9.6. Продукти металургійного виробництва…………………………………….3
10.4. Магнітні, електричні і спеціальні методи збагачення……………………9
11.2. Сучасний стан металургії міді……………………………………………19
12.7. Рафінування алюмінію…………………………………………………….24
14.3. Рафінування титану………………………………………………………..27
9.6. 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., різна 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, галузевими стандартами, і технічними умовами.
Стандарти і технічні умови встановлюють на групу виробів і матеріалів або окремі види продукції і визначають повну технічну характеристику сировини або продукції, що випускається.
ДСТУ визначають вимоги до сировини, до окремих видів матеріалів, напівпродуктам і продуктам металургійного виробництва, які споживаються тільки усередині галузі.
ТУ затверджуються в тих випадках, коли на продукцію відсутні стандарти або коли потрібно встановити спеціальні вимоги на продукцію, що випускається. ТУ звичайно визначають взаємини між вузьким колом замовників і виробників у суворій відповідності до погоджених умов і термінів їхньої дії.
Крім товарної продукції, яку одержують при переробці руд кольорових металів, на підприємствах кольорової металургії одержують численні відходи і напівпродукти металургійного виробництва. До них відносяться шлаки, пил, гази, агломерати і спеки, кеки, шлами, розчини і т.д.
Метали є основним видом продукції металургійного виробництва. У кольоровій металургії розрізняють чорнові і рафіновані метали. Чорновими називаються метали, до складу яких входять шкідливі домішки, що погіршують споживчі властивості даного металу, а також домішки дефіцитних елементів- супутників. Чорнові метали обов'язково очищають від домішок тобто піддають рафінуванню.
Шлаки є другим обов'язковим продуктом металургійних процесів, що призводять до розплавлення переробних матеріалів. Вони утворюються у результаті ошлакування оксидів пустої порода і флюсів. Крім шлакоутворюючих компонентів, реальні заводські шлаки обов'язково містять деяку кількість металів, що добуваються.
При відносно невеликому вмісті дефіцитних компонентів у шлаках рудних плавок вони в більшості випадків є відвальним продуктом, тобто відходами металургійного виробництва. Однак 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 добування ряду кольорових металів, а також заліза і виробництва ряду побічних продуктів — цементу, ситаллів і т.д.
В окремих видах плавок, особливо в рафінуючних процесах, одержують шлаки надмірно багаті за вмістом кольорових металів. Такі шлаки не можуть бути виведені у відвал і вимагають обов'язкового збіднення. У промисловій практиці їх використовують як оборотні матеріали одного з основних металургійних процесів або піддають спеціальній додатковій переробці.
Втрати цінних металів зі шлаками обумовлені ошлакуванням їхніх оксидів і частковим розчиненням у шлаковому розплаві металомісткого продукту (електрохімічні втрати), а також неповним відстоюванням дрібних завислих у шлаці сульфідних або металевих крапель (механічні втрати).
Для кожного металургійного процесу і плавильного агрегату, який застосовують для здійснення цього процесу, підбирають оптимальний склад шлаків, котрий повинен відповідати 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 одержують, приходиться корегувати. Корегують склад шлаку з метою наближення його до оптимального уведенням у вихідну шихту відповідних флюсів - мінеральних добавок. Якщо оптимальний склад шлаків досягається без додавання флюсів, то шихта, яка переробляється, і шлак, котрий одержують, називаються самоплавкими.
Основними компонентами шлаків кольорової металургії є SiО2, FeO і CaO. Сумарний вміст цих трьох оксидів зазвичай становить від 70 до 90... 95 %. Концентрація СаО рідко перевищує 6... 8 %. Отже, у більшості випадків ми маємо справу із залізо-силікатними розплавами. У металургійних шлаках у залежності від сполуки переробної сировини і застосованої технології можуть також бути присутніми АІ2О3, MgO, Fе3О4 ZnO і деякі інші оксиди.
До числа найважливіших фізико-хімічних властивостей шлакових розплавів, які впливають на показники плавки, відносяться плавкість (температура плавлення), в'язкість, густина, розчинність у шлаках металомісткого продукту і поверхневі властивості контактуючих металургійних розплавів.
