close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

6 МКМ

код для вставкиСкачать
Відповіді на питання по курсу "Металургія кольорових металів"
1. Окускування дрібних матеріалів при виробництві кольорових металів. Обдавання, брикетування, агломерація: сутність процесів, їх переваги і недоліки (привести схему агломерації)
Окускування - це процес перетворення дрібних матеріалів в кускові необхідних розмірів, застосування яких значно покращує показники роботи металургійних агрегатів. Окускування дрібних матеріалів проводять обдаванням (грануляцією), брикетуванням і агломерацією. Обдаванням (грануляцією) називається операція укрупнення дрібних фракцій руд, концентратів і порошків, при якій матеріал скачується в кулевидні майже геометрично правильні міцні окатиші (гранули), що зберігають свою форму і розміри при подальшій переробці. Перевагою процесу є висока продуктивність при менших капітальних і експлуатаційних витратах. Технологічна схема обдавання включає наступні три операції: підготовка матеріалів до обдавання, власне обдавання та зміцнення сирих гранул. Обдавання здійснюють в барабанних або чашевих грануляторах. Основним недоліком барабанних грануляторів є неоднорідність окатишів за розміром. У всіх випадках підвищення тривалості обдавання призводить до отримання більш крупних окатишів та зниженню відносної продуктивності гранулятору.
Брикетуванням називається процес окускування шляхом пресування рихлих і пилоподібних матеріалів в шматки правильної і одноманітної форми - брикети. Міцність, що надається брикетам обумовлюється або дією сил молекулярного зчеплення в результаті зближення готельних частинок при пресуванні, або дією сполучних частинок. Тому за характером зв'язування частинок розрізняють брикетування без добавок пов'язує і з застосуванням неорганічних і органічних речовин. Перед пресуванням вихідні матеріали піддають підготовчим операціям: підсушки або зволоженню, подрібнення, гранулометричний класифікації, перемішуванню з єднальними речовинами і т.д. Для брикетування рудної сировини використовують валкові і штемпельні преси. Штемпельні преси відрізняються періодичністю роботи, великими габаритами, складністю конструкції, малою продуктивністю, великою витратою електроенергії і необхідністю частої заміни швидкоістірающіхся матриць. Великий практичний інтерес представляють кільцеві преси, що поєднуються властиві валковим пресів безперервність дії і відносну простоту конструкції з можливістю створення високих тисків, властивих штемпельним пресам.
Агломерацією називається процес спікання дрібної руди або концентратів в міцний, кусковий і пористий матеріал (агломерат) в результаті спалювання палива в шарі матеріалу, що спікається. Спікання відбувається за рахунок часткового розплавлення легкоплавких компонентів шихти, які, змочують шматки більш тугоплавкої породи, при наступному охолодженні зварюють їх. Найбільш поширені агломераційні машини стрічкового типу, 1 - зона агломерації; 2 - зона горіння; 3 - зона займання;
4 - зона сушки; 5 - зона сирої шихти; 6 - колосникові грати
Рис. Схема агломерації з просмоктуванням повітря і розподіл температури по висоті шару шихти
що є безперервним ланцюгом рухомих спікаючих візків (палет) з днищами у вигляді колосникових грат. Основним недоліком агломерації з просмоктуванням є приварювання агломерату до колосників палет. Частково воно може бути відвернене завантаженням на палетах "ліжка" з тугоплавких матеріалів, наприклад роздрібнюваного вапняку. Плавка агломерату завжди відрізняється вищою питомою продуктивністю плавильного агрегату і меншою витратою палива або електроенергії. Метод забезпечує хорошу хімічну і термічну підготовку шихти до плавці. Недолік методу - дорожчий спосіб в порівнянні з іншими.
2. Шихтопідготовка в кольоровій металургії. Вимоги до якості шихт. Бункерний і штабельний способи приготування шихти, їх сутність і вживання (привести схеми приготування шихти)
Великі об'єми матеріалів, що переробляються на сучасних металургійних заводах, вимагають хорошої організації приймання, випробування і складування шихтових матеріалів, а також самого приготування шихти. Розрізняють дві групи підготовчих операцій: механічну і хімічну підготовку.
До механічної підготовці належить:
1) Складування і зберігання шихтових матеріалів;
2) Дроблення і подрібнення вихідних матеріалів (руд, флюсів, кускових оборотів);
3) Сортування матеріалів по крупності;
4) Зневоднення вихідних матеріалів згущенням, фільтруванням і сушкою;
5) Кускування дрібних матеріалів;
6) Приготування шихти шляхом змішування її компонентів.
Хімічна підготовка зводиться до випалу або агломерації вихідних рудних матеріалі. Загальні вимоги до якості шихти:
1) постійність хімічного складу;
2) придатність за хімічним, мінералогічним і гранулометричним складом;
3) оптимальна крупність компонентів шихти;
4) оптимальна вологість.
Однією з кращих систем організації підготовки, зберігання і подачі шихти на металургійну переробку є пошарове штабелювання в механізованих шихтарниках (рис. 1). Механізований шихтарник являє собою склад закритого типу, обладнаний транспортерними системами подачі шихтових матеріалів і розвантаження готової шихти. Рисунок 1.- Пошарове штабелювання в механізованих шихтарниках. Шихтові матеріали у відсіки (секції) шихтарника надходять за системою транспортерів. Візок, який, автоматично переміщаючись уздовж відсіку вперед і назад, розсипає компоненти шихти на майданчику тонкими горизонтальними шарами. Розвантаження штабеля проводиться за допомогою шихторозвантажувальної машини, яка переміщаючись уздовж штабеля, за допомогою борони, здійснює зворотно-поступальні рухи, розпушує шихту і скидає її на транспортер. По транспортеру готова шихта прямує в металургійний переділ. Робота шихтарника організована таким чином, що один з трьох штабелів укладають, другий випробують, а третій розвантажують. Таке приготування шихти забезпечує найкраще змішування шихтових компонентів. Іншим досить поширеним методом приготування шихти є бункерна шихтовка (рис.2). Цей метод передбачає зберігання шихтових матеріалів в окремих бункерах, з яких матеріали відповідно до розрахунковоі кількості пошарово дозуються на транспортерну стрічку. Перемішування компонентів шихти в цьому випадку відбувається при транспортуванні і особливо в місцях перевантаження матеріалів з ​​транспортера на транспортер. Дозування шихти на збірний транспортер може здійснюється стрічковим, пластинчастим або тарілчастим живильниками.
1 - бункер, 2- живильник, 3 - стрічковий транспортер, 4, 5 - концентрат I, 6 - концентрат II, 7 - оберти, 8 - кварц, 9 - вапняк, 10 - шихта
Рис. 2 - Схема приготування шихти на транспортерній стрічці
Основним недоліком бункерної системи є мала місткість, так як запас шихти у бункерах буває невеликим (зазвичай на одну зміну). Збільшення запасу шихти призводить до їх громіздкості і дорожчання.
3. Металургійні гази і пил, їх класифікація і характеристика. Технологічні і топкові гази, грубий і тонкий пил кольорової металургії (навести приклади)
Більшість пірометалургійних процесів характеризуються утворенням значних кількостей газів і пилу. Як правило, ці два продукти видаляються з печей спільно.
