Пирометаллургия (грек. руr — от және металлургия) — жоғары температураларда өтетін металлургиялық процестердің жиынтығы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

Кіріспе3

1. Металлургиялық өңдеудің жалпы принципиалді сұлбасы. 4

2. Пирометаллургиялық процестер5

3. Күйдіру процесі6

4. Балқыту процесі7

Қорытынды10

Пайдаланған әдебиеттер11

Кіріспе

Пирометаллургия (грек. руr - от және металлургия ) - жоғары температураларда өтетін металлургиялық процестердің жиынтығы (күйдіру, қорыту, конвертерлеу, тазарту және айдау) . Пирометаллургия - металлургияның негізгі және көне салаларының бірі. Күйдіру процестерінде материал қатты күйін сақтай отырып, құрамын өзгертумен бірге біршама іріленеді. Іорыту процесінде шикі құрам толық балқып, 2 немесе 3 қабатқа (қож, штейн, металл) бөлінеді. Отынның жануынан бөлінетін жылу және оттекпен үрлеп тотықтыру арқылы металл қорыту процесінің бір түрі - конвертерлеу. Тазартылмаған металдың балқымаларын тұздар, сілтілер және металдар арқылы өңдеу, арнайы әдіспен қождау, вакуумдау, т. б. тәсілдер тазарту процесі деп аталады. Тотықсыздандырылған металды қайта сұйықтыққа (конденсациялау) айналдыру тәсілі - айдау процесі.

Қазақстандағы пирометаллургиясы

Қазіргі кезде Қазақстанда қара және түсті металдар өндіретін бірқатар көптеген ірі комбинаттар мен зауыттар жұмыс істейді. Мысалы, Қарағанды мен Теміртауда - шойын мен болат қорытатын, Ақтөбе мен Ақсуда ферроқорытпалар, Жезқазған мен Балқашта мыс, Шымкент пен Өскеменде қорғасын, қорғасын-мырыш және титан мен магний өндіретін, т. б. кәсіпорындар бар.

Қазақстанда Пирометаллургияның негізін қалауға ат салысқан Х. К. Аветисян , А. Л. Цефт , ал процестердің теориясы мен практикасын түбегейлі зерттеп, оның дамуына үлкен үлес қосқан И. А. Онаев , А. Н. Квятковский , А. М. Қонаев , С. М. Қожахметов және т. б. болды. Дүние жүзінде өндірілетін шойынның, болаттың, қорғасынның 100%-ы , мыстың 95% -ына жуығы, мырыштың 60% -ынан астамы Пирометаллургия әдістерімен алынады ^[

Кен кұрамында әр түрлі металдар минералдары аралас кездесуі де мүмкін, мысалы, корғасын және мырыш алдауыштары (галенит пен сфалерит ) бірге кездеседі. Осындай бірнеше металы бар кен орындары полиметалл (грекше “поли” - көп деген мағынаны білдіреді) кендері деп аталады. Кен кұрамынан металл өндірумен айна-лысатын өндіріс саласын металлургия деп атайды. Металлургия екіге бөлінеді: қара металлургияда темірдің кұймалары - шойын мен болат өндіру іске асырылады, ал түсті металлургияда темірден басқа барлык металдар мен олардың кұймалары өндіріледі.

1. Металлургиялық өңдеудің жалпы принципиалді сұлбасы.

Кенді өңдеге байыту және металлургиялық өңдеу жатады. Металлургиялық процестің мағынасы - бастапқы материалдан екі өнім алу болып табылады және алынатын өнімдер бір-бірінен оңай бөлінуі тиіс.

Өңдеу кезінде өнімнің бөлінуі мынадай фазаларда жүруі мүмкін:

- Қ + Қ - байыту процесі.

- Қ + С - пиро- және гидрометаллургияда кездеседі. Гидрометаллургияда бұл тұндыру және сүзу процестері. Пирометаллургияда - бұл ликвация процесі.

- Қ + Г - пирометаллургияға жатады, олар айдау және дистилляция процестері.

- С +С - пирометаллургияға да, гидрометаллургияға да жатады. Гидрометаллургияда - бұл сұйықтық экстракция, ал пирометаллургияда - ликвация процесі.

1 сурет - Металлургиялық өңдеудің принципиалды сұлбасы

- С + Г - бұл жүйе пиро- және гидрометаллургияда кездеседі.

- Г + Г - бұл адсорбция арқылы бөліп алу және мұздатып еріту үшін қолданылады.

