення) при впливі розчинника на перероблюваний матеріал (руду, концентрат, напівпродукти металургійного виробництва і т.п.) часто при газовому реагенті - кисні, водні та інших.

Мс'50₄+Мс" Ме'+Ме" 80₄

У результаті вилужування одержують два продукти: розчин вилученого металу, звичайно забрудненого домішками, і нерозчинений залишок, що складається в основному з порожньої породи.

Як розчинники використовують воду, розчини кислот, лугів або солей. Розчинник повинен бути дешевим і мати селективну дію щодо компонентів оброблюваного матеріалу, по можливості регенеруватися в ході технологічного процесу. Очищення розчинів від домішок проводять із метою запобігання їх потрапляння у вилучений метал при наступному його осадженні.

Для очищення розчинів вилужування від домішок використовують методи хімічного осадження неорганічними або органічними реагентами, гідроліз, кристалізацію або цементацію. В основі останнього процесу лежить принцип витиснення з розчину одного металу іншим, більш електровід'ємним.

Прикладами цементаційного очищення можуть служити процеси виділення міді з сірчанокислих цинкових розчинів цинком або з нікелевого електроліту нікелем. Осадження металів з очищених розчинів від вилужування проводять електролізом водяних розчинів, цементацією або відновленням газоподібними відновлювачами під тиском.

У гідрометалургії кольорових металів, особливо при виробництві рідкісних і благородних металів, дедалі більшого поширення набувають сорбційні (іонообмінні) та екстракційні процеси. Застосування цих процесів спрямовано на вирішення таких задач:

1.переведення цінного металу з розчину після вилужування в інший розчин, більш зручний за сольовим складом для наступної переробки;

або 2Ка+А^2_=Х₂А+2а-,

2. концентрування металів із розведених розчинів і пульп;

3. селективний поділ металів і очищення розчинів від домішок;

4. вилужування, поєднане із сорбцією.

Іонообмінні процеси грунтуються на спроможності деяких твердих речовин (іонітів) при контакті з розчинами поглинати іони з розчину в обмін на іони того ж знака, що входять до складу іоніту. Як іоніти найчастіше використовують тверді синтетичні високомолекулярні речовини з високою обмінною ємністю (іонообмінною спроможністю), хімічною стійкістю і механічною міцністю.

За знаком заряду іонів, що обмінюються, розрізняють катіоніти й аніоніти. Існують також аморфні іоніти - амфоліти, здатні одночасно здійснювати як катіонний, так і аніонний обмін. У загальному вигляді дію іонообмінних смол можна виразити рівнянням.

Екстракцією (рідинною екстракцією) називається процес вилучення розчинених хімічних сполук металів з водяного розчину в рідку органічну фазу, що не змішується з водою. Наступною реекстракцією з органічної фази екстрагований метал вилучають у водяний розчин.

У якості екстрагентів використовують органічні кислоти і їх солі, солі амінів і амонієвих основ, спирти, ефіри, кетони.

Також слід зазначити, що, мабуть, у жодній іншій галузі немає такого достатку технологічних процесів і розмаїтості технологічних схем, як у кольоровій металургії. Характерним для цієї галузі є поєднання піро- і гідрометалургійних процесів. Ця тенденція постійно розширюється і вже зараз дозволяє більш успішно, ніж однією групою металургійних процесів, вирішувати задачі підвищення ступеня вилучення і якості цінних компонентів, комплексності використання перероблюваної сировини, створення маловідхідних і безвідхідних технологій, охорони навколишнього середовища.

2.3.5. Вимоги до металургійного процесу і його структури

Технологічні процеси, які існують на підприємствах, в більшості випадків далеко не цілком задовольняють сучасним вимогам. Ряд процесів та їх апаратурне оформлення застаріли і мають бути замінені новими, більш досконалими.

Сучасні металургійні процеси одержання кольорових металів і тим більше процеси найближчого майбутнього повинні задовольняти, щонайменше, цим основним вимогам:

1. висока питома продуктивність застосовуваних апаратів;

2. висока продуктивність праці (випуск продукції на одного робітника);

3. високий ступінь вилучення всіх цінних складових;

4. високий ступінь комплексності використання сировини;

5. мінімальні енергетичні витрати за рахунок використання зовнішніх джерел теплової енергії або електрики;

6. максимальне використання повторних енергоресурсів;

7. забезпечення можливості комплексної механізації й автоматизації всіх операцій;

8. використання простої, дешевої, довговічної і зручної в роботі, пуску, наладці і ремонті апаратури;

9. забезпечення можливості створення безупинних, потокових, цілком автоматизованих технологічних ліній одержання металів із частковим або повним програмним керуванням;

10. забезпечення безпечних і нешкідливих умов праці й охорони навколишнього середовища.

Удосконалення існуючих і створення нових технологій і апаратів, що максимально задовольняють вимогам сучасності, можливо лише за умови глибокого розуміння структури металургійних процесів і можливостей керування швидкостями їх перебігу.

Будь-який металургійний процес являє собою складний комплекс послідовних фізико-хімічних перетворень, що протікають одночасно, і взаємодій - елементарних стадій.

За своїм характером фізико-хімічні перетворення і взаємодії в пірометалургії визначають три групи явищ:

1. Перетворення, пов'язані тільки з дією високих температур. До них відносяться нагрів, сушіння, термічна дисоціація, плавлення і т.п.

2. Перетворення, пов'язані з дією газової фази на тверді і рідкі речовини.