Металургійні гази, що відходять, можна класифікувати на технологічно утворені за рахунок протікання хімічних реакцій, і топкові, що являються продуктами спалювання палива. Склад та кількість газів, що відходять повністю визначається типом переробної сировини та видом прийнятого металургійного процесу.
Основними компонентами технологічних газів є сірчистий ангідрид (SO2), вуглекислий газ (СО2), оксид вуглецю (СО) і пари води (Н2О). У окремих металургійних процесах можливе виділення газоподібного хлору, хлоридів, миш'яковистих й інших хімічних сполук. При спалюванні палива переважно утворюються СО2, СО і Н2О. Крім того, в газах обов'язково будуть присутні азот і вільний кисень, що поступає в надлишку з дуттям і за рахунок підсосів повітря.
Пил, що утворюється в металургійних процесах, умовно можна розділити на грубі і тонкі. Утворення грубого пилу пов'язане з дією газового потоку на дрібні частки шихти, яка переробляється, або продукти металургійної переробки. Зазвичай грубий пил має форму осколків; розміри часток цього пилу складають від 3-10 до декількох сотень мікрометрів. Хімічний склад ідентичний складу вихідного матеріалу. Тонкий пил утворюється переважно за рахунок сублімації легколетких компонентів. Пил, який виходить при цьому, несеться газовим потоком і при подальшому охолоджуванні конденсується в тверді частки або краплі. По хімічному складу сублімати відрізняються від вихідного матеріалу - вони збагачені леткими компонентами, наприклад цинком, кадмієм, свинцем, германієм, індієм і рядом інших рідких і розсіяних елементів.
4. Напівпродукти підприємств кольорової металургії. Штейни, шлаки, їх склад і типи (навести приклади). Пічні, конвертерні, рафінувальні, відвальні, оборотні, самоплавкі шлаки. Коректування складу шлаку
До напівпродуктів металургійного виробництва відносяться шлаки, штейни, пил, гази, агломерати і спеки, кеки, шлами, розчини тощо.
Штейном називається сплав сульфідів важких кольорових металів (мідь, нікель, свинець, цинк та ін.) з сульфідом заліза, в якому розчинені домішки. На практиці кольорової металургії отримують мідні, мідно-нікелеві, нікелеві і поліметалічні штейни. Основними компонентами мідних штейнів є сульфіди міді і заліза (Cu2S і FеS). У мідно-нікелевих штейнах переважають Ni3S2, Cu2S і FеS. Мідні та мідно-нікелеві штейни є хорошими розчинниками (колекторами) всіх благородних металів. Крім того, вони обов'язково містять селен і телур і ряд інших домішок (миш'як, сурму, вісмут, кадмій та ін.)
Шлаки є другим обов'язковим продуктом більшості металургійних плавок. Вони утворюються за рахунок ошлакування порожньої породи і флюсів і складаються, в основному, з оксидів. Залежно від характеру процесу розрізняють шлаки рудної плавки, конвертерні і рафінувальні.
Розрізняють шлаки передільні і відвальні. Передільні містять підвищену кількість цінних металів. Вони утворюються, як побічний продукт при виплавці або рафінуванні металів (наприклад, конвертерні шлаки Ni - і Cu- виробництв або анодний шлак рафінування Сu). Передільний шлак зазвичай використовується в одному з головних процесів технологічної схеми або застосовується в спеціальних процесах обробки: фьюминговання, електроплавлення з добавкою відновника і сульфидизатора, флотація та ін.
В відвальних шлаках низький вміст цінних металів, і їх витягання при цьому рівні технології економічно невигідно. Такі шлаки є відходами металургійного виробництва. Відвальні шлаки часто використовують для виробництва шлаковати та ін. будівних матеріалів.
Основними компонентами шлаків кольорової металургії є SiO2, FеO і CаO. В металургійних шлаках в залежності від складу передільної сировини та використаної технології можуть також бути присутніми Al2O3, MgO, Fe3O4, ZnO тощо. Склад шлаків змінюється в широких межах, відповідно змінюються і фізико-хімічні властивості розплавів. Для кожного металургійного процесу і вживаного для його здійснення плавильного агрегату підбирають оптимальний склад шлаків, який повинен задовольняти строго певним технологічним і економічним вимогам.
Коректування складу шлаку з метою наближення його до оптимального, проводять введенням у вихідну шихту відповідних флюсів - мінеральних добавок. Якщо оптимальний склад досягається без добавки флюсів то шлак, що виходить, називається самоплавким.
5. Товарна продукція підприємств кольорової металургії та її види (навести приклади). ДСТУ, ГСТ, ТУ на товарну продукцію, їх призначення і особливості вживання. Чорнові, технічної чистоти, високої чистоти, особливої чистоти кольорові метали (навести приклади)
Кольорова металургія є комплексною галуззю промислового виробництва. Асортимент товарної продукції підприємств кольорової металургії дуже широкий і різноманітний. Окрім металевої продукції, металургійні заводи випускають додаткову продукцію. Продукцією окремих підприємств кольорової металургії можуть бути: * кольорові метали і сплави у вигляді злитків, катодів, прокату тощо;
* хімічна продукція: сірчана кислота, елементарна сірка, мідний і нікелевий купорос, кальцинована сода, поташ тощо;
* мінеральні добрива: суперфосфат, амофос;
* будівельні матеріали: цемент, щебінь, гранульований шлак, шлакова брущатка тощо;
* теплова та електрична енергія;
* кисень та аргон.
Норми і вимоги до якості і розмірних характеристик сировини, матеріалів і виробів металургійного виробництва встановлюються Державними стандартами (ДСТУ), галузевими стандартами (ГСТ) і технічними умовами (ТУ). Наприклад, ДСТУ 3790-98. "Металургія кольорових металів. Терміни та визначення основних понять."
Стандарти і технічні умови встановлюються на групу виробів і матеріалів або окремі види продукції і визначають повну технічну характеристику сировини або продукції, що випускається. ДСТУ мають силу закону та обов'язкові для виконання у всіх галузях народного господарства. Галузеві стандарти ГСТ, як правило, визначають вимоги до сировини матеріалів напівпродуктів та продуктів металургійного виробництва, які споживаються лише усередині галузі. Технічні умови затверджуються в тих випадках, коли на продукцію відсутні стандарти або коли потрібне встановлення спеціальних вимог на продукцію, яка випускається. Технічні умови на промислову продукцію зазвичай визначають взаємини між вузьким колом замовників та виробників в строгій відповідності з погодженими умовами і термінами їх дії.
У кольоровій металургії залежно від вживаної технології і складу металів, що виходять, розрізняють чорнові і рафіновані метали. Товарною продукцією, як правило, є рафіновані метали.
Чорновими металами називають метали, забруднені домішками. До числа домішок входять шкідливі і коштовні елементи - супутники основного металу. Шкідливі домішки погіршують характерні для даного металу властивості: електропровідність пластичність, корозійну стійкість тощо. Цінні супутники - благородні метали, селен, галій, індій, вісмут й ін. - необхідно попутно обов'язково витягувати.
