3. Металургійні гази і пил, їх класифікація і характеристика. Технологічні і топкові гази, грубий і тонкий пил кольорової металургії (навести приклади)

Більшість пірометалургійних процесів характеризуються утворенням значних кількостей газів і пилу. Як правило, ці два продукти видаляються з печей спільно.

Металургійні гази, що відходять, можна класифікувати на технологічно утворені за рахунок протікання хімічних реакцій, ітопкові, що являються продуктами спалювання палива. Склад та кількість газів, що відходять повністю визначається типом переробної сировини та видом прийнятого металургійного процесу.

Основними компонентами технологічних газів є сірчистий ангідрид (SO₂), вуглекислий газ (СО₂), оксид вуглецю (СО) і пари води (Н₂О). У окремих металургійних процесах можливе виділення газоподібного хлору, хлоридів, миш'яковистих й інших хімічних сполук. При спалюванні палива переважно утворюються СО₂, СО і Н₂О. Крім того, в газах обов'язково будуть присутні азот і вільний кисень, що поступає в надлишку з дуттям і за рахунок підсосів повітря.

Пил, що утворюється в металургійних процесах, умовно можна розділити на грубі і тонкі. Утворення грубогопилу пов'язане з дією газового потоку на дрібні частки шихти, яка переробляється, або продукти металургійної переробки. Зазвичай грубий пил має форму осколків; розміри часток цього пилу складають від 3-10 до декількох сотень мікрометрів. Хімічний склад ідентичний складу вихідного матеріалу.Тонкийпил утворюється переважно за рахунок сублімації легколетких компонентів. Пил, який виходить при цьому, несеться газовим потоком і при подальшому охолоджуванні конденсується в тверді частки або краплі. По хімічному складу сублімати відрізняються від вихідного матеріалу – вони збагачені леткими компонентами, наприклад цинком, кадмієм, свинцем, германієм, індієм і рядом інших рідких і розсіяних елементів.

4. Напівпродукти підприємств кольорової металургії. Штейни, шлаки, їх склад і типи (навести приклади). Пічні, конвертерні, рафінувальні, відвальні, оборотні, самоплавкі шлаки. Коректування складу шлаку

До напівпродуктів металургійного виробництва відносяться шлаки, штейни, пил, гази, агломерати і спеки, кеки, шлами, розчини тощо.

Штейном називається сплав сульфідів важких кольорових металів (мідь, нікель, свинець, цинк та ін.) з сульфідом заліза, в якому розчинені домішки. На практиці кольорової металургії отримують мідні, мідно-нікелеві, нікелеві і поліметалічні штейни. Основними компонентами мідних штейнів є сульфіди міді і заліза (Cu₂S і FеS). У мідно-нікелевих штейнах переважають Ni₃S₂, Cu₂S і FеS. Мідні та мідно-нікелеві штейни є хорошими розчинниками (колекторами) всіх благородних металів. Крім того, вони обов'язково містять селен і телур і ряд інших домішок (миш'як, сурму, вісмут, кадмій та ін.)

Шлаки є другим обов'язковим продуктом більшості металургійних плавок. Вони утворюються за рахунок ошлакування порожньої породи і флюсів і складаються, в основному, з оксидів. Залежно від характеру процесу розрізняють шлаки рудної плавки, конвертерні і рафінувальні.

Розрізняють шлаки передільні і відвальні. Передільні містять підвищену кількість цінних металів. Вони утворюються, як побічний продукт при виплавці або рафінуванні металів (наприклад, конвертерні шлаки Ni - і Cu- виробництв або анодний шлак рафінування Сu). Передільний шлак зазвичай використовується в одному з головних процесів технологічної схеми або застосовується в спеціальних процесах обробки: фьюминговання, електроплавлення з добавкою відновника і сульфидизатора, флотація та ін.

В відвальнихшлаках низький вміст цінних металів, і їх витягання при цьому рівні технології економічно невигідно. Такі шлаки є відходами металургійного виробництва. Відвальні шлаки часто використовують для виробництва шлаковати та ін. будівних матеріалів.

Основними компонентами шлаків кольорової металургії є SiO₂, FеO і CаO. В металургійних шлаках в залежності від складу передільної сировини та використаної технології можуть також бути присутнімиAl₂O₃,MgO,Fe₃O₄,ZnOтощо. Склад шлаків змінюється в широких межах, відповідно змінюються і фізико-хімічні властивості розплавів. Для кожного металургійного процесу і вживаного для його здійснення плавильного агрегату підбирають оптимальний склад шлаків, який повинен задовольняти строго певним технологічним і економічним вимогам.

