3. Основное оборудование цеха, его назначение, план расположения в цехе

Условные обозначения:

1 – вагранки;

2 – дробемётно-очистной барабан, модель 42-213;

3 – барабан дробеструйный;

4 – решётка выбивная ЦР-12;

5 – сушило камерное;

6 – печь ИСТ-0,16; 7 – станок сверлильный;

8 – станок обдирочный;

9 – станок отрезной;

10 – станок токарный;

11 – станок карусельный;

12 – пресс Бринеля;

13 – электропечь для сушки стержней;

14 – ножницы дисковые;

15 – электропечь шахтная ПН-31;

16 – трансформатор печной;

17 – ДСП;

18 – бункер для отходов;

19 – бункер формовочной земли;

20 – рабочее место модельщика;

21 – классификатор односпиральный;

22 – электропечь СНО; 23 – ДМК;

24 – ДМБ;

25 – бегуны смешивающие.

4. Основные процессы, используемые на металлургическом производстве

В основе производства металлов лежат металлургические процессы, то есть технологические процессы извлечения металлов из руд и отходов производства. В общем случае металлургический процесс включает три последовательных стадии:

— подготовка руды — превращение ее в состояние, обеспечивающее извлечение из руды металла;

— восстановление химического соединения, в виде которого металл содержится в руде, до свободного металла;

— вторичная обработка полученного металла.

Подготовка руды состоит из ряда механических и физико-химических операций, содержание которых зависит от состава руды и формы химического соединения металла в ней. К таким операциям относят измельчение или укрупнение, классификацию и обогащение руды, а также превращение содержащего металл соединения в форму, пригодную для восстановления. Необходимость последней операции связана с тем, что восстановлению подвергаются преимущественно оксиды, реже галогениды металлов, поэтому все остальные соединения (сульфиды, гидроксиды) должны быть переведены в них. Это достигается воздействием на обогащенную руду высокой температуры или соответствующих реагентов:

В соответствии с методом технологические процессы подготовки руды подразделяются на пирометаллургические и гидрометаллургические.

Пирометаллургические процессы проводятся при высоких температурах с полным или частичным расплавлением руды. К ним относят:

—обжиг — процесс, проводимый при высокой (500—1200°С) температуре в твердой фазе с целью изменения химического состава руды. Условия обжига зависят от состава руды и назначения процесса. Руды, содержащие сульфиды металлов, подвергаются окислительному обжигу до их оксидов; руды для последующего магнитного обогащения подвергаются восстановительному обжигу;

—восстановительная плавка — процесс восстановления оксидов металлов при температурах, обеспечивающих полное расплавление руды;

—дистилляция — процесс испарения перерабатываемого вещества с целью разделения его компонентов на основе их различной летучести.

Гидрометаллургические процессы проводятся в водных средах при температурах до 300°С на границе раздела твердой и жидкой фаз.

Наиболее распространенным гидрометаллургическим процессом является выщелачивание— процесс перевода в жидкую фазу (раствор) извлекаемых из руды соединений металлов при воздействии на нее растворителей. Выщелачивание может быть физическим процессом (растворитель вода) или химическим процессом (растворитель — реагент, взаимодействующий с извлекаемым компонентом).

Вторичная обработка восстановленного металла проводится для его очистки, а также с целью перестройки кристаллической структуры металла, изменения его состава и свойств. К операциям вторичной обработки относятся очистка металла методами дистилляции, электролиза, электрошлакового переплава и зонной плавки; получение сплавов, закалка, отжиг, отпуск, цементирование и др. Некоторые из них рассматриваются ниже.

На рис. 1.2 представлена общая схема производства металлов из руд (металлургического процесса).

Рис. 1.2. Общая схема производства металлов из руд:

I — подготовка руды, II — восстановление, III — вторичная обработка, В — восстановитель, [О] — окисление, Т — термическая обработка

Существуют несколько основных способов получения — металлов. Восстановление:

— из их оксидов углем или оксидом углерода (II)

ZnО + С = Zn + СО

Fе2О3 + ЗСО = 2Fе + ЗСО2

— водородом

WO3 + 3H2 =W + 3H2O

СоО + Н2 = Со + Н2О

— алюминотермия (металлотермия, силикотермия.)

4Аl + 3МnО2 = 2А12О3 + 3Мn

Обжигом сульфидов металлов и последующим восстановлением образовавшихся оксидов (например, углем)

2ZnS + 3О2 = 2ZnО + 2SО2

ZnО + С = СО + Zn

СuСl2, ® Сu2+ + 2Сl-

Катод (восстановление): Анод (окисление):

Сu2+ + 2е- = Сuо 2Cl- - 2е- = Сl°2

Физико-химические основы восстановления металлов из руд

Процессы восстановления металлов из руд различаются по природе восстановителя и по условиям восстановления. В качестве восстановителей применяют химические вещества (водород, оксид углерода (II), углерод, металлы) или электрический ток, а процесс восстановления можно проводить в растворе, в расплаве или в твердой фазе. В зависимости от этого различают следующие методы восстановления:

1. Гидрометаллургическое восстановление — восстановление химическими восстановителями из водных растворов, на пример:

CuSO4 + Zn = Си + ZnSO4

2. Пирометаллургическое восстановление — восстановление химическими восстановителями при высокой температуре из расплавов или твердой фазы, например:

FeO + СО = Fe + СО2

3. Электрогидрометаллургическое восстановление — восстановление электрическим током из водных растворов, например:

CuSO4 + 2e- = Сu + SO42-

4. Электропирометаллургическое восстановление — восстановление электрическим током при высокой температуре из расплавов, например:

А12О3 + 6 e- = 2А1 + 3O-2

Оба случая восстановления электрическим током представляют собой процессы электролиза в водных растворах или расплавах электролитов, при которых восстанавливаемый металл выделяется на катоде.

При восстановлении металлов из их соединений необходимо учитывать как принципиальную осуществимость этого процесса, так и полноту его протекания, от которой зависит экономичность процесса.

Принципиальная возможность процесса восстановления определяется условием DG<0, где DG — изобарно-изотермический потенциал равный:

DG=DH-TDS (1.1)

Скорость самопроизвольно протекающей реакции восстановления тем выше, чем больше по абсолютному значению величина DG. Из 1.1 следует, что соблюдению неравенства AG<0 способствует уменьшение энтальпии (DН<0), увеличение энтропии (DS>0) и проведение процесса при максимально осуществимой в данных условиях температуре Т. Использование температурного фактора позволяет в ряде случаев применять для восстановления слабые восстановители, которые не «работают» при обычных температурах.

Наиболее распространенный процесс восстановления оксидов металлов описывается общим уравнением:

МеО + В ® Me + ВО (а)

где: В — восстановитель, ВО — продукт окисления восстановителя.