Чорнові метали обов'язково піддають очищенню від домішок - рафінуванню. Сортамент рафінованих кольорових металів великий. ДСТУ встановлюють випуск до 6-10 і більше марок кожного конкретного металу. У невеликих кількостях деякі підприємства кольорової металургії випускають метали підвищеної (особливої) чистоти. Здобуття таких металів пов'язане з великими додатковими витратами праці часу і засобів.
Чисті метали або сплави з низьким вмістом домішок. Залежно від ступеня чистоти розрізняють метали: порівняної чистоти, або технічно чисті (99,0 - 99,90%); підвищеної чистоти (99,90 - 99,99%); високої чистоти, або хімічно чисті (99,99 - 99,999%); особливої ​​чистоти, або спектрально-чисті (вище 99,999% основного металу).
6. Гідрометалургійні процеси в кольоровій металургії. Три основні стадії гідрометалургійних процесів. Осадження металів з розчинів електролізом водних розчинів, цементацією, відновленням газоподібними відновниками (навести приклади хімічних реакцій)
Гідрометалургія - витягання металів з руд, концентратів і відходів різних виробництв водними розчинами хімічних реагентів з подальшим виділенням металів з розчинів. Гідрометалургійні процеси проводяться при низьких температурах в межах розділу найчастіше твердої і рідкої фаз. Основні стадії гідрометалургійних процесів: вилуговування, очищення розчинів від домішок і осадження металу з розчину.
Вилуговування - процес перекладу витягуваних компонентів в розчин при дії на матеріал розчинника, що переробляється. В результаті вилуговування отримують два продукти: розчин витягуваного металу, забруднений, як правило домішками, і нерозчинний залишок (кек), що складається з компонентів порожньої породи і важкорозчинних з'єднань. Для очищення розчинів вилуговування від домішок використовують методи осадження металів електролізом водних розчинів, цементацією або відновленням газоподібними відновниками під тиском. У основі цементаційного осадження лежить принцип витіснення з розчину одного металу іншим (більш електронегативним). Прикладом цементаційного очищення служить процес виділення міді з сірчанокислих цинкових розчинів цинком: (CuSО4 + Zn ==> ZnSO4 + Cu).
Спосіб осадження газами-відновниками полягає в обробці розчинів при підвищеній (Т > 370 К) температурі і тиску газами-відновниками (Н2, SO2, СО). Він відрізняється високою інтенсивністю, забезпечує селективне осадження металу у формі порошку, регенерацію розчинника (наприклад, при осадженні міді з кислих розчинів), у ряді випадків (при осадженні нікелю, кобальту) отримання композиційних порошків. Спосіб використовують в промисловому масштабі для осадження порошків нікелю, кобальту, міді, благородних металів. Прикладом цього способу є осадження міді з кислих розчинів:
Cu2+ + SO32- + H2O = Сu + 2Н+ + SO42- .
Електроліз використовують для обробки розчинів з підвищеним вмістом металів ( ≥ 25-40 г/дм3), застосовуючи нерозчинні аноди. В результаті на катоді відновлюються іони металу:
Меn++ nе = Meк,
а на аноді протікає реакція з утворенням молекулярного кисню:
Н2O+ 2е = 2Н++ 0,5О2.
Цей спосіб використовують для витягання міді, цинку, кадмію, сурьми, нікелю, срібла і ряду інших металів, отримуючи компактні або порошкоподібні осади. В процесі осадження розчини обіднюються по витягуваному металу, одночасно в еквівалентному співвідношенні регенерується реагент-розчинник (наприклад, сірчана кислота при обробці сульфатних розчинів), що дозволяє організувати замкнуту схему по розчиннику.
7. Гідрометалургійні процеси в кольоровій металургії. Три основні стадії гідрометалургійних процесів. Види розчинників. Очищення розчинів від домішок хімічним осадженням, кристалізацією, цементацією, екстракцією, іонообмінними процесами (навести приклади хімічних реакцій)
Гідрометалургія - витягання металів з руд, концентратів і відходів різних виробництв водними розчинами хімічних реагентів з подальшим виділенням металів з розчинів. Гідрометалургійні процеси проводяться при низьких температурах в межах розділу найчастіше твердої і рідкої фаз. Будь-який гідрометалургійний процес складається з трьох основних стадій: вилуговування, очищення розчинів від домішок і осадження металу з розчину.
Вилуговування - процес перекладу витягуваних металів в розчин при дії розчинника на матеріал (руду, концентрат тощо), що переробляється, часто у присутності газового реагенту - кисню, водню й ін. Розчинниками для вилуговування з'єднань є переважно сірчана кислота (ванадій мідь, цинк), сода (ванадій в карбонатних рудах, молібден, вольфрам), їдкий натр (глинозем, вольфрам), аміак (мідь, нікель), ціаністі солі (золото, срібло), сірчистий натрій (сурма, ртуть), розчини хлору і хлоридів (благородні метали, свинець, рідкі метали), тіосульфати (золото, срібло). Для очищення розчинів вилуговування від домішок використовують методи осадження металів кристалізацією, цементацією, екстракцією, іонообмінними процесами (навести приклади хімічних реакцій), методи хімічного осадження неорганічними або органічними реагентами.
При кристалізації домішок випадає в осад пересиченні розчину в результаті, наприклад, випарювання з нього води. В основі цементаційного осадження лежить принцип витіснення з розчину одного металу іншим (більш електронегативним). Прикладом цементаційного очищення служить процес виділення міді з сірчанокислих цинкових розчинів цинком (CuSО4 + Zn ==> ZnSO4 + Cu)
У гідрометалургії кольорових металів все більше поширення набувають сорбційні (іонообмінні) і екстракційні процеси.
Іонообмінні процеси засновані на здатності деяких твердих речовин (іонітів) при контакті з розчинами поглинати іони з розчину в обмін на іони того ж знаку, що входять до складу іоніту. У загальному вигляді дію іонообмінних смол можна виразити рівняннями:
2RH + K2+  R2K + 2H- або
2RCl + A2+1  R2A + 2Cl-
де R - радикал з фіксованими іонами, К - катіон; А - аніон.
Екстракцією називається процес витягнення розчинених хімічних сполук металів з водного розчину в рідку органічну фазу, що не змішується з водою. Як екстрагенти використовують органічні кислоти і їх солі амінів і амонієвих підстав, спирти, ефіри, кетон.
8. Рафінувальні плавки в кольоровій металургії, їх види і призначення. Вогневе, лікваційне, сульфідуюче, хлорне, карбонільне, цементація рафінування (навести приклади хімічних реакцій)
Рафінувальні плавки проводять з метою очищення отриманих металів від домішок. В основі їх лежить відмінність у фізико-хімічних властивостях основного металу і металів-домішок. Існують наступні різновиди рафінувальних плавок:
1. Окислювальне (вогневе) рафінування. Засновано на відмінності в спорідненості до кисню основного металу і домішок. Оксиди домішок, що утворюються при цьому, спливають на поверхню металу, що рафінується, утворюючи шлак. Типовим прикладом такого процесу є вогневе рафінування чорнової міді.
