Металлургия технология угля и неметаллических полезных ископаемых3

Металлургия, технология угля и неметаллических полезных ископаемых. М е н к о в с к и й М. А., К о ж е в н и к о в И. Ю., Рп- в и ч Б. М. М., изд-во «Недра», 1971 г., стр. 399.

В книге изложены основы черной и цветной металлургии, а также технология получения из руд важнейших редких металлов. Рассмотрены термические методы переработки ископаемых углей — полукоксование, коксование, газификация, гидрогенизация. Осве­ щены вопросы комплексной переработки углей. Изложены основы технологии важнейших производств по переработке минерального сырья — серы, агрономических руд, силикатов, углеродсодержащих минералов, а также теоретические основы и технология брикетиро­ вания угля, торфа и руд.

Книга предназначена в качестве учебника для студентов выс­ ших учебных заведений, обучающихся по специальности «Обога­ щение полезных ископаемых», а также может быть полезна уча­ щимся техникумов и инженерно-техническим работникам, интере­ сующимся вопросами технологии полезных ископаемых.

Таблиц 44, иллюстраций 187, библиография — 46 названий. Рецензенты:

кафедра химической технологии твердого топлива МХТИ им. Менделеева; докт. техн. наук, проф. И. В. Шманеиков.

3—7—6

132—70

Внастоящем учебнике излагаются основы металлургии, тех­ нологии углей и минерального сырья и брикетирования. Програм­ ма такого комбинированного курса впервые введена и утверж­ дена Министерством высшего и среднего специального образова­ ния СССР в 1967 г. для горных специальностей (обогащение по­ лезных ископаемых и некоторых специализаций физики горных пород).

Вучебнике освещены важнейшие разделы указанных выше дисциплин. Наряду с описанием химико-технологических процес­ сов и основ физико-химических методов металлургии рудного сырья и переработки угля и неметаллических полезных ископае­

мых, авторами широко освещены и такие важнейшие вопросы как возможность комплексного использования ископаемого сырья, устранение выброса в окружающую среду вредных отходов про­ изводства и др. В связи с этим показана возможная связь от­ дельных производств и рассмотрены вопросы не только использо­ вания «тоннажных» отходов, например, отходов угольной про­ мышленности для производства строительных материалов, но и так называемых «примесных компонентов», представляющих сое­ динения некоторых редких и рассеянных элементов, стоимость которых часто в сотни раз превышает стоимость «основного» по­ лезного ископаемого (железной руды, серы и др.).

Часть первая «Металлургия» напитана канд. техн. наук, доц. И. Ю. Кожевниковым, часть вторая «Технология угля» — докт. техн. наук, проф. М. А. Менковским и канд. техн. наук Б. М. Ра­ вняем, часть третья «Технология неметаллических полезных иско­ паемых»— М. А. Менковским, часть четвертая «Брикетирова­ ние» — Б. М. Равняем.

Общая научно-методическая компоновка материалов осущест­ влена проф. М. А. Менковским.

Авторы приносят глубокую благодарность за ценные советы, полученные в период подготовки рукописи, а также за просмотр отдельных ее глав акад. С. И. Вольфковичу, акад. Н. В. Мель­ никову, докт. техн. наук, проф. В. А. Малиновскому, докт. хим. наук, проф. М. В. Охотину, докт. техн. наук, проф. О. К. Ботвиикину, доцентам Н. А. Гурович, Э. И. Соколовой и С. К. Трекало, коллективам профилирующих кафедр и кафедры химии МГИ, а также рецензентам докт. техн. наук, проф. И. В. Шманенкову, докт. техн. (наук, проф. К. И. Сыскову и докт. техн. наук, проф.

ГН. Макарову и редактору инж. Н. А. Рыкову.

Авторы с благодарностью примут все замечания и советы чи­

тателей, которые могут быть ими учтены при последующих изда­ ниях этой книги.

Ч А С Т Ь П Е Р В А Я

МЕТАЛЛУРГИЯ

Введение

М е т а л л у р г и я — это совокупность производственных фи­ зико-химических процессов извлечения металлов из руд или из других содержащих металлы материалов, а также производства марочных сплавов металлов, пригодных для использования в различных отраслях промышленности. Основными процессами из­ влечения металлов из руд являются пирометаллургический и гид­ рометаллургический, называемые обычно переделами.

Металлургическое производство возникло еще на заре разви­ тия материальной культуры человеческого общества и вплоть до XVIII в. являлось искусным ремеслом.

До новой эры человечеству были известны только железо, медь, олово, свинец, ртуть как технические металлы и сплавы и благо­ родные металлы — золото, серебро, платина (несколько позднее). За исключением железа, все эти металлы обладают малым срод­ ством к кислороду и поэтому сравнительно легко извлекаются из руд. Золото, платина и серебро в условиях земной атмосферы практически не окисляются и поэтому часто встречаются в виде самородков.

В XIX в. были разработаны основы процессов производства цинка, сурьмы, висмута, натрия, магния, алюминия, хрома, ни­

земной коре, а также искусственные, в частности заурановые, эле­ менты.

Металлургическая промышленность России (1913—1914 гг.) удовлетворяла внутреннюю потребность страны только по чугуну; потребность в меди покрывалась лишь на 85%, в цинке — на 6%, свинце — на 3%. Производство никеля, алюминия, магния, олова и редких металлов вовсе отсутствовало; не было ферросплавной промышленности.

