2.Основы производства черных и цветных металлов (Металлургическое производство)

Металлургия – наука о промышленных способах получения металлов и металлических сплавов – одна из древнейших отраслей знания. История материальной культуры человечества неразрывно связана с использованием металлов. Переход от каменных орудий труда (каменный век) к орудиям металлическим явился величайшим достижением человечества.

В России металлы производились с очень давних времен. Первые доменные печи появились в России в 30-х годах XVIII века вблизи Тулы и Каширы. В середине XVIII века Россия по выплавке чугуна занимала первое место в мире, которое удерживала до начала XIX века.

Основная задача металлургии – получение металлов из руд или других исходных материалов. Получение металлов из руд представляет собой процесс восстановления их из химических соединений и отделений от пустой породы.

Руда – природное минеральное сырье (горные породы), содержащее металл, который можно извлечь экономным способом.

Руда состоит из рудного материала, содержащего металл, и пустой породы. Комплексные руды содержат не один, а несколько ценных металлов.

2.1. Способы извлечения металлов из руд

1.Пиррометаллургический – основан на плавлении руд и извлечении металлов в жидком состоянии. Один из наиболее распространенных способов. Применяется для получения чугуна, меди и др.

2. Гидрометаллургический – выщелачивание металлов из руд с помощью растворителей и последующем их осаждении. Применяется при получении цинка, марганца, меди.

3.Электрометаллургический – плавление руд и металла в электрических печах или электролиз металлов из растворов солей. Применяется для получения алюминия, магния и др.

4.Химико-металлургический – восстановление металлов из окислов.Применяется для восстановления титана, вольфрама, ванадия, циркония.

2.2. Металлургическое топливо Металлургическое топливо используется для получения высоких температур в печах, а также для непосредственного участия в химических процессах восстановления металлов.

К нему предъявляются следующие требования: высокая теплота сгорания, низкое содержание вредных примесей, низкая стоимость. Основные виды топлива имеют органическое происхождение и представляют собой аккумулированную солнечную энергию. На металлургических заводах применяют следующие виды топлива: твердое, жидкое, газовое.

Твердое топливо: дрова, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь, кокс.

Кокс – главное топливо металлургии, дорогое и дефицитное. Получают из специально коксующихся углей, отличающихся определенным содержанием летучих веществ. Коксование осуществляется прокаливанием при температуре примерно 1000 градусов Цельсия без доступа воздуха, в коксовых батареях в течение 15 часов, лишь 10% всех запасов угля составляют коксующие угли.

В нашей стране разработана технология получения металлургического кокса из смесей, содержащих значительное количество коксующих углей. В качестве побочных продуктов коксования получают: коксовый газ, бензол, нафталин, каменноугольную смолу. Используется в доменных печах, вагранках. Состав кокса: 80-90% С, до 2% S, 0,2 % P, 10% золы, 5% влаги.

Жидкое топливо: мазут, остаток при переработке нефти.

Достоинства: высокая теплотворная способность, отсутствие золы, простота транспортировки и хранения, малое содержание серы и кислорода.

Применяется: для мартеновских печей, отражательных медеплавильных и в нагревательных печах.

Газовое топливо: наиболее совершенствованный вид топлива, отличающийся высокой теплотой сгорания.

Природный газ (метан СН₄) – позволяет интенсифицировать процессы плавок, значительно повысить производительность, уменьшить расход дорогостоящего кокса в доменном производстве. Применяется в доменных, мартеновских, нагревательных печах.

Коксовый газ (содержит 60%Н + 30% метана + 10% СО). Применяется в коксовых печах, нагревательных печах, как сырье химической промышленности.

Доменный газ (низкая теплотворная способность) применяется в нагревательных печах.