ЛЕКЦИЯ №12
Классификация металлургических процессов
Металлургические процессы подразделяются на:
•Пирометаллургические процессы – проводятся при высоких температурах чаще всего с полным и реже с частичным расплавлением материалов,
•Гидрометаллургические процессы — проводятся в водных средах при температурах максимально до 300° С.
Пирометаллургические процессы
Пирометаллургические процессы по характеру поведения участвующих в процессе компонентов и их конечным результатам можно разделить на три группы:
1)Обжиг;
2)Плавка;
3)Дистилляция.
1
•
Обжиг как группа пирометаллургических процессов
Обжиг — металлургический процесс, проводимый при высоких температурах (500—1200° С) с целью изменения химического состава перерабатываемого сырья. Обжиговые процессы, за исключением обжига со спеканием, являются твердофазными.
В цветной металлургии применяют следующие
виды обжига:
1)Кальцинирующий обжиг: |
Me OH |
3 Me2O3 H2O; |
|
||
|
MeCO3 MeO CO2 |
|
2)Окислительный обжиг: 2MeS 3O2 |
2MeO 2SO2 |
|
.
3)Восстановительный обжиг: 3Fe2O3 CO 2Fe3O4 CO2
4)Хлорирующий и фторирующий обжиг проводят с целью перевода оксидов или сульфидов в водорастворимые или летучие хлориды (фториды).
Плавка как группа пирометаллургических процессов
Плавка — пирометаллургический процесс, проводимый при температурах, обеспечивающих в большинстве случаев полное расплавление перерабатываемого материала.
Различают две разновидности плавок: 1)рудные, 2)рафинировочные.
Виды рудных плавок
По характеру протекающих основных химических реакций рудные плавки разделяются на следующие виды:
1)Восстановительная плавка;
В общем виде восстановительная плавка описывается следующей схемой:
руда(MeO, SiO2 ,CaO, Fe2O3 ) C дутье(O2 , N2 ) Me шлак(SiO2 ,CaO, FeO)газ(CO2 , N2 )
3
2)Плавка на штейн;
Схема концентрационной плавки медного сырья на штейн:
концентрат(CuFeS2 , FeS2 , SiO2 ,CaO) флюс(SiO2 ,CaO) дутье(O2 , N2 )штейн(Cu2 S, FeS) шлак(FeO, SiO2 , CaO) газы(SO2 , N2 ).
3)Окислительная плавка;
4)Электролиз расплавленных солей;
Процесс описывается следующей схемой: MeO(MeCl2 ) Me2 O2 (2Cl ),
|
|
на |
катоде |
|
|
|
|
|
|
Me2 2e Me, |
|
|
|
|
|
|
|
на |
аноде |
|
|
|
|
5)Металлотермическая плавка |
|
O2 2e O или |
2Cl |
2e Cl |
2 |
. |
|
|
|
2 |
|
|
|
||
В основе этой плавки лежит принцип вытеснения одного металла из его |
|
||||||
соединений другим, более активным: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Me O(Me Cl2 ) Me |
Me |
Me O(Me Cl2 ) |
||||
6)Реакционная плавка: 2MeO MeS 3Me SO2
4
Виды рафинировочных плавок
Рафинировочные плавки проводят с целью очистки полученных металлов от примесей. Существуют следующие разновидности рафинировочных плавок:
1) Окислительное (огневое) рафинирование ; Основано на различии в сродстве к кислороду основного металла и примеси. Образующиеся при
этом оксиды примесей всплывают на поверхность рафинируемого металла, образуя шлак.
2)Ликвационное рафинирование;
В основе этого процесса лежит принцип образования и разделения по плотности (ликвация) двух фаз, одна из которых является рафинируемым металлом. Примесь при этом должна концентрироваться в другой, нерастворимой в основном металле фазе. В зависимости от плотности она будет всплывать на поверхность или погружаться на дно расплава. Образование второй фазы является следствием снижения растворимости примеси в основном металле при снижении температуры. При ликвации одна из фаз обязательно должна быть жидкой, а вторая может быть как жидкой, так и твердой.
3)Сульфидирующее рафинирование ;
Используют для очистки металлов от примесей, обладающих повышенным сродством к сере. При этом также образуются две несмешивающиеся фазы, отделяющиеся друг от друга ликвацией.
4)Хлорное рафинирование; |
|
Основано на различии сродства к хлору металла и примесей. Образовавшиеся хлориды примеси |
|
будут всплывать на поверхность металла или улетучиваться. |
5 |
|
Дистилляция как группа пирометаллургических процессов
Дистилляция—процесс испарения вещества при температуре несколько выше точки его кипения, дающий возможность разделить компоненты обрабатываемого материала в зависимости от их летучести.
Дистилляционные процессы используют в металлургии цинка и при получении ряда легких и редких металлов.
Требования к современному металлургическому процессу и его
структура |
|
Современные металлургические процессы получения цветных металлов и, тем более, процессы |
|
ближайшего будущего должны удовлетворять, по меньшей мере, следующим основным |
|
требованиям: |
|
1)высокая удельная производительность применяемых аппаратов; |
|
2)высокая степень извлечения всех ценных составляющих; |
|
3)высокая степень комплексности использования сырья; |
|
4)минимальные энергетические затраты за счет использования внешних источников тепловой |
|
энергии или электричества; |
|
5)максимальное использование вторичных энергоресурсов; |
6 |
|
6)обеспечение возможности комплексной механизации и автоматизации всех операций;
7)обеспечение возможности создания непрерывных, поточных, полностью автоматизированных
технологических линий получения металлов;
8)обеспечение безопасных и безвредных условий труда и охраны окружающей природы.
Схема процесса переработки концентратов включает: обжиг, штейнообразование и конвертирование.
Вданной системе осуществляются следующие реакции:
•диссоциации
2CuFeS2 →Cu2S + 2FeS + S – 78000 |
(1) |
|
|
2CuFe2S3 → Cu2S + 4FeS + S – 78000 |
(2) |
|
|
FeS2 → FeS + S – 52100 |
(3) |
|
|
Fe7S8 →7 FeS + S – 52100 |
(4) |
|
|
• окисления |
|
|
|
2FeS + 3O2 + SiO2→ (FeO)2SiO2 + 2SO2 + 966000 (5) |
|
||
3FeS + 5O2 → Fe3O4 + 3SO2 + 17251000 |
(6) |
|
|
Cu2S + O2 → 2Cu + SO2 + 217400 |
(7) |
|
|
2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2 + 443000 |
(8) |
|
|
2PbS + 3O2 → 2PbO + 2SO2 + 422400 |
(9) |
7 |
|
S + O2 → SO2 + 297300 |
(10) |
||
|
|||
CaO + SiO2→CaOSiO2 + 90085 |
(11) |
|
|
Обжиг
Целью окислительного обжига в пирометаллургии меди является частичное удаление серы и перевод части сульфидов железа в форму оксидов, шлакуемых при последующей плавке.
Окислительный обжиг медных концентратов проводят при 750-9000С. Процесс обжига состоит из следующих основных стадий:
1)нагрев и сушка шихты; 2)термическая диссоциация высших сульфидов; 3)воспламенение и горение сульфидов.
При взаимодействии кислорода с каким-либо сульфидом на поверхности его зерна образуется оксидная пленка. Скорость роста пленки оксидов будет зависеть от количества подводимого к реакционной поверхности кислорода и скорости его диффузионного проникновения внутрь окисляемой частицы.
Рис. Механизм обжига твердых |
8 |
сульфидных частиц |
Спасибо за внимание!!!
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!
9