[Cu-Fe]ж+0,5О2=[Cu]ж+(FeO)ж.
2. Лікваційне рафінування - суто фізичний метод рафінування. В основі цього процесу лежить принцип утворення і розділення за щільністю (ліквація) двох фаз, одна з яких є металом, що рафінується. Домішка при цьому повинна концентруватися в іншій фазі, нерозчинній в основному металі. Залежно від щільності вона спливатиме на поверхню або занурюватиметься на дно розплаву. Процес широко використовують в металургії свинцю.
3. Сульфідуюче рафінування, використовується для очищення металів від домішок, які володіють підвищеною спорідненістю до сірки. При цьому також утворюються дві фази, що не змішуються, відділяються один від одного ліквацією. Прикладом такого процесу може служити рафінування свинцю від міді.
[Pb - Cu]ж + S2(тв) = [Pb]ж +(Cu2S)тв.
4. Хлорне рафінування. Засновано на відмінності спорідненості до хлору металу і домішок. Хлориди домішків, що утворилися, спливатимуть на поверхню металу або випаровуватимуться. Таким способом, наприклад, здійснюється очищення чернового свінцю від цинку:
[Pb - Zn]ж+Cl2=[Pb]ж+(ZnCl2)ж.
Хлорне рафінування широко використовується в металургії алюмінію.
5. Карбонільне рафінування - процес отримання чистого порошкоподібного металу, ґрунтований на здібностях ряду металів утворювати з монооксидом вуглецю з'єднання типу Mex(CO)n - карбоніли. Її використовують для отримання чистих кольорових металів 6-8 груп періодичної системи: Ni, Mo, W, Re, Co, Pt.
Карбонільний процес складається з 2 стадій: 1) синтез карбонілу при температурі Т1 і визначеному тиску СО:
МехПрz+nСО→Мех(СО)n↑+zПр;
2) його термічне розкладання при температурі Т2<Т2 по реакції
Мех(СО)n→хМе+ nСО↑, де
Мех(СО)n - сполука металу з киснем, сірой або черновой метал, що містить металеві домішки.
6. Цементація рафінування заснована на витісненні більш електропозитивних металів з розчинів їх з'єднань менш електропозитивними металами, що знаходяться в твердому стані. Наприклад, нормальний електрохімічний потенціал міді + 0,344 в, цинку - 0,762 в; ця різниця потенціалів дозволяє здійснювати реакцію Cu 2+розчин + Znметал = Zn 2+розчин + Cuметал . Чим більше різниця потенціалів, тим менше залишковий вміст в розчині металу, що облягає. Цементацію широко застосовують для очищення розчинів від домішок і для витягання металів з розчинів. 9. Рудні плавки в кольоровій металургії. Плавка на штейн, відновна, електролітична, металотермічна, реакційна плавка (вкажіть призначення і наведіть приклади хімічних реакцій)
Плавка - пірометалургійний процес, що проводиться при температурах, які забезпечують в більшості випадків повне розплавлення матеріалу, що переробляється. Розрізняють два різновиди плавок - рудні і рафінувальні. За характером протікаючих основних хімічних реакцій рудні плавки розділяються на наступні види:
1. Відновна плавка. Її проводять з метою здобуття металу за рахунок відновлення його оксидних з'єднань вуглецевими відновниками або переведення порожньої породи в шлак (сплав оксидів).
(MeO,SiO2,CaO,Fe2O3) + C + O2, N2 ==> Me + (SiO2,CaO,FeO) + CO2,N2
руда дуття метал шлак газ
У кольоровій металургії методом відновної плавки отримують, наприклад, свинець і олово.
2. Плавка на штейн. Її застосовують з метою витягування металу в напівпродукт, званий штейном (сплав сульфідів). Плавку на штейн широко використовують при виробництві міді і нікелю. Другим продуктом плавки є шлак, який концентрує в собі оксиди руди і флюси
(CuFeS2,FeS2,SiO2,CaO) + (SiO2,CaO) + (O2,N2) ==>
руда або концентрат флюс дуття
==> (Cu2S,FeS) + (FeO,SiO2,CaO) + (SiO2,N2)
штейн шлак гази
3. Електроліз розплавлених солей ведуть під дією постійного струму на розплавлене середовище, яке складається з оксидів або хлоридів.
MеO (MeCl2) ==> Me2+ +O2- ( 2Cl--),
Me2+ +2 ==> Me - на катоді
O2-- - 2 ==> O2 або 2Cl- - 2 ==> Cl2 - на аноді
Електроліз розплавлених солей можна застосувати для отримання практично любого металу, але виходячи з дорожнечі цей спосіб використовується тільки тоді, коли інші не можуть бути використані. 4. Металотермічна плавка. Її застосовують для здобуття важковідновлюваних металів, схильних в разі застосування вуглецевих відновників до утворення карбідів (Ме х С), що додають їм крихкість.
Mе'O (Me'Cl2) + Me" ==> Me' + Me"O (Me"Cl2)
Металотермічних плавку використовують при отриманні ряду легких і рідкісних металів.
5. Реакційна плавка. Заснована на здобутті Ме за рахунок взаємодії його оксиду і сульфіду:
2MеO + MеS ==> 3Me + SO2
По методу реакційної плавки отримуються чернова мідь при конвертируванні мідних штейнів та свинець.
10. Обпалювання в кольоровій металургії. Кальцінуючий, окислювальний, агломеруючий, відновний, хлоруючий і фторуючий (дайте визначення і наведіть приклади хімічних реакцій)
Обпалювання - металургійний процес, що проводиться при високих температурах (500-12000С) з метою зміни хімічного складу сировини, яка переробляється. Обпалювальні процеси, за винятком обпалювання із спіканням, є твердофазними. У кольоровій металургії застосовують наступні види обпалювання:
1.Кальцінуюче обпалювання (прокалку) проводять з метою розкладання (дисоціації) нагрівом нестійких хімічних сполук - гідроксидів, карбонатів та ін. У загальному вигляді цей вигляд обпалювання описується наступними рівняннями:
Me(ОН)3 ==> Me2O3 + H2O;
MeCO3 ==> MEO + CO2 .
2. Окислювальне обпалювання застосовують для підготовчої обробки сульфідних руд і концентратів з метою повного або часткового перекладу сульфідів в оксиди:
2MеS + 3O2 ==> 2MeO + 2SO2 .
До окислювального процесу відноситься і агломеруюче обпалювання (обпалювання із спіканням). Останній має на меті одночасно окислювати і спікати матеріал. Спікання відбувається за рахунок утворення деякої кількості рідкої фази, яка при застиганні зв'язує тугоплавкі дрібні частки в кусковий пористий продукт - агломерат.
3. Відновне обпалювання проводять для відновлення вищих оксидів деяких металів до нижчих, наприклад:
3Fe2O3 + CO ==> 2Fe3O4 + CO2 .
4. Хлоруюче і фторуюче обпалювання проводять з метою перекладу оксидів або сульфідів у водорозчинні або леткі хлориди (фториди).
Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O .