После Великой Октябрьской социалистической революции в годы пятилеток в СССР была создана мощная металлургическая промышленность по производству черных и всех цветных метал­ лов. Особенно бурное развитие получила в послевоенные годы черная металлургия. Производство чугуна и стали за период 1945—1968 гг. увеличилось почти в девять раз (табл. 1).

Современная металлургия — наиболее крупная и энергоемкая отрасль промышленности, требующая механизации и автомати­ зации производства, использования мощных подъемно-транспорт­ ных средств, а также развития топливно-энергетической базы.

Металлы делятся на две основные группы — черные и цветные. Черные металлы находят широкое применение в современной тех­ нике в виде чугунов, сталей и сплавов на железной основе. Цветные металлы используются как в чистом виде, так и в виде раз­ личных технических сплавов.

Промышленная классификация металлов

>1650°С), рассеянные (не образуют собственных промышленных руд), радиоактивные (источники ядерной энергии) и редкоземель­

етавляет 22%. Суммарное содержание всех остальных металлов составляет только около 1%. Причем из них значительно боль­ шая часть приходится на долю Ti (0,60%) и Мп (0,10%). Содер­

руды, состоящие из природных минералов, в которых содержание металла достаточно велико, чтобы при современном уровне тех­ ники оказалось возможным извлекать его экономично. При этом большое значение имеет потребность промышленности в данном металле. Минералы руд состоят из окислов и сульфидов металлов и окислов пустой породы, которыми в большинстве случаев явля­ ются Si02, А120 з, Р2О5, CaO, MgO и т. д.

Обычно промышленные руды образуются в результате мест­ ного скопления окислов одного или нескольких металлов. В по­ следнем случае они называются комплексными (железо-никеле­ вые, хромо-никелевые, свинцово-цинковые и т. д.). Содержание металла в рудах значительно превышает среднее содержание его в земной коре. Способность концентрироваться не у всех элемен­ тов выражена в одинаковой степени. Если железные руды, содер­ жащие 30—40% Fe, бедные, то руды с таким же содержанием марганца являются богатыми. Кларки олова и германия почти одинаковы, однако содержание в руде 0,01% олова является весьма низким, а содержание 0,01% германия считается небывало высоким.

По составу минералов руды обычно подразделяют на окислен­ ные, т. е. состоящие из окислов, сульфидные и самородные.

Помимо руд, источником для получения металлов может быть вторичное сырье — отходы от обработки металлов в виде стружки, высечки и т. д., промышленный и бытовой лом, шлам, пиритные огарки и зола угля.

Процесс получения чистых металлов или сплавов из руд со­ стоит из ряда физико-химических операций, применяемых для от­ деления окисла металла от пустой породы и затем разрушения его связи с кислородом, а также для рафинирования от случай­ ных и вредных примесей.

Путем обогащения руд, используя различие в физических свойствах окислов металлов и пустой породы — плотности, сма­ чиваемости водой, электропроводности, магнитной проницаемости, отделяют от руды часть пустой породы и повышают содержание металла в концентрате.

Окончательное выделение металла из руды (концентрата) свя­ зано с физическим и химическим изменением самих минералов в металлургических процессах, которые для ускорения физиче­ ских превращений и химических реакций проводят либо при высо­ ких температурах — пирометаллургические процессы, либо в вод­ ных растворах кислот или щелочей — гидрометаллургические процессы.

проводностью.

При нагревании железа различают следующие аллотропиче­ ские превращения его модификаций:

до 910° С a-железо. Оно ферромагнитно до 768° С и теряет магнитность с повышением температуры в точке Кюри;

от 910 до 1400° С у-железо; свыше 1400° С б-железо.

Железо с углеродом образует различные железоуглеродные сплавы. Диаграмма состояния системы железо—углерод показана на рис. 1.

Точка Е на диаграмме отвечает предельной растворимости углерода в y-Fe, равной 1,98% С.

Сплавы железа с углеродом, содержащие до 2% углерода (обычно не более 1,5%), называют сталями; сплавы с большим содержанием углерода (более 2,5%) называют чугунами. Сплавы, содержащие от 2 до 2,5% углерода, технического приме­ нения не имеют.

Содержание углерода в железе в значительной степени опре­ деляет свойства сплавов. Чугун тверд, хрупок и трудно поддается обработке. С увеличением содержания углерода повышается твер­ дость и прочность стали и одновременно понижается ее пластич­ ность.

Помимо углерода в чугуне и стали обычно присутствуют крем­ ний, марганец, случайные и попутные металлы — медь, никель,

ность при температурах красного каления). Фосфор делает металл хрупким при обычных и пониженных температурах, но в некото­ рых сортах чугуна (томасовский, литейный) и сталей (автоматная) фосфор является необходимой составной частью сплавов.

Данные о химическом составе некоторых передельных и литей­ ных чугунов приведены в табл. 2.

Стали разделяют по химическому составу на углеродистые и легированные (специальные). В состав углеродистой стали (спо­

ний (только спокойная сталь), сера и фосфор; содержание оста точных случайных и попутных элементов (Си, Ni, Сг, As и 'дру гие) регламентируется техническими условиями. Кремний и мар ганец являются раскислителями стали и одновременно легирую

щими элементами при содержании кремния более 0,8% и мар­

ганца более 1,0%.

В состав легированных сталей вводят один или несколько легирующих элементов — хром, никель, молибден, ванадий, воль­ фрам, титан, алюминий и др. По количеству введенных элементов различают низко- (содержание легирующих элементов до 2,5%), средне- (2,5—10,0%) и высоколегированные (более 10,0%) стали.

Ю