Штейни є проміжними продуктами пирометалургійної 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. У практиці кольорової металургії одержують мідні, мідно-нікелеві, нікелеві і поліметалеві штейни. Вони утворюються в рідкому стані і практично не змішуються з рідкими шлаками, що дозволяє розділяти їх простим відстоюванням.
Гази і пил також відносяться до числа обов'язкових продуктів пирометалургійних процесів. Як правило, ці два продукти видаляються з печей спільно.
Металургійні гази, які відходять, можна класифікувати на технологічні, що утворюються за рахунок протікання хімічних реакцій між компонентами переробної сировини і топкові, що є продуктами спалювання палива. Склад і кількість газів, що відходять, цілком визначаються типом переробної сировини і видом застосованого металургійного процесу.
Основними можливими компонентами технологічних газів кольорової металургії є сірчистий ангідрид (SО2), діоксид і оксид вуглецю (СО2 і СО відповідно), пара води (Н2О). В окремих металургійних процесах можливе виділення газоподібного хлору, хлоридів, миш'якових і інших хімічних сполук. При спалюванні палива переважно утворюються СО2, СО і Н2О. Крім того, у газах обов'язково будуть присутні азот (N2) і вільний кисень (02), які надходять з дуттям і за рахунок підсмоктування повітря. У більшості випадків гази, що відходять, залишають металургійний агрегат нагрітим до 800°С... 1300°С. Комплексна переробка газів, що відходять, передбачає:
використання цінних компонентів, наприклад S02, для виробництва сірчаної кислоти, елементарної сірки або рідкого сірчистого ангідриду;
використання фізичної теплоти газів для одержання пари, гарячої води, підготовки повітря (дуття) і т.д.;
використання пальних складових (СО і Нз), як підсобне паливо;
знешкодження газів з метою охорони навколишньої природи.
Пил, який утворюються під час металургійних процесів, умовно можна класифікувати на грубий і тонкий.
Утворення грубого пилу пов'язано з впливом газового потоку на дрібні частки переробної шихти або продукти металургійної переробки. Крупність часток пилу і його кількість визначаються швидкістю газового потоку і крупністю переробного матеріалу. Зазвичай грубий пил має форму уламків (неправильних багатогранників); розміри часток цього пилу становлять від 3... 10 мкм до декількох міліметрів. Хімічний склад грубого пилу у більшості випадків ідентичний складу вихідного матеріалу, з якого вони утворилися. Зазвичай грубий пил повертають у оборот або поєднують з продуктом даного процесу.
Тонкий пил утворюється переважно за рахунок сублімації легколетючих компонентів. Пара, що утворюється при цьому, виноситься газовим потоком і при наступному охолодженні газів конденсується з утворенням твердих часток або рідких крапель. Розмір часток тонкого пилу, названих у кольоровій металургії субліматами, у момент утворення становить десяті частки мікрометра. Надалі можливе утворення більш великих агрегатів за рахунок коагуляції дрібних часток,
За хімічним складом сублімати різко відрізняються від вихідного матеріалу - вони збагачені летючими компонентами, наприклад цинком, кадмієм, свинцем, германієм, індієм і рядом інших рідких і розсіяних елементів. Сублімати є цінною сировиною для вилучення цих елементів, тому повинні обов'язково піддаватися подальшій самостійній переробці.
Весь пил, що утворюється під час металургійних процесів, підлягає уловленню. Це 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 (вилуговування), у яких розчинена речовина знаходиться в стані молекулярного роздріблення, що робить їх дуже стійкими системами, які не розділяються при якому завгодно тривалому стоянні.
Найважливішою технологічною характеристикою розчинів є їхня концентрація, яка виражає відносну кількість будь-якої складової розчину, що знаходиться у 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. Нерозчинні домішки вилуженого матеріалу. Наприклад, цинкові кеки від вилуговування обпалених цинкових концентратів розчинами сірчаної кислоти. Цинкові кеки містять пусту 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 гідроксиду СО(ОН)3.
Інші, дуже численні різновиди продуктів різних металургійних процесів (окатиші, агломерати, спеки, сплави, конвертерні шлаки і т.п.) будуть розглянуті у відповідних розділах підручника.