11. Класифікація металургійних процесів при виробництві кольорових металів. Піро-, гідро- і електрометалургійні процеси, їх коротка характеристика і призначення. Наведіть приклади хімічних реакцій обпалювання, плавки, дистиляції, вилуговування, екстракції, цементації, електролізу
Всі використовувані при виробництві кольорових металів процеси підрозділяють на дві групи:
* Пірометалургійні;
* Гідрометалургійні.
Пірометалургія - сукупність металургійних процесів, що протікають при високих температурах. По технологічних ознаках виділяють наступні види пірометалургійних процесів: випалення, плавка, конвертація, рафінування, дистиляція. Обпалення металургійний процес, що проводиться при високих температурах (500-12000С) з метою зміни хімічного складу сировини, яка переробляється. Характеризується тим, що матеріал зберігає твердий стан при зміні складу і деякому укрупненні частинок. Як приклад приведемо рівняння окислювального обпалювання:
2MeS + 3O2 ==> 2MeO + 2SO2.
Плавка - пірометалургійних процес, що проводиться при температурах, що забезпечують в більшості випадків повне розплавлення матеріалу, що переробляється. Розрізняють два різновиди плавок - рудні і рафінувальні. Як приклади приведемо відновну рудну плавку:
(MeO, SiO2, CаO, Fe2O3) + C + O2, N2 = Me + (SiO2, CаO, FеO) + CO2,N2.
Дистиляція (перегін) - процес випару речовини при температурі декілька вище за точку його кипіння, що дозволяє розділити компоненти оброблюваного матеріалу залежно від їх летючості. Дистиляційні процеси можуть використовуватися як для первинної переробки рудної сировини, так і для видалення легколетких домішок при рафінуванні металів або розділенні металевих сплавів. Як приклад, отримання цинку з окисненої сировини. Найбільш леткими в цинкової сировині є кадмій (Ткипіння=767 0С) і цинк (Ткипіння=907 0С), інші метали-супутники мають більшу Ткипіння>17000С. T1
ZnO+CO→Znпар+СО2;
T2
CdO+CO→Cdпар+CO2 .
Гідрометалургійні процеси проводяться при низьких температурах на межі розділу, найчастіше твердої і рідкої фаз. Будь-який гідрометалургійний процес складається з трьох основних стадій: вилуговування, очищення розчинів від домішок і осадження металу з розчину.
Вилуговування - процес переведення витягуваних металів в розчин при дії розчинника на матеріали (руду, концентрат тощо), які переробляються, часто у присутності газового реагенту - кисню, водню й ін. Очищення розчинів від домішок проводять з метою запобігання їх попадання у витягуваний метал при подальшому його осадженні у вигляді хімічної сполуки або у вільному стані. Для очищення використовують різні методи, деякі з них приведені нижче. У основі цементаційного осадження лежить принцип витіснення з розчину одного металу іншим (більш електронегативним). Прикладом цементаційного очищення служить процес виділення міді з сірчанокислих цинкових розчинів цинком: (CuSО4 + Zn ==> ZnSO4 + Cu).
Електроліз використовують для обробки розчинів з підвищеним вмістом металів ( ≥ 25-40 г/дм3), застосовуючи нерозчинні аноди. В результаті на катоді відновлюються іони металу:
Меn++ nе = Meк,
а на аноді протікає реакція з утворенням молекулярного кисню:
Н2O+ 2е = 2Н++ 0,5О2.
Екстракція - процес розділення суміші рідких або твердих речовин за допомогою виборчих (селективних) розчинників (екстрагентів).
Процес екстракції включає 3 послідовних стадії: змішання початкової суміші речовин з екстрагентом; механічне розділення (розшарування) двох фаз, що утворюються; видалення екстрагента з обох фаз і його регенерацію з метою повторного використання.
Електрометалургійні процеси, що іноді відокремлюють в окрему групу можуть бути як піро-, так і гідрометалургійними. Особливістю електрометалургійних процесів є використання електроенергії як рушійної енергетичної сили для їх протікання. Електроліз - фізико-хімічне явище, що полягає у виділенні на електродах складових частин розчинених речовин або інших речовин, вторинних реакцій, що є результатом, на електродах, яке виникає при проходженні електричного струму через розчин або розплав електроліту. Процес описується наступною схемою: MеO (MeCl2) ==> Me2+ + O2- (2Cl-).
Me2+ + 2e ==> Me - на катоді;
O2- - 2e ==> O2  або 2Cl- - 2e ==> Cl2 на аноді.
В результаті на катоді виділяється метал (у рідкому або твердому стані), а на аноді - газ.
12. Вогнетривкі матеріали і їх класифікація за вогнетривкістю і характером хімічної активності оксиду, який служить вогнетривкою основою. Кремнеземні, алюмосилікатні, магнезійні, хромисті, вуглецеві вогнетриви. Робочі властивості вогнетривів
Для спорудження плавильних печей і ряду інших агрегатів, а також для створення в них внутрішнього захисного облицювання, яке називається футеровкою, використовують найчастіше вогнетривкі матеріали. Вогнетривкими називають будівельні матеріали, що витримують без розплавлення температури до 1600ºC і більше. За своїм складом вони, в основному, представляють оксидні системи. Вогнетривкі матеріали залежно від їх фізико-хімічних властивостей класифікуються за вогнетривкістю, хіміко-мінералогічним складом, хімічній активності оксидів й рядом інших характеристик.
Вогнетривкість - стійкість матеріалів при тривалій дії температур. За вогнетривкістю вироби підрозділяють на вогнетривкі (1580-1770ºС), високовогнетривкі (1770-2000ºС) й вищої вогнетривкості (більше 2000ºС).
За хіміко-мінералогічним складом вогнетривкі матеріали класифікують на наступні основні групи: 1. кремнеземні - вогнетривка основа SiO2 (динасові, кварцове скло)
2. алюмосилікатні - вогнетривка основа А12О3 і SiO2 (напівкислі, шамотні і високоглиноземисті)
3. магнезійні - основа MgO (магнезитові, доломітові, шпинельні, форстеритові)
4. хромисті - основа Cr2O3 · MgO (хромітові, хромомагнезитові)
5. вуглецеві - основа вуглець (графітові, вугільні, карборундові).
За характером хімічної активності оксиду, який служить вогнетривкою основою, вогнетриви бувають кислі (SiO2) і нейтральні (Аl2О3), а також основні (MgO, CаO).
Вогнетриви повинні володіти наступними робочими властивостями:
1) термічна стійкість;
2) здатність зберігати в процесі експлуатації первинний об'єм і форму.
3) пористість або газопроникність;
4) теплопровідність;
5) електропровідність та ряд інших властивостей.
