Металлургия цветных металлов. Практикум

№4401 МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

УниверситетнаукиитехнологийМИСИС

ИНСТИТУТЭКОТЕХНОЛОГИЙИИНЖИНИРИНГА

Кафедрацветныхметалловизолота

С.В.Быстров Р.Т.Хайруллина

МЕТАЛЛУРГИЯЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Практикум

Допущенофедеральнымучебно-методическим объединениемпоукрупненнойгруппеспециальностей инаправлений22.00.00«Технологииматериалов»

вкачествеучебногопособиядлямежвузовскогоиспользования

вучебныхорганизациях,реализующихпрограммывысшего образованияпонаправлениям22.03.02«Металлургия» и27.03.01«Стандартизацияиметрология»

Москва2023

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий практикум предназначен для студентов, обучающихся по направлениям 22.03.02 «Металлургия» и 27.03.01 «Стандартизация и метрология» и изучающих курс «Металлургия цветных металлов».

Основными целями настоящего практикума являются:

закрепление знаний, полученных на лекциях и практических занятиях (теоретические и технологические основы типовых процессов и технологий производства цветных металлов и их соединений; комплекс современных технологий производства цветных металлов; состав продукции предприятий цветной металлургии, основные химические превращения при их производстве);

овладение навыками самостоятельной работы с большим объемом информации в условиях многообразия применяемых терминов, определений и понятий с целью ее обобщения

ианализа для использования в практической деятельности.

Вданном пособии рассматриваются физико-химиче- ские свойства минералов, различные источники получения металлов, особенности технологий производства основных цветных металлов, аппаратурное оформление процессов, пути совершенствования существующих способов и возможности комплексного использования сырья.

Краткие пояснения к каждому разделу совместно с курсом лекций позволят студентам ответить на предлагаемые вопросы.

Тесты рекомендуется использовать для самоконтроля знаний, опроса студентов на семинарских занятиях, подготовки к контрольным работам, зачетам и экзаменам.

4

1  Основыметаллургии

1.1  Общиевопросы

Из 118 элементов, входящих в современную Периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, примерно 85 обладают более или менее выраженными свойствами металлов (пластичностью, блеском, твердостью, ковкостью, способностью проводить тепло и электрический ток и легко отдавать электроны в ходе химических реакций). Не все элементы, которые принято относить к металлам, обладают полным набором указанных свойств. Так, медь и золото не имеют серебристого цвета, традиционного для металлов. Ртуть при обычных условиях находится в жидком состоянии. Олово – плохой проводник тока. Ряд металлов обладает свойством сверхпроводимости. Часть металлов (например, селен и теллур) отнесена

кклассу полупроводников.

Впромышленности принята исторически сложившаяся система классификации металлов по видам и группам, согласно которой все металлы делятся на черные и цветные (в иностранной литературе на железные и нежелезные). Цветные металлы принято классифицировать на пять групп:

I группа – тяжелые металлы, плотность которые находится в пределах 7…11 г/см3;

II группа – малые металлы, природные спутники тяжелых металлов;

III группа – легкие металлы, плотность которых 1,0… 3,5 г/см3, иногда в эту группу включают титан (плотность 4,51 г/см3);

IV группа – благородные (драгоценные) металлы, плотность некоторых из них превышает 22 г/см3 (иридий, осмий); V группа – редкие металлы – самая многочисленная, поэтому ее подразделяют на подгруппы (легкие редкие, туго-

плавкие, рассеянные, редкоземельные, радиоактивные). Цветная металлургия является крупнейшим потреби-

телем рудного и техногенного сырья и других полезных ис-

5

копаемых. Полезными ископаемыми называют природные скопления в земной коре различных минералов, добыча и переработка которых при современном уровне развития техники и технологии экономически целесообразна или обусловлена интересами государства.

Для оценки сырьевого потенциала важны такие понятия, как полезные ископаемые, руда, минерал, горная порода, месторождение, кларк элемента, рентабельный минимум, коэффициент комплексности использования сырья.

Руды цветных металлов, как правило, очень бедные, однако многие сопутствующие элементы по ценности значительно превосходят основные компоненты руды. Снижение рентабельного минимума металла способствует развитию и совершенствованию горной, обогатительной и металлургической техники, а также повышению комплексности использования сырья, т.е. применению безотходных технологий.

Современная металлургия – это область науки и техники и отрасль промышленности, занимающаяся извлечением металлов из руд, переработкой металлосодержащих отходов

иизготовлением из полученных металлов и сплавов широкого спектра металлической продукции, обладающей высокими потребительскими характеристиками. Она является ведущим

ичасто определяющим звеном в цикле горно-металлургиче- ского производства, включающего геологию, горное дело, обогащение руд, собственно металлургию и металлообработку.

При производстве цветных металлов используют рудное и вторичное сырье, флюсы, топливо, огнеупорные материалы, химические реактивы, газы и другие материалы.

