Технологія виробництва міді
Мідь отримують з мідних, мідно-молібденових, мідно-нікелевих і поліметалічних руд. Заводи випускають чорнову (99%), рафіновану вогневим (99,6% Cu) і електролітичним (99,95% Cu) методами мідь.
Процес добування міді включає три основні етапи:
збагачення мідної руди;
виплавка чорнової міді;
рафінування міді.
Враховуючи дуже малий вміст міді в рудах (1-2%), руду спочатку збагачують флотаційним способом. Розмелену руду змішують з флотаційними реагентами піноутворювачами та водою і продувають пульпу повітрям. Пухирці повітря прилипають до зерен рудних мінералів, спливають і утворюють піну, а пуста порода, яка добре змочується водою опускається на дно.
Після фільтрації піни та просушування отримують концентрат з вмістом 10...35% міді. Для зменшення вмісту сірки збагачену руду піддають окислювальному випалу при температурі 600...900 °C. Після цього руда поступає в полуменеві печі з температурою в зоні плавки 1450 °C, де відбувається дисоціація вищих сульфідів і карбонатів. Продукти дисоціації сплавляють між собою, утворюючи штейн — легкоплавкий сплав з температурою плавлення 900...1150 °C і вмістом 10...60% Cu, 10...58% Fe, 22...25% S. Крім того, штейн містить домішки нікелю, цинку, свинцю, золота, срібла. Виплавка чорнової міді відбувається в горизонтальних конверторах з боковим дуттям продувкою штейну повітрям. Температура в конвертері становить 1200-1300 °C. Спочатку окисляється залізо:
2FeS + 3O2=2FeO + 2SO2
Окисел заліза в вигляді шлаку спливає на поверхню і зливається. У другий період продування:
2Cu2S + 3O2 = 2Cu2O + 2SO2
Закис міді розчиняється в розплаві та взаємодіє з напівсірчистою міддю з утворенням чорнової міді:
2Cu2O + Cu2S = 6Cu + SO2
Тепло в конвертері виділяється за рахунок перебігу хімічних реакцій, без подавання палива. Таким чином, в конвертері отримують чорнову мідь, що містить 98,5...99,5% Cu; 0,3...0,5% S; 0,01...0,04% Fe; 0,3...0,5% Ni.
Рафінування чорнової міді проводять вогневим (окислення домішок при продуванні розплаву повітрям), або електролітичним способом за рахунок електролізу в водному розчині сірчаної кислоти та мідного купоросу. При проходженні струму анодні плити чорнової міді розчиняються і на катодах осаджується чиста електролітична мідь, а домішки випадають на дно ванни.
Сортамент промислової міді наступний:
Мідні прутки — випускаються пресованими (20...180 мм) і холоднодеформовані, в твердому, напівтверді і м'якому станах (діаметр 3...50 мм) за ДСТУ ГОСТ 1535^2006 [2].
Плоский мідний прокат загального призначення випускається у вигляді фольги, стрічки, листів і плит з ДСТУ ГОСТ 1173:2006 [3]
Фольга мідна — холоднокатана: 0,05...0,1 мм (випускається тільки в твердому стані)
Стрічки мідні — холоднокатані: 0,1...6 мм.
Листи мідні — холоднокатані: 0,2...12 мм і гарячекатані: 3...25 мм (механічні властивості регламентуються до 12 мм).
Плити мідні — гарячекатані: понад 25 мм (механічні властивості не регламентуються).
Мідні труби загального призначення виготовляються холоднодеформованими (в м'якому, напівтверді і твердому станах) і пресованими (великих перерізів) за ДСТУ ГОСТ 617:2007[4].
Паливо. Хімічна переробка палива, 51. Методи переробки палив, 52. Коксування кам’яного вугілля
Методи переробки твердого палива засновані на гетерогенних, головним чином некаталітичного процесах в системах «тверде - газ», «тверде - рідина - газ» і багатофазних, здійснюваних при високих температурах.
При нагріванні вугілля та інші види палива зазнають складні зміни, що ведуть до утворення нових твердих, рідких і газоподібних продуктів.
Основними методами, переробки твердого палива є коксування, напівкоксування, газифікація і деструктивна гідрогенізація.
Коксування - метод переробки кам'яного вугілля нагріванням без доступу повітря до 900-1060 0 С в коксових печах. Коксохімічне виробництво включає три технологічні стадії: підготовку сировини, коксування і переробку коксового газу.
Сировиною для коксування служить суміш кам'яного вугілля, здатних при нагріванні спікатися (тобто, розм'якшуватися і злипатися в загальну масу). До таких вугіллю відносяться коксівного вугілля різних марок: коксівне, паровічно-спікаються, паровічно-жирні та ін Але запаси коксових вугілля обмежені, тому поряд з ними застосовують інші марки кам'яного вугілля - неспекающіеся: жирні, газові, довго полум'яні.