13. Металургійне паливо. Класифікація його за агрегатним станом і способом здобуття (наведіть приклади основних видів палива). Теплотворна здатність палива. Повнота згорання палива (наведіть приклади реакцій згорання палива). Коефіцієнт надлишку дуття
Необхідні температури в металургійних процесах досягаються спалюванням палива або за рахунок використання електроенергії. Паливом називаються речовини, які в процесах хімічних або ядерних перетворень здатні виділяти значну кількість теплоти, здобич і широке використання яких економічно доцільно. Основні різновиди палива мають органічне походження. До складу палива входять C, H2, S, O2, N2, присутні у вигляді різних з'єднань, які складають горючу масу. Крім того, в паливі можуть міститися вода і зола - негорюча частина. Органічне паливо - це вуглецеві або вуглеводневі з'єднання, здібні вступати в реакцію окислення з киснем повітря з виділенням великої кількості теплоти. За агрегатним станом розрізняють тверде (кокс, брикети, деревне вугілля), рідке (розчини солей ) і газоподібне паливо (природний, доменний, генераторний, коксівний газ), а за способом здобуття - природне (природний газ, копаливні вугілля) і штучне (доменний газ, кокс, брикети). Штучне паливо отримують в результаті направленої переробки природного палива. У металургії прагнуть використовувати тільки високоякісне паливо з високою теплотворною здатністю і низьким вмістом золи. Цим вимогам найбільшою мірою задовольняють природний газ, мазут, кокс і висококалорійний кам'яне вугілля.
У ряді металургійних процесів вуглецеві матеріали, крім функцій палива , виконують роль відновників. При спалюванні палива виділяється теплова енергія, кількість якої тісно пов'язана з хімічним складом палива й умовами його спалювання. Кількість тепла, яке виділяється при спалюванні палива, називається теплотою згорання палива або його теплотворною здатністю. Теплота згорання виражається в наступних одиницях: кДж/кг, кДж/м3 або кДж/моль. Наведемо приклади деяких реакцій згорання палива:
C + O2 = CO2 + 34070 кДж/кг
H2 + 1/2 O2 = H2O + 241800 кДж/моль
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 35800 кДж/м3
Горіння палива здійснюється за рахунок кисню дуття: повітря (21%(об.) О2), суміші повітря з киснем або технологічного кисню (95-98%(об.) О2). Повнота спалювання палива характеризується коефіцієнтом надлишку дуття (α). Якщо кількість дуття відповідає теоретично необхідному для повного спалювання палива, то α = 1. При недостатності дуття α < 1, при його надлишку α > 1.
14. Дроблення і подрібнення рудної сировини кольорових металів. Крупне, середнє, дрібне дроблення, тонке подрібнення. Міра дроблення (подрібнення), (щокові, конусні, валкові і молоткасті дробарки, барабанні млини (намалюйте схему і поясніть принцип дії)
Дроблення в техніці, процес руйнування шматків твердого матеріалу для зменшення їх розміру. Дроблення принципово не відрізняється від подрібнення. Умовно вважають, що при дробленні отримують продукти більше, а при подрібненні дрібніше 5 мм.
Для витягання мінералів і відділення їх один від одного руду потрібно роздрібнити і подрібнити. При тісному взаємному зрощенні мінералів для їх розділення потрібне подрібнення до 0,2 мм і дрібніше. Міра дроблення (подрібнення) є відношенням діаметрів найбільших шматків руди (D) до діаметру шматків продукту подрібнення (d): K = D / d. Дроблення і подрібнення руди зазвичай ведуть в декілька стадій з використанням дробарок і млинів різних типів. Наведемо розміри шматків продуктів на кожній стадії: крупне дроблення - 100...300 мм, середнє дроблення - 10...50 мм, дрібне -3...10 мм, тонке - 0,05...2,0 мм й менше.
Для дроблення руд кольорових металів найчастіше застосовують щічні, конусні, валкові і молоткасті дробарки. У щокових дробарках дроблення руди відбувається при наближенні щоки, що гойдається, і нерухомо закріпленою щокою. Щокові дробарки - апарати періодичної дії. Це є основним недоліком щокових дробарок, які мають нижчу продуктивність в порівнянні з конусними дробарками безперервної дії. Дроблення в конусних дробарках здійснюється в кільцевому просторі між двома усіченими конусами. Валкові дробарки з гладкими і рифленими валками застосовують для дрібного дроблення. Вихідний матеріал подається в дробарку зверху захоплюється валками, які обертаються назустріч один одному, дробиться і розвантажується вниз під дробарку. В конусній дробарці подрібнення здійснюється в результаті гойдання внутрішньої конусної голоакі по нерухомій конусній воронці. Рисунок 1. - Схема подрібнення в дробарках:
а - щоковій, б - конусній, в - валковій.
Молотко́ва дроба́рка - дробарка для середнього та дрібного дроблення з робочим органом у вигляді ротора з шарнірно закріпленими на ньому ударними елементами - молотками (рис. 2).
Рис. 2 - Молоткова дробарка:
1 - корпус; 2 - молоток; 3 - диск; 4 - вал; 5 - броньова плита; 6 - решето.
Для подрібнення кускових матеріалів до крупності часток менше ніж 1,2 мм використовують барабанні млини (рис. 3), які залежно від вигляду тіл, що дроблять, діляться на кульові, стержневі, самоподрібнюючі тощо. Наприклад, в кульовому млині 95% вихідного матеріалу подрібнюється металевими кулями до розмірів менш за 0,075 мм. Млини ефективно працюють тільки при певному ступені подрібнення, тому для отримання тонкого продукту подрібнення часто ведуть в два, рідше в три прийоми (стадії).
Рисунок 3. - Схема облаштування (а) і роботи (б) барабанного млину.
15. Якісна схема збагачення руд кольорових металів. Підготовчі, збагачувальні і допоміжні процеси. Технологічні показники збагачення руд. Витягання, ступінь збагачення, вихід продукту (дайте визначення і наведіть приклади)
Більшість руд кольорових металів є порівняно бідними поліметалевими породами. Тільки незначна частина придатна для безпосередньої переробки на металургійних заводах. Руди зазвичай збагачують. Перед збагаченням руду приводять до такого стану, при якому мінерали, які містяться в ній, будуть як можна повніше звільнені від сполучення один з одним. Це досягається при дробленні і подрібненні руди та сортуванням подрібненого матеріалу за розмірами, грохоченням або класифікацією. У свою чергу, отриманий концентрат необхідно підготувати до металургійної переробки шляхом його обезводнення. Таким чином, процес збагачення складається з підготовки руди до збагачення, власне збагачення і підготовки концентрату до металургійної переробки. Дроблення та подрібнення, сортування за розміром та обезводнення широко використовують також безпосередньо і в металургійному виробництві у якості підготовчих та допоміжних операцій. До основних технологічних показників збагачення відносять: вміст компонентів в сировині і в продуктах збагачення, міру збагачення, вихід продуктів збагачення і витягання корисних компонентів в продукти збагачення.
Мірою збагачення (концентрації) називається відношення вмісту корисного компонента в концентраті до вмісту його у вихідній сировині. Міра збагачення показує, у скільки разів концентрат багатший за вихідну сировину.
Мірою витягання або просто витяганням корисного компонента називають відношення його маси (вміст) в продукті збагачення до маси (вмісту) в початковій руді. Воно виражається у відсотках або долях одиниці.