Коректування складу шлаку з метою наближення його до оптимального, проводять введенням у вихідну шихту відповідних флюсів – мінеральних добавок. Якщо оптимальний склад досягається без добавки флюсів то шлак, що виходить, називається самоплавким.

5. Товарна продукція підприємств кольорової металургії та її види (навести приклади). ДСТУ, ГСТ, ТУ на товарну продукцію, їх призначення і особливості вживання. Чорнові, технічної чистоти, високої чистоти, особливої чистоти кольорові метали (навести приклади)

Кольорова металургія є комплексною галуззю промислового виробництва. Асортимент товарної продукції підприємств кольорової металургії дуже широкий і різноманітний. Окрім металевої продукції, металургійні заводи випускають додаткову продукцію.

Продукцією окремих підприємств кольорової металургії можуть бути:

• кольорові метали і сплави у вигляді злитків, катодів, прокату тощо;

• хімічна продукція: сірчана кислота, елементарна сірка, мідний і нікелевий купорос, кальцинована сода, поташ тощо;

• мінеральні добрива: суперфосфат, амофос;

• будівельні матеріали: цемент, щебінь, гранульований шлак, шлакова брущатка тощо;

• теплова та електрична енергія;

• кисень та аргон.

Норми і вимоги до якості і розмірних характеристик сировини, матеріалів і виробів металургійного виробництва встановлюються Державними стандартами (ДСТУ), галузевими стандартами (ГСТ) і технічними умовами (ТУ). Наприклад, ДСТУ 3790-98. «Металургія кольорових металів. Терміни та визначення основних понять.»

Стандарти і технічні умови встановлюються на групу виробів і матеріалів або окремі види продукції і визначають повну технічну характеристику сировини або продукції, що випускається. ДСТУ мають силу закону та обов'язкові для виконання у всіх галузях народного господарства. Галузеві стандарти ГСТ, як правило, визначають вимоги до сировини матеріалів напівпродуктів та продуктів металургійного виробництва, які споживаються лише усередині галузі. Технічні умови затверджуються в тих випадках, коли на продукцію відсутні стандарти або коли потрібне встановлення спеціальних вимог на продукцію, яка випускається. Технічні умови на промислову продукцію зазвичай визначають взаємини між вузьким колом замовників та виробників в строгій відповідності з погодженими умовами і термінами їх дії.

У кольоровій металургії залежно від вживаної технології і складу металів, що виходять, розрізняють чорнові і рафіновані метали. Товарною продукцією, як правило, є рафіновані метали.

Чорновимиметалами називають метали, забруднені домішками. До числа домішок входять шкідливі і коштовні елементи – супутники основного металу. Шкідливі домішки погіршують характерні для даного металу властивості: електропровідність пластичність, корозійну стійкість тощо. Цінні супутники – благородні метали, селен, галій, індій, вісмут й ін. – необхідно попутно обов'язково витягувати.

Чорнові метали обов'язково піддають очищенню від домішок – рафінуванню. Сортамент рафінованих кольорових металів великий. ДСТУ встановлюють випуск до 6-10 і більше марок кожного конкретного металу. У невеликих кількостях деякі підприємства кольорової металургії випускають метали підвищеної (особливої) чистоти. Здобуття таких металів пов'язане з великими додатковими витратами праці часу і засобів.

Чисті метали або сплави з низьким вмістом домішок. Залежно від ступеня чистоти розрізняють метали: порівняної чистоти, або технічно чисті (99,0 – 99,90%); підвищеної чистоти (99,90 - 99,99%); високої чистоти, або хімічно чисті (99,99 - 99,999%); особливої​​чистоти, або спектрально-чисті (вище 99,999% основного металу).

6. Гідрометалургійні процеси в кольоровій металургії. Три основні стадії гідрометалургійних процесів. Осадження металів з розчинів електролізом водних розчинів, цементацією, відновленням газоподібними відновниками (навести приклади хімічних реакцій)

Гідрометалургія - витягання металів з руд, концентратів і відходів різних виробництв водними розчинами хімічних реагентів з подальшим виділенням металів з розчинів. Гідрометалургійні процеси проводяться при низьких температурах в межах розділу найчастіше твердої і рідкої фаз. Основні стадії гідрометалургійних процесів: вилуговування, очищення розчинів від домішок і осадження металу з розчину.

Вилуговування – процес перекладу витягуваних компонентів в розчин при дії на матеріал розчинника, що переробляється. В результаті вилуговування отримують два продукти: розчин витягуваного металу, забруднений, як правило домішками, і нерозчинний залишок (кек), що складається з компонентів порожньої породи і важкорозчинних з'єднань.

Для очищення розчинів вилуговування від домішок використовують методи осадження металів електролізом водних розчинів, цементацією або відновленням газоподібними відновниками під тиском. У основі цементаційного осадження лежить принцип витіснення з розчину одного металу іншим (більш електронегативним). Прикладом цементаційного очищення служить процес виділення міді з сірчанокислих цинкових розчинів цинком:

(CuSО₄ + Zn  ZnSO₄ + Cu).

Спосіб осадження газами-відновникамиполягає в обробці розчинів при підвищеній (Т > 370 К) температурі і тиску газами-відновниками (Н₂, SO₂, СО). Він відрізняється високою інтенсивністю, забезпечує селективне осадження металу у формі порошку, регенерацію розчинника (наприклад, при осадженні міді з кислих розчинів), у ряді випадків (при осадженні нікелю, кобальту) отримання композиційних порошків. Спосіб використовують в промисловому масштабі для осадження порошків нікелю, кобальту, міді, благородних металів. Прикладом цього способу є осадження міді з кислих розчинів:

Cu²⁺ + SO₃^2- + H₂O = Сu + 2Н⁺ + SO₄^2- .

Електролізвикористовують для обробки розчинів з підвищеним вмістом металів ( ≥ 25-40 г/дм³), застосовуючи нерозчинні аноди. В результаті на катоді відновлюються іони металу:

Меⁿ⁺+ nе = Me_к,

а на аноді протікає реакція з утворенням молекулярного кисню:

Н₂O+ 2е = 2Н⁺+ 0,5О₂.

Цей спосіб використовують для витягання міді, цинку, кадмію, сурьми, нікелю, срібла і ряду інших металів, отримуючи компактні або порошкоподібні осади. В процесі осадження розчини обіднюються по витягуваному металу, одночасно в еквівалентному співвідношенні регенерується реагент-розчинник (наприклад, сірчана кислота при обробці сульфатних розчинів), що дозволяє організувати замкнуту схему по розчиннику.

7. Гідрометалургійні процеси в кольоровій металургії. Три основні стадії гідрометалургійних процесів. Види розчинників. Очищення розчинів від домішок хімічним осадженням, кристалізацією, цементацією, екстракцією, іонообмінними процесами (навести приклади хімічних реакцій)

Гідрометалургія - витягання металів з руд, концентратів і відходів різних виробництв водними розчинами хімічних реагентів з подальшим виділенням металів з розчинів. Гідрометалургійні процеси проводяться при низьких температурах в межах розділу найчастіше твердої і рідкої фаз. Будь-який гідрометалургійний процес складається зтрьох основних стадій: вилуговування, очищення розчинів від домішок і осадження металу з розчину.

Вилуговування– процес перекладу витягуваних металів в розчин при дії розчинника на матеріал (руду, концентрат тощо), що переробляється, часто у присутності газового реагенту – кисню, водню й ін. Розчинниками для вилуговування з'єднань є переважно сірчана кислота (ванадій мідь, цинк), сода (ванадій в карбонатних рудах, молібден, вольфрам), їдкий натр (глинозем, вольфрам), аміак (мідь, нікель), ціаністі солі (золото, срібло), сірчистий натрій (сурма, ртуть), розчини хлору і хлоридів (благородні метали, свинець, рідкі метали), тіосульфати (золото, срібло).

Для очищення розчинів вилуговування від домішок використовують методи осадження металів кристалізацією, цементацією, екстракцією, іонообмінними процесами (навести приклади хімічних реакцій), методи хімічного осадження неорганічними або органічними реагентами.

При кристалізаціїдомішок випадає в осад пересиченні розчину в результаті, наприклад, випарювання з нього води. В основіцементаційного осадженнялежить принцип витіснення з розчину одного металу іншим (більш електронегативним). Прикладом цементаційного очищення служить процес виділення міді з сірчанокислих цинкових розчинів цинком

(CuSО₄ + Zn  ZnSO₄ + Cu)

У гідрометалургії кольорових металів все більше поширення набувають сорбційні (іонообмінні) і екстракційні процеси.

Іонообмінні процесизасновані на здатності деяких твердих речовин (іонітів) при контакті з розчинами поглинати іони з розчину в обмін на іони того ж знаку, що входять до складу іоніту. У загальному вигляді дію іонообмінних смол можна виразити рівняннями:

2RH + K²⁺  R₂K + 2H^- або

2RCl + A²⁺¹  R₂A + 2Cl^-

де R – радикал з фіксованими іонами, К – катіон; А – аніон.

Екстракцієюназивається процес витягнення розчинених хімічних сполук металів з водного розчину в рідку органічну фазу, що не змішується з водою. Як екстрагенти використовують органічні кислоти і їх солі амінів і амонієвих підстав, спирти, ефіри, кетон.