Металлургические процессы

Область науки, техники и отрасль промышленности, охватывающая все процессы получения металлов и сплавов и придания им определенных форм и свойств, включает понятие металлургия.

Черная металлургия является отраслью тяжелой индустрии, занимающейся производством и обработкой сплавов главным образом на основе железа. Отрасли прикладной науки и специальные учебные дисциплины, изучающие технологию получения и обработки различных сплавов, называются соответственно металлургией чугуна, стали и ферросплавов.

Цветная металлургия занимается производством большинства остальных металлов и сплавов.

Металлургические процессы представляют собой сложную совокупность физических превращений веществ (переходы из одной кристаллической модификации в другую, плавление, испарение, растворение, кристаллизация) и химических реакций, протекающих при высоких температурах.

По характеру типовых операций металлургические процессы можно разделить следующим образом:

• извлечение металлов и сплавов из их природных соединений (из руд или других материалов);

• производство сплавов;

• литье;

• обработка давлением (ковка, штамповка, прокатка);

• порошковая металлургия;

• сварка и пайка;

• термическая и химико-термическая обработка;

• металлургическое покрытие металлических изделий (покрытие слоями других металлов).

Процессы, протекающие при высоких температурах, называются пирометллургическими.

Главные виды пирометаллургических процессов:

ликвация – разделение компонентов по удельному весу в жидком состоянии или в процессе затвердевания. Используется для отделения выплавленного металла от шлака, очистки металла от примесей и др.;

дистилляция – испарение металла или его соединения с последующей конденсацией пара. Применяют для получения легко кипящих металлов (ртуть, цинк и др.), при рафинировании металлов от легко испаряющихся примесей;

окислительные процессы находят широкое применение. Окислительное рафинирование применяют для очистки металлов от примесей, обладающих бόльшим сродством к кислороду, чем рафинируемый металл; при этом примесь переходит в оксид и ошлаковывается;

раскисление – удаление из расплавов растворимых оксидов. Раскислением получают металлы с высокими механическими свойствами. Раскислителями служат элементы с бόльшим сродством к кислороду, чем раскисляемый металл;

восстановительные процессы – восстановление металлов из оксидов – главные в пирометаллургии. Восстановлением получают железо, свинец, никель и др. цветные металлы;

электротермические процессы – процессы, происходящие при высоких температурах, полученных в результате горения электрической дуги;

металлотермические процессы – процессы вытеснения металла из его оксида другим металлом, более активным. Применяют для получения дорогих редких металлов.

Физическая химия металлургических процессов

Основой металлургии как науки является физическая химия металлургических процессов, которая рассматривает широкий круг вопросов теории химических превращений и изучает влияние физических параметров на химические процессы и химического состава на физические свойства. Умение пользоваться методами физической химии для анализа превращений, совершающихся в металлургических системах, дает возможность выбрать условия, наиболее благоприятные для проведения производственных процессов.

Основные разделы физической химии:

- Строение вещества. В этот раздел входит учение о строении атомов и молекул и учение об агрегатных состояниях вещества.

- Химическая термодинамика – наука о взаимных превращениях различных видов энергии при протекании химических процессов.

- Учение о растворах.

- Электрохимия.

- Химическая кинетика. Изучает скорость и молекулярный механизм химических реакций в гомогенной и гетерогенной средах.

- Учение о коллоидном состоянии веществ и поверхностных явлениях.

ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