Виходом продукту називається відношення маси отриманого продукту до маси вихідного матеріалу. Вихід можна виражати у відсотках або долях одиниці. 16. Збагачення руд кольорових металів. Завдання збагачення руд. Концентрат, проміжний продукт, хвости (дайте визначення і наведіть приклади). Способи збагачення руд
Збагачення руд, як самостійна галузь гірничо-металургійного виробництва, здійснюється методами механічної обробки, не пов'язаної з хімічними, перетвореннями мінералів; хімічний склад мінералів при цьому залишається незмінним. Змінюються лише кількісні співвідношення між вмістами цінних мінералів і порожньої породи у вихідній сировині і продуктах збагачення. Руди зазвичай збагачують, тобто штучно підвищують вміст металів у сировині, що надходить на металургійну переробку, а в ряді випадків попередньо поділяють цінні метали. Збагачення руд дозволяє підвищити вміст металу в десятки і сотні разів порівняно із здобутими рудами. Кінцевими продуктами збагачення є концентрати і відходи.
Концентратом називають продукт збагачення з підвищеним вмістом витягуваного металу. Концентрати зазвичай називають по переважному в них цінному металу або мінералу - мідний, цинковий, молібденовий, піритні або баритовий. Концентрати, які містять приблизно однакові кількості декількох металів, називаються колективними. До них відносяться мідно-цинкові, мідно-нікелеві та ін. Відходи процесів збагачення називають відвальними хвостами. Вони складаються переважно з порожньої породи з невеликим вмістом коштовних мінералів, які не вдається виділити в концентрат. Іноді при збагаченні руд отримують проміжні продукти, які за якістю не можуть бути віднесені ні до концентратів, ні до хвостів. Проміжні продукти або очищують повторним збагаченням, або піддають спеціальній металургійній переробки. Слід зазначити, що отримання та додаткова переробка проміжних продуктів у ряді випадків виправдані,так як сприяють випуску більше якісних концентратів основних металів, що виділяються при селективному збагаченні поліметалічних руд.
Підвищення вмісту металу в сировині в результаті його збагачення досягається шляхом видалення більшої частини порожньої породи. Разом з цим вирішується завдання виділення кожного металу в окремий продукт, придатний для самостійної металургійної переробки. Такий метод збагачення називається селективним збагаченням. Принципово до збагачувальних процесів можна віднести також процеси первинної переробки сировини, направленої на виділення з неї цінних компонентів в самостійний продукт методами хімічних дій. Типовими прикладами "хімічного" збагачення служать отримання глинозему (Аl2О3) з алюмінієвих руд, виробництво вольфрамового ангідриду (WO3) з вольфрамових руд тощо. Численні способи механічного збагачення засновані на використанні відмінності фізичних властивостей мінералів: щільності, крупності, форми, кольору та блиску, змочуваності тощо. Основними методами збагачення, що знайшли найбільш широке застосування в кольоровій металургії, є флотація і гравітація. З інших методів збагачення, що використовують в кольоровій металургії, слід зазначити ручну рудо збірку, магнітну та електростатичну сепарації.
17. Вторинна сировина кольорових металів, її класифікація і характеристика. Амортизаційний і побутовий лом. Виробничі відходи. Поточні, оборотні, відвальні відходи, безповоротні втрати (дайте визначення і наведіть приклади)
Під поняттям вторинна сировина кольорових металів і сплавів мається на увазі відходи кольорових металів, які утворюються в процесі виробництва, вжитку і експлуатації продукції, що втратили первинні споживчі властивості.
Відходи виробництва - залишки сировини, матеріалів, напівфабрикатів, які утворилися при виробництві продукції і які втратили повністю або частково вихідні споживчі властивості. Відходи вжитку (лом) - вироби та матеріали, які втратили споживчі властивості із-за фізичного або морального зносу.
Класифікація відходів - розділення відходів кольорових металів за фізичними, хімічними властивостями та якістю. Відходи кольорових металів і сплавів ділять на класи, групи і сорти. За способом використання відходи ділять на поточні, оборотні, такі, що не переробляються (або відвальні) відходи і безповоротні втрати. Поточні відходи утворюються на підприємствах в процесі виробництва і підлягають здачі заготівельним організаціям. Оборотні відходи використовуються на підприємствах, де вони утворюються. Відвальні - це відходи, переробка яких методами, що існують в даний час, екологічно недоцільна. Безповоротні втрати - це відходи, що утворюються при корозії, стиранні, чистовій механічній обробці, угар металів та зібрані відходи. Відходи вжитку (лом) за джерелами утворення поділяють на три групи: лом промисловий, транспортний і сільськогосподарський; лом військовий; лом побутовий. Лом першої і другої групи утворює категорію амортизаційного лому.
В найбільшій кількості в наступний час з вторинної сировини виробляються алюміній і основні важкі кольорові метали. Так, доля вторинного алюмінію, міді, свинцю, цинку та олову в загальному балансі виробництва складає відповідно 20...25, 30...40, 35...50, 25...30 та 20...25 %. Виключно найбільше значення для сучасної економіці має виробництво вторинних коштовних металів. Заволікати вторинну сировину в цикл металургійного виробництва дозволяє більш економно витрачати природні рудні ресурси, отримувати метали більш простими та дешевими металургійними прийомами, додатково збільшувати випуск металевої продукції. 18. Руди і мінерали кольорових металів (дайте визначення і наведіть приклади). Класифікація руд і мінералів. Сульфідні, окислені, змішані, самородні, моно- і поліметалічні руди
Рудою називається гірська порода, що містить в своєму складі метал або метали в таких кількостях, які при сучасному рівні розвитку збагачувальної і металургійної техніки можуть бути економічно вигідно перероблені в товарну продукцію. Руда складається з мінералів - природних хімічних сполук. Наприклад відомо більш за 250 мідних мінералів, деякі з них: халькопірит, борніт, малахіт, куприт тощо. Мінерали підрозділяють на рудні (цінні) і порожню породу. До порожньої породи відносять мінерали, які не містять витягуванних елементів. В багатьох випадках до пустої породи відносять залізовмісні мінерали (сульфіди і оксиди), що на даний час не можна признати правильним. Найчастіше породоутворюючими елементами є кварц, карбонати, силікати та алюмосилікати.
Залежно від виду присутніх металовмісних мінералів руди кольорових металів діляться на наступні групи:
- сульфідні, в яких метали знаходяться у формі сполук з сіркою - сульфидів. Прикладом таких руд можуть служити мідні, мідно-нікелеві і свинцево-цинкові руди;
- окислені, в яких метали присутні у формі різних кисневмісних сполук: оксидів, карбонатів тощо. До цієї групи відносяться алюмінієві, окислені нікелеві, олов'яні руди, руди ряду рідкісних металів.
- змішані, в яких метали можуть одночасно знаходитися як в сульфідній, так і в окисленій формі, а іноді в самородному стані (мідні руди);
- самородні, містять метали у вільному стані. У самородному стані в природі зустрічаються золото, срібло, мідь , платина, вісмут і ртуть.
За числом присутніх металів руди класифікуються на монометалічні і поліметалічні (комплексні). Більшість руд кольорових металів є поліметалічними і містить мінімум два цінні компоненти.