Вторичная цветная металлургия является самостоятельной подотраслью цветной металлургии и занимается производством металлов и сплавов из амортизационного лома и отходов текущего производства, которые могут повторно применяться в качестве исходного сырья.

Для получения металлов, сплавов, химических соединений и некоторых промежуточных продуктов из перерабатываемого сырья необходимы определенная последователь-

6

ность и оптимальные условия физико-химических процессов, при которых достигаются наиболее высокие технико-эконо- мические показатели по себестоимости и качеству получаемого продукта. Эта последовательность называется технологической схемой металлургического передела сырья.

Контрольные вопросы

1  Первые металлы, вошедшие в обиход человека: 1)  золото; 2)  железо;

3)  алюминий;

4)  медь;

5)  никель.

2  Самый распространенный в природе металл: 1)  медь; 2)  железо; 3)  золото;

4)  кальций;

5)  алюминий.

3  В настоящее время производится и потребляется различных металлов около:

1)  30;

2)  100;

3)  50;

4)  120;

5)  80.

4  Металлы, обладающие наибольшей химической ус­ тойчивостью:

1)  черные;

2)  тяжелые;

3)  легкие;

4)  редкие тугоплавкие;

5)  благородные.

7

5  Черные металлы: 1)  V, Cr, Mn;

2)  Ge, La, Nd;

3)  B, Si, Hg;

4)  Sr, Ba, Pd;

5)  нет правильного ответа.

6  Тяжелые цветные металлы: 1)  Zn, Sn, Hg;

2)  Bi, As, Co;

3)  W, Os, Fe;

4)  Ir, U, Mo;

5)  нет правильного ответа.

7  Легкие цветные металлы: 1)  Cu, Co, Cd;

2)  Mn, Mo, Md;

3)  Ag, As, Ar;

4)  La, Sc, Se;

5)  нет правильного ответа.

8  Драгоценные металлы: 1)  Os, Ir, Pd;

2)  As, Al, Ar;

3)  W, Mo, Ra;

4)  Hg, Po, Ac;

5)  нет правильного ответа.

9  Редкие металлы: 1)  V, Zr, U;

2)  Fe, Si, Hg;

3)  Th, Ra, In;

4)  Sr, Ba, Pd;

5)  нет правильного ответа.

10  Классификация редких металлов: 1)  тугоплавкие;

8

2)  рассеянные;

3)  легкие;

4)  радиоактивные;

5)  благородные.

11  Классы минералов: 1)  силикаты; 2)  карбонаты; 3)  сульфиды; 4)  оксиды;

5)  простые вещества.

12  Кларк – это:

1)  содержание металла в руде;

3)  марка печи;

2)  название технологии;

4)  распределение элемента в минерале;

5)  нет правильного ответа.

13  Рентабельный минимум – это:

1)  массовое содержание металла в руде;

2)  процентное содержание элемента в литосфере;

3)  мольное отношение металлов в руде;

4)  минимальное содержание металлов в концентрате;

5)  нет правильного ответа.

14  Стадии технологической схемы металлургического производства:

1)  получение рудного концентрата;

2)  получение химического концентрата;

3)  получение чернового металла;

4)  получение чистого соединения;

5)  нет правильного ответа.

15  Сырье для вторичной металлургии: 1)  комплексный концентрат; 2)  амортизационный лом;

9

3)  руда;

4)  технологический брак;

5)  бытовой лом.

1.2  Рудоподготовкаиобогащение

Месторождения руд цветных металлов расположены в различных экономико-географических и климатических зонах. Глубина залегания рудных тел изменяется в очень широких пределах. Универсального способа разработки месторождений цветных металлов нет. В каждом конкретном случае выбор наиболее рационального способа добычи определяется горно-геологическими условиями залегания рудного тела, ценностью и суммарными запасами руды.

Металлургическая ценность зависит от химико-мине- ралогического состава руды: содержания ценного металла, пустой породы, полезных и вредных примесей, способности обеспечивать высокую скорость химических процессов. Чем полнее осуществляют подготовку руды к металлургическому переделу (богаче концентрат), тем меньше энергетические затраты на ее переработку, но тем дороже получается подготовленный рудный материал.

Большинство руд цветных металлов представляют собой сравнительно бедные руды, из которых экономически невыгодно (а часто технически невозможно) непосредственно извлекать полезные компоненты. В этих случаях осуществляется процесс обогащения руд, являющийся этапом предварительной подготовки руды к переработке, который включает дробление, измельчение, классификацию, усреднение, обжиг, окускование и другие методы.

Обогащение осуществляется с использованием различных свойств материалов. При разной плотности разделяемых минералов применяются методы гравитационного обогащения (различие в скорости движения частиц в воде или в воздухе). Различие в физико-химических свойствах поверхности

10