Вступники на переробку вугілля піддаються підготовці: дроблення, сортування, збагачення, зневоднення. Ця робота з поліпшення якості вугілля вимагає додаткових витрат, але вона економічно доцільна.
Процес коксування протікає в коксових печах, що представляють собою щілиновидні камери 2 шириною 0,4 м, висотою 4 м і довжиною 14-15 м, складені з вогнетривкого матеріалу. У зведенні такої камери є отвори - люки для завантаження вугілля. Кілька десятків вечей (до 75), розташованих паралельно один одному і пов'язаних цегляною кладкою, утворюють коксову батарею. У простінках між печами розташовуються опалювальні канали 1. У них спалюється будь-яке газоподібне паливо. Отримане при цій тепло через стінки печей, передається завантаженому в них вугіллю.
Коксування триває 13-14 годин. Після закінчення процесу відкривають передню та задню двері печі і спеціальним штовхачем виштовхують кокс з камери в сталевій напіввагон, в якому його гасять. Після вивантаження кокс сортують. З однієї тонни вугільної шихти отримують 730-780 кг коксу, що містить 85-95% чистого вуглецю, 5-11% золи і невелика кількість інших речовин.
Утворений при коксуванні газ (до 350 м 3 на 1 т вугілля) містить багато цінних речовин. Крім водню, метану, окису і двоокису вуглецю, до його складу входять пари кам'яновугільної смоли, бензолу, аміаку, сірководню та інших сполук. Парогазову суміш, що відходить з коксових камер, уловлюють і відводять V цех конденсації на переробку, витягуючи містяться в газі компоненти.
Напівкоксування - низькотемпературний піроліз низькосортного твердого палива (кам'яне і буре вугілля, сланці) при нагріванні до кінцевої температури 500-550 0 С без доступу повітря.
Продукти напівкоксування - напівкокс, смола і газ.
Напівкокс - слабо спечений крихкий продукт, що містить до 10% летких речовин, що володіє високою реакційною здатністю 8 великий зольністю. Застосовують як місцеве енергетичне паливо я як складову шихти для коксування.
Смола, особливо сланцева, служить джерелом отримання моторних палив, розчинників я найрізноманітніших органічних мономерів, що виділяються прямою перегонкою смоли.
Газифікація. Останнім часом газифікація твердого палива набуває особливого значення як джерело енергія і хімічної сировини.
Газифікації можуть бути піддані будь-які види твердого палива - торф, низькосортне вугілля, сланці, напівкокс, відходи лісорозробок та ін При газифікації, що проводиться в реакторах, званих газогенераторами, органічна маса палива перетворюється в генераторні гази. Твердий залишок газифікації (шлак) представляє собою мінеральну частину палива, тобто золу. У залежності від призначення генераторного газу застосовують різні види дуття і отримують газ заданого складу.
Представляє інтерес відродження ідеї Д. І. Менделєєва про підземну бесшахтних газифікації кам'яного вугілля, Коли газифікація протікає у підземному газогенераторі без вилучення палива на поверхню, тобто без трудомістких гірських робіт.
Метод полягає в тому »що з поверхні землі до вугільного пласту буряться свердловини на відстані 25-30 м один від одного, після чого забої цих свердловин з'єднуються каналом газифікації по вугільному пласту. Одна свердловина призначена для підведення дуття, а інші - для відводу утворюються газів.
Деструктивна гідрогенізація - це метод прямого одержання штучного рідкого палива - замінника нафтопродуктів - з бурих і кам'яного вугілля, сланців та інших видів твердого палива.
Сировиною служать кам'яне і буре вугілля, що містять у своїй масі мінімум сірки, азоту, кисню, але максимум водню. Вугілля готують; дроблять, подрібнюють, збагачують і сушать. Тонко подрібнений вугільний порошок змішують з важким маслом. Отриману масу нагрівають в автоклавах під тиском в присутності водню і каталізатора. У цих умовах вугілля насичується воднем - гідрогенізуется. Одночасно з гидрогенизацией відбувається розщеплення (деструкція) великих молекул, що становлять вугілля, в суміш рідких та газоподібних речовин з меншим молекулярною вагою. У результаті утворюються вуглеводні (С n Н m), аналогічні молекулам речовин, що складають нафту. У залежності від ступеня гідрування можна отримати бензин, гас, дизельне паливо та інші речовини.
54. Октанові і цетанові числа
Цетáнове числó характеризує займистість дизельних палив. Ц.ч. чисельно дорівнює об'ємній частці цетану (С16Н34, гексадекан), ц.ч. якого приймається за 100, у суміші із α-метилнафталином (ц.ч. = 0). Коли ДП характеризується такою ж займистістю, визначеною на дослідному двигуні, що і модельна суміш цих двох вуглеводнів, то цетанове число даного палива приймають рівним процентній частці цетану у цій суміші. Чим воно більше, тим легша займистість суміші при стисненні.