19. Класифікація кольорових металів. Легкі, важкі, рідкісні, благородні метали. Основні властивості і сфери застосування кольорових металів
Згідно з промисловою класифікацією, всі метали діляться на дві групи: чорні і кольорові. Кольорові метали умовно діляться на п'ять груп:
Основні важкі метали: мідь, нікель, свинець, цинк і олово. Свою назву вони отримали із-за великих масштабів виробництва і вжитку, великої ("важкої") питомої ваги в народному господарстві.
Малі важкі метали: вісмут, миш'як, сурма, кадмій, ртуть і кобальт. Вони є природними супутниками основних важких металів. Зазвичай їх отримують попутно.
Легкі метали: алюміній, магній, титан, натрій, калій, барій, кальцій і стронцій. Метали цієї групи мають найнижчу серед інших металів густину (питому масу).
Благородні метали: золото, срібло, платина і платиноїди (паладій, родій, рутеній, осмій, іридій). Ці метали володіють високою стійкістю до впливу навколишнього середовища й агресивних середовищ.
Рідкісні метали: підрозділяються на групи:
* тугоплавкі метали (вольфрам, молібден, тантал, ніобій, цирконій і ванадій);
* легкі рідкісні метали: літій, берилій, рубідій і цезій;
* розсіяні метали: галій, індій, талій, германій, гафній, реній, селен і телур;
* рідкісноземельні метали: скандій, ітрій, лантан і лантаноїди;
* радіоактивні метали: радій, уран, торій, актиній і актиноїди.
Основні властивості. Деякі метали (мідь, магній, алюміній) володіють порівняно високими теплопровідністю і питомою теплоємністю, що сприяє швидкому охолодженню місця зварювання, вимагає застосування більш потужних джерел теплоти при зварюванні, а в ряді випадків попереднього підігріву деталі. Для деяких металів (мідь, алюміній, магній) і їх сплавів спостерігається досить різке зниження механічних властивостей при нагріванні, у результаті чого в цьому інтервалі температур метал легко руйнується від ударів, або зварювальна ванна навіть провалюється під дією власної ваги (алюміній, бронза). Всі кольорові сплави при нагріванні в значно більших обсягах, ніж чорні метали, розчиняють гази навколишньої атмосфери і хімічно взаємодіють з усіма газами, крім інертних. Особливо активні в цьому сенсі більш тугоплавкі і хімічно більш активні метали: титан, цирконій, ніобій, тантал, молібден. Цю групу металів часто виділяють у групу тугоплавких, хімічно активних металів.
Сфери застосування. У сучасній техніці обсяг застосування кольорових металів і сплавів на їх основі безперервно зростає. У зв'язку з бурхливим розвитком авіабудування, ракетної і атомної техніки, хімічної промисловості в якості конструкційних матеріалів в даний час стали застосовувати такі метали (і сплави на їх основі), як титан, цирконій, нікель, молібден і навіть ніобій, гафній та ін. Області застосування окремих кольорових металів і сплавів на їх основі досить різноманітні. Мідь і її сплави широко використовують в хімічному машинобудуванні, для виготовлення трубопроводів самого різного призначення, ємностей, різних судин у кріогенній техніці, в електроенергетиці і т. п. Алюміній і його сплави застосовують для виготовлення різних ємностей в хімічній і харчовій промисловості. Сплави на основі алюмінію широко застосовують для літаків, ракет, судів, в будівництві та електроенергетиці. В зв'язку з їх порівняно високою міцністю при малій щільності, високою корозійною стійкістю в деяких агресивних середовищах і високими механічними властивостями при низьких температурах.
20. Принципова схема отримання титану з ільменітового концентрату. Наведіть хімічні реакції, що протікають на основних стадіях виробництва титану.
Ільменітовий концентрат
Відновна плавка
Чавун Титановий шлак Cl2
Споживачеві Хлорування
Технічний Ti Cl4
Ректифікація
Очищений Ti Cl4
Відновлення титану
Титанова губка Mg Cl2
Дугова електроплавка Електроліз
Злиток титану Хлор Магний
Рис.1. - Принципова схема отримання титану з ільменітових концентратів.
Основним матеріалом для виробництва титану є ільменітова руда. Титанові руди піддають збагаченню, в результаті якого одержують концентрати з підвищеним вмістом TiО2. При переробці ільменітових руд кількість TiО2 в концентратах досягає 60%. Одержаний після збагачення руди електромагнітним або гравітаційним способом концентрат у суміші з деревним вугіллям, антрацитом піддають відновному плавленню в електродуговій печі з метою видалення оксидів заліза. Для цього концентрат суміші з коксом плавлять і витримують в печі при 17000С. У результаті зіткнення з вуглецевомістким і матеріалами оксиди заліза і титана відновлюються за реакцією
3(FeO·TiO2)+ 4С = 3Fe + Ti3O5 + 4CO. (1)
При цьому залізо відновлюється, навуглецьовується і утворює побічний продукт - чавун, який збирається на дні ванни печі, відділяючись від решти маси шлаку, внаслідок відмінності їх питомої ваги, а оксид титану TiO2 переходить у шлак. Чавун і шлак розливають окремо у виливниці. Основний продукт цього процесу - титановий шлак - містить 80-90 % ТiO2,2-5 % FeO і домішки - SiO2, Al2O3, СаО та ін.
Одержаний титановий шлак брикетують з коксом і піддають хлоруванню у спеціальних шахтних печах електроопору при температурі 600°С. У нижній частині печі розташовують вугільну насадку, що нагрівається при пропусканні через неї електричного струму. У піч подають брикети титанового шлаку, а через фурми всередину печі - хлор.
За наявності вугілля титан з діоксиду переходить в тетрахлорид:
TiO2 + 2Сl2 + С = TiCl4 + СО2. (2)
Тетрахлорид титану плавиться при температурі - 23°С і кипить при +136°С. Тому в умовах печі він інтенсивно випаровується і, захоплюючи за собою летючі хлориди домішок, прямує в конденсаційну установку. Наявність в установці ряду секцій з різним перепадом температур дозволяє розділити хлориди завдяки відмінності температур кипіння і таким чином виділити чотирихлористий титан, який далі піддають очищенню методом ректифікації у спеціальних установках. Найважливішу технологічну операцію - отримання металевого титану - здійснюють такими методами: розкладанням чотирихлористого титану натрієм або магнієм; відновленням двоокису і тетрахлориду титану кальцієм; електролізом хлористих і фтористих сполук титану.
Титан відновлюється за реакцією
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2. (3)
Для розділення продуктів реакції, що складаються з титанової губки (50-70%), залишку хлористого магнію (15-20%), що заповнює пори губки, і надлишку магнію (30-35%), користуються різницею тиску їх пари при температурі 900°С у вакуумі. Відокремлений дистиляцією магній знову використовують як відновник титану. Титанову губку дроблять і ретельно сортують. Найчистішу губку спрямовують на переплавлення; низькосортну, що містить включення, хлоридів, брикетують і використовують як розкислювач сталі у чорній металургії.
Документ
Категория
Разное
Просмотров
105
Размер файла
579 Кб
Теги
мкм
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа