8. Рафінувальні плавки в кольоровій металургії, їх види і призначення. Вогневе, лікваційне, сульфідуюче, хлорне, карбонільне, цементація рафінування (навести приклади хімічних реакцій)

Рафінувальні плавки проводять з метою очищення отриманих металів від домішок. В основі їх лежить відмінність у фізико-хімічних властивостях основного металу і металів-домішок. Існують наступні різновиди рафінувальних плавок:

1. Окислювальне (вогневе) рафінування. Засновано на відмінності в спорідненості до кисню основного металу і домішок. Оксиди домішок, що утворюються при цьому, спливають на поверхню металу, що рафінується, утворюючи шлак. Типовим прикладом такого процесу є вогневе рафінування чорнової міді.

[Cu-Fe]_ж+0,5О₂=[Cu]_ж+(FeO)_ж.

2. Лікваційне рафінування – суто фізичний метод рафінування. В основі цього процесу лежить принцип утворення і розділення за щільністю (ліквація) двох фаз, одна з яких є металом, що рафінується. Домішка при цьому повинна концентруватися в іншій фазі, нерозчинній в основному металі. Залежно від щільності вона спливатиме на поверхню або занурюватиметься на дно розплаву. Процес широко використовують в металургії свинцю.

3. Сульфідуюче рафінування, використовується для очищення металів від домішок, які володіють підвищеною спорідненістю до сірки. При цьому також утворюються дві фази, що не змішуються, відділяються один від одного ліквацією. Прикладом такого процесу може служити рафінування свинцю від міді.

[Pb - Cu]_ж + S_2(тв)= [Pb]_ж+(Cu₂S)_тв.

4. Хлорне рафінування. Засновано на відмінності спорідненості до хлору металу і домішок. Хлориди домішків, що утворилися, спливатимуть на поверхню металу або випаровуватимуться. Таким способом, наприклад, здійснюється очищення чернового свінцю від цинку:

[Pb-Zn]_ж+Cl₂=[Pb]_ж+(ZnCl₂)_ж.

Хлорне рафінування широко використовується в металургії алюмінію.

5. Карбонільне рафінування- процес отримання чистого порошкоподібного металу, ґрунтований на здібностях ряду металів утворювати з монооксидом вуглецю з'єднання типуMe_x(CO)_n - карбоніли. Її використовують для отримання чистих кольорових металів 6-8 груп періодичної системи:Ni, Mo, W, Re, Co, Pt.

Карбонільний процес складається з 2 стадій:

1. синтез карбонілу при температурі Т₁ і визначеному тиску СО:

Ме_хПр_z+nСО→Ме_х(СО)_n↑+zПр;

2. його термічне розкладання при температурі Т₂<Т₂по реакції

Ме_х(СО)_n→хМе+ nСО↑, де

Ме_х(СО)_n– сполука металу з киснем, сірой або черновой метал, що містить металеві домішки.

6. Цементація рафінуваннязаснована на витісненні більш електропозитивних металів з розчинів їх з'єднань менш електропозитивними металами, що знаходяться в твердому стані. Наприклад, нормальний електрохімічний потенціал міді + 0,344 в, цинку — 0,762 в; ця різниця потенціалів дозволяє здійснювати реакцію Cu²⁺_розчин+ Zn_метал= Zn²⁺_розчин+ Cu_метал. Чим більше різниця потенціалів, тим менше залишковий вміст в розчині металу, що облягає. Цементацію широко застосовують для очищення розчинів від домішок і для витягання металів з розчинів.

9. Рудні плавки в кольоровій металургії. Плавка на штейн, відновна, електролітична, металотермічна, реакційна плавка (вкажіть призначення і наведіть приклади хімічних реакцій)

Плавка – пірометалургійний процес, що проводиться при температурах, які забезпечують в більшості випадків повне розплавлення матеріалу, що переробляється. Розрізняють два різновиди плавок – рудні і рафінувальні. За характером протікаючих основних хімічних реакцій рудні плавки розділяються на наступні види:

1. Відновна плавка. Її проводять з метою здобуття металу за рахунок відновлення його оксидних з'єднань вуглецевими відновниками або переведення порожньої породи в шлак (сплав оксидів).

(MeO,SiO₂,CaO,Fe₂O₃) + C + O₂, N₂  Me + (SiO₂,CaO,FeO) + CO₂,N₂

руда дуття метал шлак газ

У кольоровій металургії методом відновної плавки отримують, наприклад, свинець і олово.

2. Плавка на штейн. Її застосовують з метою витягування металу в напівпродукт, званий штейном (сплав сульфідів). Плавку на штейн широко використовують при виробництві міді і нікелю. Другим продуктом плавки є шлак, який концентрує в собі оксиди руди і флюси

(CuFeS₂,FeS₂,SiO₂,CaO) + (SiO₂,CaO) + (O₂,N₂) 

руда або концентрат флюс дуття

 (Cu₂S,FeS) + (FeO,SiO₂,CaO) + (SiO₂,N₂)

штейн шлак гази

3. Електроліз розплавлених солей ведуть під дією постійного струму на розплавлене середовище, яке складається з оксидів або хлоридів.

MеO (MeCl₂)  Me²⁺ +O^2- ( 2Cl^--),

Me²⁺ +2 Me – на катоді

O^2-- - 2 O₂ або 2Cl^- - 2 Cl₂ - на аноді

Електроліз розплавлених солей можна застосувати для отримання практично любого металу, але виходячи з дорожнечі цей спосіб використовується тільки тоді, коли інші не можуть бути використані.

4. Металотермічна плавка. Її застосовують для здобуття важковідновлюваних металів, схильних в разі застосування вуглецевих відновників до утворення карбідів (Ме_хС), що додають їм крихкість.

Mе’O (Me’Cl₂) + Me"  Me' + Me"O (Me"Cl₂)

Металотермічних плавку використовують при отриманні ряду легких і рідкісних металів.

5. Реакційна плавка. Заснована на здобутті Ме за рахунок взаємодії його оксиду і сульфіду:

2MеO + MеS  3Me + SO₂

По методу реакційної плавки отримуються чернова мідь при конвертируванні мідних штейнів та свинець.