Оптимальну роботу стандартних двигунів забезпечують палива з ц.ч. 40—55. При ц.ч. меншому від 40 різко зростає затримка запалювання (час між початком вприскування і займанням палива) і швидкість наростання тиску в камері згоряння, збільшується знос двигуна. Стандартне паливо характеризується цетановим числом 40—45, а паливо вищої якості (преміум) має цетанове число 45—50.
Преміум ДП легше і містить більше легкозаймистих легких фракцій і тому придатніше для запуску двигуна у холодну погоду; крім того, співвідношення водню до вуглецю у легких фракціях вище, тому при згоранні такого ДП утворюється менше диму. При ц.ч. понад 60 знижується повнота згоряння палива, зростає димність викидних газів, підвищується витрата палива. Деякою мірою ц.ч. залежить від групового складу палива (частки парафінів, олефінів, нафтенів, ароматиків). Парафіни здатні до самозаймання при низьких температурах і є корисним компонентом ДП.
Необхідне цетанове число залежить від типу двигуна (його швидкохідності і ступеня стиску), а також від інших факторів. Оптимальне ЦЧ при різній частоті обертання колінвалу n визначається за формулою:
ЦЧ = 3,5•n1/3
Октанове число (ОЧ) — умовний показник, що характеризує здатність палива забезпечити бездетонаційну роботу двигунів із примусовим запаленням. Октанове число — це вміст (по об'єму) ізооктану(о.ч.=100) в суміші з н-гексаном (о.ч.=0), еквівалентний по детонаційній стійкості досліджуваному паливу.[1] Октанове число може бути і більше 100 і менше нуля.
Визначення октанового числа і його різновиди
Октанове число визначається на спеціальних установках шляхом порівняння характеристик горіння випробуваного палива й еталонних сумішей ізооктану (детонаційна стійкість якого прийнята за 100[1]) і н-гептану (детонаційна стійкість якого прийнята за 0[1]). Випробування протікають у двох режимах: жорсткому (частота обертання колінвалу 900 хв-1, температура всмоктуваної суміші 149°C) і м'якому (600 хв-1, температура всмоктуваного повітря 52°C). Одержують відповідно моторне і дослідницьке октанове числа (ОЧМ і ОЧД). Різниця між ними називається чутливістю і характеризує ступінь придатності бензину до різних умов роботи двигуна. Вважають, що ОЧД краще характеризує бензини при їзді в міських умовах, а ОЧМ — в умовах високих навантажень і швидкостей. Середнє арифметичне між ОЧД й ОЧМ називають октановим індексом, прирівнюють до дорожнього октанового числа, що нормується стандартами деяких країн (наприклад, США) і вказується на бензоколонках як характеристика палива, що продається.
При виробництві бензинів змішанням фракцій різних процесів важливе значення мають т.зв. октанові числа змішання (ОЧЗ), що відрізняються від дійсних октанових чисел окремих компонентів. Октанові числа змішання залежать від природи нафтопродукту, його вмісту в суміші й деяких інших факторів. У парафінових вуглеводнів ОЧЗ вище дійсних ОЧ, а в ароматичних залежність складніша. Різниця може перевищувати 20 пунктів. Октанове число змішання важливо враховувати при додаванні в паливо оксигенатів: спиртів і етерів (ефірів).
Проблема підвищення октанового числа бензину
До початку 1970-х років проблема підвищення октанового числа бензину вирішувалася винятково за рахунок застосування етилової рідини, що містить тетраетилсвинець (ТЕС). Впровадження каталітичних нейтралізаторів, чутливих до наявності свинцю, привело до необхідності перегляду технічної політики в різних країнах. Були розроблені програми переходу на неетиловані палива. І хоча терміни виконання цих програм неодноразово відкладалися, застосування тетраетилсвинцю підходить до кінця. США, Австрія й Японія виробляють повністю неетиловані бензини, в інших країнах обсяг їхнього виробництва постійно збільшується.
Проблема вироблення неетилованого бензину зараз вирішується за рахунок модифікації компонентного складу. У товарні бензини додають алкілати, ізомеризати й сполуки, що містять кисень. При цьому одночасно вирішується інші проблеми: зниження тиску насиченої пари бензину, зменшення концентрації бензолу і забезпечення повноти згоряння палива. Альтернативні свинцю органічні антидетонатори й ті, що містять метал, типу екстраліну одержали не таке широке застосування, як ТЕС. Їх використовують на деяких НПЗ, а з деякого часу пропонують власникам автомобілів у якості так званих октан-бустерів, тобто препаратів для корегування октанового числа бензину безпосередньо на місці застосування палива.