Металлургия мен байыту бөлімінің айырмашылығы: байыту кезінде өнім физикалық және химиялық қасиеттері өзгермей өңделеді, ал металургиялық бөлімде өңделетін материалдардың физикалық және химиялық қасиеттері өзгереді.

Түсті металлургия басқалардан сан алуан технологиялық процестер мен схемалардың қолданылуымен ерекшеленеді, бұл кеннен бағалы компоненттерді барынша толық бөліп алуды а, алынатын өнімнің сапасын арттыруға, өңделетін шикізатты кешенді түрде пайдалануға, сонымен қатар қоршаған ортаны қорғау талаптарын қанағаттандыруға байланысты. Сонымен қатар көптеген жағдайларда технологиялық процестер заманауи талаптарды қанағаттандырмайды.

Қазіргі кезде металлургиялық процесс келесідей негізгі талаптарды қанағаттандыруы тиіс:

пайдаланылатын аппараттардың меншікті өнімділігі жоғары болуы тиіс;
негізгі және қосалқы компоненттерді тауарлық өнім түрлері ретінде жоғары дәрежеде бөліп алу;
экологиялық қауіпсіздік (атмосфераға зиян қалдықтардың шығарылмауы, тазартылмаған өндірістік және ағын суларының жоқ болуы, агрессивті қатты қалдықтарды тастамау) ;
энергетикалық шығындардың барынша төмен болуы және екіншілік энергия қорларын барынша көп пайдалану;
арзан, қарапайым және ұзақмерзімді, жұмыс жүргізуге және жөндеуге ыңғайлы болатын аспаптарды пайдалана отырып, барлық операцияларды кешенді түрде механикаландыру және автоматтандыру;
еңбек өнімділігінің жоғары болуы;
қауіпсіз еңбек жағдайларын қамтамасыз ету.

Металлургиялық өңдеудің негізгі әдістері. Металдарды алу үшін қолданылатын процестер пиро-, гидро- және электрометаллргиялық болып бөлінеді.

2. Пирометаллургиялық процестер

Пирометаллургиялық процестерге жоғарғы температурада өтетін процестер жатады («пир» - гректің «от» деген сөзі) . Гидрометаллургиялық процестерге сулы ортада жүретін процестер жатады. Электрометаллургиялық процестерге металл қосылыстарынан тұрақты электр тоғымен металды тотықсыздандырып бөліп алу процестері жатады.

Пирометаллургиялық процес - жоғары температурада өтеді және көбінесе балқымалы материалдармен.

Пирометаллургиялық процестер металлургиялық балқу және күйдіру болып бөлінеді.

Күйдіру процесі:

1. Сульфидтік кен және концентраттардың тотыға күйдірілуі;

2. Агломерациямен күйдіру;

3. Тотықсыздандырып күйдіру;

4. Хлорлы күйдіру;

5. Фторлы күйдіру.

Металлургиялық балқытулар:

1. Кендік балқытулар - тотықсызданып балқыту (шойын, Pв, Sn) ;

2. Тотықтырып балқытулар - мыс немесе никелдік кенді штейнде балқыту;

3. Балқытылған тұздардың электролизі - хлоридтердің, фторидтердің, тотықтырғыштардың электролизімен кез-келген металды алады;

4. Тазартып балқыту:

а) ликвационды балқыту;

б) дистилляционды тазарту;

в) тотықтырып тазарту.

г) Хлорлы тазарту;

д) Сульфидтік балқыту;

Гидрометаллургиялық процестер:

1. Сілтілеу. Метал кеннен ертіндіге көшеді және содан соң бос жыныстан айыруды жүргізеді. Еріткіштер ретінде қышқылдардың, сілтілердің және тұздардың ертінділерін қолданады;

2. Ерітінділерді қоспалардан тазарту;

3. Металдарды ертіндіден тұндыру үшін келесі әдістерді қолданады;

4. Сулы ерітінділерден электролиттік тұндыру;

5. Цементацияны - ертіндідегі металды басқа металмен ығыстыру;

6. Қысым астында газтәрізді тотықсыздандыру.

Пирометаллургиялық процестер: ликвация, дистиляция, ректификация, транспорттық процестер, тотығу процестері, тотықсыздандыру процестері, металлотермиялық процестері, сульфидті балқыту, реакциялық балқыту, концентрациялық балқыту, күйдіру, электротермиялық процестер және т. б.

Пирометаллургиялық процесті жүретін физика-химиялық айналымдардың сипаты бойынша, процеске қатысатын компоненттердің беталысы және соңғы алынатын нәтижелер бойынша үш үлкен топқа бөлуге болады: күйдіру, балқыту және дистилляция.

3. Күйдіру процесі

Күйдіру - өңделетін шикізаттың минералогиялық және химиялық құрамын өзгерту мақсатымен жоғары температурада (500-1200 °С) жүргізілетін металлургиялық процесс. Күйдіру процесі негізінде қосымша рөлді атқарады. Күйдірумен өнімді балқытуға немесе шаймалауға дайындайды. Күйдірудің келесідей түрлері бар: тотықтырып, тотықсыздандырып, сульфаттандырып күйдіру, хлорлау, фторлау, сульфатхлорлау және т. б.

Түсті металлургияда негізінен тотықтырып және кальцинациялап күйдіру процестері қолданылады, ал тотықсыздандырып, хлорлап немесе фторландырып күйдіру сирек қолданылады.

Тотықтырып күйдіру концентраттарды, сульфидті және арсенатты кендерді өңдеу кезінде, сульфидтерді толығымен немесе ішінара тотықтыру және олардың құрамындағы металдарды оксид түріне айналдыру мақсатымен қолданылады.

Металдың оксидке айналуын мына реакциямен көрсетуге болады:

2MeS + ЗО ₂ → 2МеО + 2SO ₂

Тотықтырып күйдірудің бір түрі - жентектеумен бірге жүргізілетін агломерлеп күйдіру . Бұл процесте сульфидтің тотығуы кезінде бөлінетін жылу материалды жентектеуге жұмсалады. Өңделетін шикізаттың жеңіл балқитын құрам бөлігі сұйық фазаға айналып, суыған кезде қатады және қиын балқитын бөлшектерді кесек-кесек кеуекті өнім түрінде цементациялайды.

Тотықтырып-сульфаттап күйдіру кезінде бөліп алынатын металдардың бастапқы сульфидтері келесі реакция бойынша суда ерігіш сульфаттар түріне айналады:

MeS + 2О ₂ → MeSO ₄ .

Кальцинациялап күйдіру (қақтау) негізінен тұрақсыз химиялық қосылыстарды, көбінде гидроксидтерді және карбонаттарды термиялық ыдырату (диссоциациялау) үшін жүргізіледі.

Хлорлап немесе фторлап күйдіру металдарды суда оңай еритін немесе жеңіл ұшатын хлоридтерге немесе фторидтерге айналдыру мақсатымен, ал тотықсыздандырып күйдіру - жоғары оксидтерді технологиялық түрлеріне айналдыру мақсатымен жүргізіледі, мысалы:

Fe ₂ O ₃ + СО → Fe ₃ O ₄ + СО ₂ .

4. Балқыту процесі

Балқыту - жоғарытемпературалық пирометаллургиялық процесс, бұл процесс көп жағдайда материалдың толық балқуын қамтамасыз етеді. Балқытудың екі түрі бар - кендік және тазартып балқыту.

Кендік балқыту келесі сатылардан тұрады:

өңделетін материалдарды қыздыру және кептіру;
тұрақсыз химиялық қосылыстардың термиялық диссоциациясы;
сульфидтердің тотығуы немесе осидтердің тотықсыздануы (балқыту түріне қарай) ;
біріншілік балқыманы түзумен жүретін жеңілбалқитын компоненттердің балқуы;
штейн немесе қара металл және шлактың түзілуімен жүретін біріншілік балқымадағы қиын балқитын құрам бөліктің еруі;
балқу өнімдерінің арасында бағалы компоненттердің таралуы;
балқу кезіндегі сұйық өнімдерінің бөлінуі.

Кендік балқытудың барлық сатылары кезекпен немесе бір уақытта, бірақ әр түрлі жылдамдықтармен жүреді. Олардың ішіндегі ең баяу саты (соңғысы - сұйық өнімдердің бөлінуі) балқыту процесінің жалпы жылдамдығын, яғни қолданылатын агрегаттың жалпы өнімділігін анықтайды.

Соңғы саты әдетте тұндыру арқылы жүргізіледі, оны балқыманы қарқынды түрде араластыру арқылы жеделдетуге болады, ол жалпы балқыту пешінің меншікті өнімділігін арттыруы мүмкін.

Кендік балқытудың бес түрі бар:

Тотықсыздандырып балқыту - көміртекті тотықсыздандырғышпен металл оксидтерін тотықсыздандыру арқылы металды алу және бос кенді шлакқа (оксидтердің балқымасы) айналдыру үшін қолданылады, ол мына реакция бойынша жүреді:

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

Кен Металл Шлак Газ

Штейнге балқыту бөліп алынатын металды төмендегі сұлба бойынша жартылай өнімге (штейнге) айналдыру үшін қолданылады:

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

Кен немесе концентрат Флюс Ауа

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

Штейн Шлак Газдар

Балқытудың екінші өнімі - шлакта оксидті компоненттер жиналады. Балқытудың бұл түрі бейтарап, тотықсыздандырғыш немесе тотықтырғыш атмосфераларында жүргізіледі. Соңғы жағдайда балқытуды концентрациялаушы деп атайды, себебі тотықтырғыш жағдайында балқыту құрамы жағынан металға бай штейнді алуға мүмкіндік береді.

