Металлургиялық өңдеудің негізгі үрдістері

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Металлургиялық өңдеудің негізгі үрдістері

Сульфидтерді қайта өңдеудің теориялық негіздері

1. Ме-S-O системасындағы қатты жіне газ тәрізді фазалардың әрекеттесуі.

Карбонаттар, тотықтар және басқа да химиялық қосылыстардың диссоциация және түзілу үрдістері фазалық түрлену көне фаза (бастапқы фаза) көлемінде туынтектік орталықтар деп аталатын жаңа фазаның шағын көлемдерінің пайда болуы және олардың одан әрі өсуі нәтижесінде жүреді. Туынтектік орталықтар неғұрлым көп түзілсе және өсу жылдамдығы жоғары болса, соғұрлым фазалық түрлену тез дамиды.

Жаңа фаза участоктары түзілген кезде жүйенің еркін энергиясы өзара қарама- қайшы екі үрдістің әсерінен өзгереді - бір жағынан еркін энергияның жоғары деңгейіне ие көне фазаның молекулалары, атомдары мен иондары аз деңгейлі еркін энергиясы бар жаңа фазаға өтеді. Екінші жағынан фазааралық бөліну бетінің пайда болуының арқасында жүйенің еркін энергиясы артады.

Жүйенің белгілі бір параметрлерінің түрлі нүктелерде энергетикалық тепе-тең күйде болатын (жылулық) барынша мүмкін мәндерінен ауытқуы флуктуация деп аталады.

Гомофазалы және гетерофазалы флуктуацияларды айырады. Егер жүйедегі тығыздық пен концентрацияның ауытқуы фазалық күйді өзгертпесе, онда мұндай флуктуация гомофазалық деп аталады.

Ал егер жүйенің шағын көлемінде жаңа фаза бөлшектерінің пайда болуын тудыратын ауытқулар орын алса, онда бұл гетерофазалық флуктуация деп аталады.

2. Металлургиялық негізгі үрдістер.

Металл алу үрдістерін пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық деп бөледі. Жоғары температурада жүретін барлық үрдістер пирометаллургиялыққа жатады («пир» - грек. от) .

Күйдіру - өңделетін шикізаттың химиялық және минерологиялық құрамын өзгерту мақсатында жоғары температурада (500-1200°С) жүргізілетін металлургиялық үрдіс. Күйежентектеумен күйдіруден өзге күйдіру үрдістері қатты фазалы. Түсті металлургияда негізінен тотықтырушы және кальцилеуші; тотықсыздандырушы, хлорлеуші немесе фторлаушы күйдіру түрлері айтарлықтай сирек қолдданылады.

Тотықтыру күйдірудайындалған сульфидті кендерді және концентраттар үшінқұрамындағы металдарды тотық түріне ауыстыру және сульфидтерді толық немесе бөліктеп тотықтыру мақсатында мына реакция бойынша таза күйде қолданады.

2MeS + ЗО ₂ → 2МеО + 2SO ₂

Тотықтырып күйдірудің бір түрі күйежентектеумен агломераттаушы күйдіру. Сульфидтердің тотығуымен қатар бөлінетін жылу арқасында материалдың күйежентектелуі жүреді. Өңделетін материал құрамындағы оңай балқитын компоненттері біршама мөлшерде сұйық фаза бөліп, кейін салқындату нәтежиесінде қатады да қиын балқитын бөлшектерді кесек кеуекті өнімге (агломират) цементтейді.

Тотықтыру сульфаттаушы күйдіру кезінде алынатын металдардың бастапқы сульфидтерін суда еритін сульфаттар түріне ауыстырады:

MeS + 2О ₂ → MeSO ₄

Кальцилеуші күйдіруді(қыздару) тұрақы емес химиялық қосылыстарды термиялық ыдырату (дисоциация) үшін жүргізеді, жиі гидроксидтер мен карбонаттарды.

Фторлаушы немесе хлорлаушы күйдірудіметалдарды суда ерігіш немесе оңай ұшқыш фторидтер мен хлоридтер түріне, ал тотықсыздандырғышты - жоғары оксидтерді технологиялық түрге ауыстыру үшін қолданылады, мысалы:

Fe ₂ O ₃ + СО → Fe ₃ O ₄ + СО ₂

Балқыту - көп жағдайда материалдың толық балқуын қамтамассыз ететін жоғары температуралы пирометаллургиялық үрдіс. Балқытудың екі түрін ажыратады - кенді және тазартқыш.

Кенді балқытукелесі кезеңдерден тұрады:

- өңделетін материалдарды кептіру мен қыздыру;

- тұрақты емес химиялық қосылыстардың термиялық диссоциациясы;

- сульфидтердің тотығуы немесе оксидтердің тотықсыздануы (балқыту түріне байланысты) ;

- алғашқы балқыма түзетін оңай балқитын компоненттердің балқуы;

- алғашқы балқымада қиын балқитын құрамдастарының штейн немесе қара металл мен қож түзіп еруі;

- балқу өнімдері арасында бағалы компоненттерді тарату;

- сұйық балқу өнімдерін бөлу.

Кенді балқытудың барлық кезеңдері тізбектей немесе түрлі жылдамдықпен бір уақытта жүреді. Ең баяу жүретін кезең (соңғысы - сұйық балқу өнімдерін бөлу) қосынды балқу жылдамдығын, яғни қолданылатын агрегаттың нәтежиелі өнімділігін анықтайды.

Әдетте бұл кезең тұндырумен жүзеге асырылады, дегенмен балқыманы қарқынды араластыру арқылы үдетуге болады, өз кезегінде ол балқыту пешінің шекті өнімділігінің артуына әкеледі.

Кенді балқыту бес түрлі болады.

Тотықсыздандырушы балқытуоның оксидті қосылыстарын көміртекті тотықсыздандыру арқасында металл алу және бос жыныстарды қожға (оксидтер қорытпасы) айнадыру үшін қолданылады, мына сүлбе бойынша жүреді:

(MeO, SiO ₂ , CaO, Fe ₂ O ₃ ) + СО → Me + (SiO ₂ , CaO, FeO) + CO ₂

Кен Металл Қож Газ

Штейнге балқытумына сүлбе бойынша алынатын металды жартылай өнімге айналдыру үшін қолданылады:

CuFeS ₂ , FeS ₂ , SiO ₂ , CaO) + (SiO ₂ , CaO) + (O ₂ , N ₂ ) →

Кен немесе концентра Флюс Ауа

→ (Cu ₂ S, FeS) + (FeO, SiO ₂ , CaO) + (SO ₂ , N ₂ )

Штейн Қож Газдар

Балқытудың екінші өнімі - қож оксидті компоненттерді концентрлейді

Балқытудың бұл түрін нейтрал, тотықсыздандырғыш немесе тотықтырғыш атмосфераларда жүргізіледі. Ақырғы жағдайда балқытуды концентрациялаушы деп атайды, өйткені тотығу жағдайындағы балқыту алынатын металл құрамы үлкен штейндер алуға мүмкіндік береді.

Электротермиялық балқыту (балқыған тұздар электролизі) оксидтерден немесе хлоридтерден тұратын балқыған ортаға тұрақты тоқтың әсер етуімен жүреді. Мұнда катодта қатты немесе сұйық күйдк металл, ал анодта газ (оттегі немес хлор) бөлінеді.

Металлотермиялық балқыту көміртегімен әсерлесу кезінде морттық қасиет беретін карбидтер түзуге жақын тұратын қиын-тотықсызданатын металдар алу үшін қолданылады.

Мұндай балқытудың негізінде бір металды өзінің қосылысынан (оксидтері, хлоридтері және т. с. с) басқа белсендірек металмен ығыстырып шығару принціпі жатыр.

Реакциялы балқыту оның сульфиді мен оксидінің әсерлесу реакциясы бойнша металл алуға негізделген:

2MeO + MeS → 3Me + SO ₂

Тазартыу балқыту, температураның өзгеруі немесе қысым мен өзгеде факторлардың әсерінен, реагенттердің әсер етуі нәтежиесінде бастапқы балқымады түзілетін қоспаларды жаңа фазада концентрациялауға негізделген, алынған металдарды қоспалардан тазарту үшін жүргізіледі. Қоспалардың компонентерінен тұратын жаңадан түзілетін фаза тазартылатын балқымада ерімейтін және одан мүлде ерекшеленетін болуы керек. Бұл екі талап қорытындысында оның балқыма бетіне шығуын немесе балқыманың түб жағына тұнуын немесе айтарлықтай ұшқыштыққа ие болса газды фазаға алынып тасталынуын қастамассыз етеді.

Араласпайтын фазаларды тығыздығы бойынша бөлу үрдісі ликвация деп аталады. ликвация кез келген тазартып балқытудың құрамдас кезеңі немесе жеке тазарту әдісі ретінде болуы мүмкін.

Реагент ретінде оттегі қолданылса тазарту тотықтырғыш немесе отты, хлор - хлорлы, күкірт немесе сульфид - сульфидтеуші деп аталады.

Тығыздығы жоғары оңай ұшқыш қоспаларды алып тастау металл балқыманы вакуммда ұстаумен қол жеткізеді (вакуумды тазарту) .

Гидрометаллургиялық үрдістер. Гидрометаллурги - кеннен, концентраттарды және басқа да шикізаттардың түрлерін сулы ерітіндімен, кейін химиялық қосылыстар түрінде немесе бос күіндегі металдар алынатын химиялық реагенттермен металдарды алу. Екі негізгі гидрометаллургиялық үрдістер қолданылады: ерітіндіден металдарды сілтілеу және тұндыру. Оладың арасында ерітінділерді концентрациялау және қоспалардан тазарту операциялары болуы мүмкін.

Сілтілеу- тотықтырғыштың болуымен (мысалы, оттегінің) қатты фаза компоненттерін еріткіштің көмегіемен сұрыптап алу үрдісі.

Сілтілеу кезіндегі негізгі реакциялар қатты мен сұйық фазалар шекарасында жүреді және диффузиялық сипатқа ие болады. Бастапқы қойыртпақты араластыру қарықыны мен әсерлесетін материалдардың беттік, әсіресе электрохимиялық қасиеттері сілтілеу нәтежиесіне айтарлықтай әсер етеді.

Сілтілеу нәтежиесінде екі өнім алынады: қоспалармен ластанған, әдетте концентрациясы төмен алынатын металл ерітіндісі мен негізінен бос жыныс минералдарынан және қиын еритін күрделі минералдардың компоненттерінен тұратын ерімейтін қалдық алынады.

Еріткіш ретінде су, қышқыл ерітінділері, сілтілік металдардың немесе тұздардың гидрооксидтері қолданылады.

Еріткіш ретінде суды қолданған кезде ғана сілтілеу үрдісі таза физикалық механизмге ие. Барлық қалған жағдайда еру химиялық реакциямен қатар жүреді, алынатын металл бастапқыда суда еритін қосылыс түріне ауысады.

Металдарды тұндыру сілтілеу ерітінділерінен бірнеше әдіспен жүруі мүмкін: сулы ерітінділердің электролизі, цементтеу, газ тәрізді (оттегімен) қамым астында тотықсыздандыру немесе кристалдау (буландырумен) .

Сілтілеу ерітінділерін қоспалардан тазарту үшін органикалық және бейорганикалық реагенттермен химиялық тұндыру, цементтеу, гидролиздеу және кристалдау әдістерін қолданады. Сілтілеу кезінде алынған ерітінді одан сонғы өнім алу үшін жарамсыз немесе құрамында өзінше құндылығы бар қоспалар болған жағдайларда бұл операцияларды жүзеге асырады.

Ерітінділерді концентрациялауды әдетте сілтілеуден өте кедей ерітінді алынғанда өткізеді. Ерітінділердің концентрациясының жоғарлауына жиі буландырумен қол жеткіземіз.

Түсті металдар гидрометаллургиясында (әсіресе сирек және асыл металдар өндірісінде) сорбциялық (ионалмасу) және экстракциялық үрдістер кеңінен таралуда.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.