Характер таких перетворень залежить від властивостей газового середовища. В окисній атмосфері, що містить кисень або інші окислювачі, відбуваються реакції окислювання сульфідів, металів, горіння вуглецю і т.п. Якщо середовище буде відновним, тобто коли в газовій фазі багато оксиду вуглецю або водню, то будуть протікати реакції відновлення оксидів металів, сульфатів, оксиду сірки і т.д. Нейтральна атмосфера, що не містить окислювачів або відновлювачів у помітних кількостях, не справлятиме істотного впливу на перероблювані матеріали.

3. Хімічні взаємодії між присутніми в перероблюваних матеріалах компонентами.

У гідрометалургії фізико-хімічні взаємодії протікають на межі поділу твердої і рідкої фаз, час-то за участю газоподібного реагенту. В основному вони спрямовані на розчинення твердої речовини або, навпаки, на виділення твердої фази з розчину.

Кожний металургійний процес характеризується власною, що відрізняється від інших процесів, структурою. Знання структури процесу дуже важливо для металургів, тому що це дозволяє грамотно управляти процесом, намічати шляхи його подальшого удосконалення або інтенсифікації.

Різноманіття застосовуваних у кольоровій металургії процесів не дозволяє розглянути в даному розділі структуру кожного з них.

Найважливіші металургійні процеси будуть проаналізовані з цих позицій при розгляді технології одержання конкретних металів. Зупинимося лише на загальній характеристиці елементарних стадій найбільш складного за своєю структурою процесу металургійної плавки рудної сировини. Рудні плавки включають такі елементарні стадії:

1. нагрів і сушіння перероблюваних матеріалів;

2. термічну дисоціацію хитких хімічних сполук;

3. окислювання сульфідів або відновлення оксидів (залежно від виду плавки);

4. розплавлення легкоплавких компонентів з утворенням первинних розплавів;

5. розчинення більш тугоплавких складових у первинних розплавах з утворенням штейну або чорнового металу і шлаку;

6. розподіл цінних компонентів між продуктами плавки;

7. поділ рідких продуктів плавки.

Всі перелічені стадії рудної плавки протікають послідовно або одночасно, з різними швидкостями і повнотою завершення. Найповільніша з елементарних стадій в кінцевому підсумку визначатиме сумарну швидкість плавки, а отже, і кінцеву продуктивність застосовуваного агрегату.

Слід відзначити, що з числа елементарних стадій плавки рудної сировини найбільш повільною буде остання - поділ рідких продуктів плавки. Цю стадію, здійснювану звичайно відстоюванням, можна прискорити шляхом інтенсивного перемішування розплавів, що приведе до збільшення питомої продуктивності плавильної печі.

3.3.6. Вплив кольорової металургії на НПС

У розрізі впливу галузі на екологію розглянемо вплив на навколишнє середовище найважливіших кольорових металів.

Швидкість корозії кольорових металів, що знаходять практичне застосування, у забрудненій атмосфері змінюється в досить широких межах, хоча, як правило, ця швидкість нижча, ніж у сталі.

Зразки міді, алюмінію, латуні, нікелю, свинцю і цинку експонувалися в шести районах з різноманітними умовами навколишнього середовища. У районах із найбільш високим рівнем забруднення атмосфери спостерігалися найвищі швидкості корозії, причому нікель і цинк виявилися схильними до корозії найбільше. З цих двох металів цинк має набагато важливіше значення, оскільки його широко застосовують для нанесення захисних покриттів на сталеві вироби, що експлуатуються в атмосферних умовах.

Алюміній

Вважається, що алюміній стійкий до корозії, індукованої 80г, оскільки на його поверхні утворюється винятково інертна оксидна плівка. Проте при одночасній наявності в атмосфері 80г і високих концентрацій твердих макрочасток може відбуватися пошкодження поверхні.

У США, наприклад, здійснюється суворий контроль за вмістом у викидах 80г та аерозолів, особливо таких агломератів, які можуть служити центрами, що ініціюють корозію. Поверхнева корозія алюмінію, індукована 80г, не вважається серйозною проблемою. В Україні ця проблема ще істотна.

Більш важливе значення має можливість корозії під напругою алюмінію при 80г. При проведенні лабораторних досліджень встановлено, що у зразків алюмінію, які знаходилися під навантаженням в атмосфері із вмістом 79 і 1310 мкг 80г на 1 м , межа тривкості на вигин знизилась на 8,6 і 27,6% відповідно.

Мідь

Мідь і мідні сплави в атмосферних умовах у більшості випадків утворюють тонку стійку поверхневу плівку, що перешкоджає подальшому протіканню корозії. У початковий період атмосферної корозії утворюються оксиди і сульфіди міді, що мають коричневий колір, та здатні до ущільнення з утворенням чорної плівки. Через декілька років утворюється зеленуватий наліт, відомий за назвою патина. Цей наліт являє собою основний сульфат міді або, у морській атмосфері, основний хлорид міді. Обидві ці сполуки винятково стійкі до подальших атмосферних впливів.

Читайте також:

1. Аграрне виробництво і його особливості
2. Акти за формою Н – 5, Н – 1 та НПВ. Нещасні випадки пов’язані з виробництвом і не пов’язані з виробництвом.
3. Аналіз загальної суми витрат на виробництво продукції.
4. Аудит витрат на виробництво продукції, виконання робіт, надання послуг
5. Безчавунне виробництво сталі
6. Біотехнологічне виробництво незамінних амінокислот
7. Бітехнологічне виробництво ферментних препаратів
8. Величина доходу від використання праці, землі й капіталу визначається величиною їхнього граничного внеску у виробництво певних товарів чи послуг.
9. Виробництво
10. Виробництво автомобілів світовими автомобільними компаніями за 2010 рік
11. Виробництво білків одноклітинних організмів
12. Виробництво борошняних кондитерських виробів

Переглядів: 1092