Электротермиялық балқыту (балқыған тұздардың электролизі) оксидтерден немесе хлоридтерден тұратын балқыған ортаға тұрақты тоқты беру арқылы жүргізіледі.

Бұл кезде катодта металл сұйық немесе қатты күйінде, ал анодта - газ (оттегі немесе хлор) бөлінеді.

Металлотермиялық балқыту қиын тотықсызданатын металдарды, яғни көміртегімен әрекеттескен кезде карбидтерді түзетін (Ме _х С _у ) металдарды алу үшін қолданылады.

Балқытудың негізінде бір металды оның қосылысынан (оксидінен, хлоридінен және т. с. с. ) екінші белсенді металл арқылы ығыстырып шығару жатыр.

Реакциялық балқыту металды, оның оксиді мен сульфидін әрекеттестіру реакциясы бойынша бөліп алуға негізделген :

2MeO + MeS → 3Me + SO ₂ .

Тазартып балқыту - металдарды қоспалардан тазарту үшін жүргізіледі. Бұл процесс температура, қысым және тағы да басқа параметрлерді өзгерткенде, реагенттердің әсер етуі нәтижесінде бастапқы балқымада түзілетін жаңа фазада қоспаларды концентрлеуге негізделген. Қоспалардан тұратын жаңа фаза тазартылатын балқымада ерімей, тығыздығы бойынша өзгеше болуы тиіс. Осындай екі талапты сақтау соңында оның бетке қалқып шығуын немесе балқыманың түбінде тұнуын немесе ұшқыш болатын жағдайда - газ фазасына айдалуын қамтамасыз етеді.

Тығыздықтары бойынша бір-бірімен араласпайтын екі фазаны бөлу ликвация деп аталады. Ликвация кез келген тазартып балқытудың құрам бөлігі ретінде, сондай-ақ жеке бір тазарту процесі ретінде де жүргізілуі мүмкін.

Реагент ретінде оттегі қолданылатын болса - тазарту процесі тотықтырушы немесе оттық деп аталады, ал хлор қолданылатын болса - хлорлаушы, күкірт немесе сульфидтер жағдайында - сульфидтендіруші деп аталады.

Жеңіл ұшатын қоспаларды жоғары дәрежеде жою металдық балқыманы вакуумда белгілі бір уақыт бойы ұстағанда (вакуумдық тазарту) қамтамасыз етіледі.

Пирометаллургиялық (грекше “пир” - от, металлургия металдарды өндеу) әдістер тобы. Оған металдарды жоғары температурада тотықсыздандыру процестері жатады. Бұл әдістер процеске пайдаланылған тотықсыздандырғышқа байланысты әр түрлі аталады.

Қосылыстарқұрамынан металды басқаметалдар, кремний, көмі-тек және көміртек (II) оксиді арқылы тотықсыздандыруды металлотермия деп атайды. Бұл әдіспен темір, хром, марганец, т. б. металдар алынады:

Ғе ₂ О ₃ + ЗСО = 2Ғе + ЗСО ₂

Көміртек С - кокс түрінде қолданылатын ең арзан тотықсыздандырғыш. Домна өндірісінде темір кокспен тотықсыздандырылады:

2Ғе ₂ О ₃ + ЗС = 4Ғе + ЗСО ₂

Бүл реакциялар кағаз жүзінде өте қарапайым болып көрінгенімен, іс жүзінде өте күрделі және сатылап жүреді . Тотықсыздандыргыш ретінде алюминий қолданылса онда алюмин-термия деп аталады:

Тотықсыздандыргыш ретінде сутек цолданылса, онда сутектермия деп аталады:

Кендегі сульфид түріндегі металдар косылыстарын өуелі өртеп, содан соң тотықсыздандырады:

2СиS +30 ₂ = 2СиО + 2SО ₂

Түзілген күкіртті газ ауаны ластап, коршаған ортага зиян келтіреді. Оны болдырмас үшін қалдықсыз өндіріс принципімен газды ұстап қалып, әрі қарай өңдеп, күкірт қышқылына айналдырады.

Қорытынды

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.