Гидрометаллургия

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

ЖОСПАР:

І. КІРІСПЕ

Гидрометаллургия жайлы жалпы түсінік

ІІ. НЕГІЗГІ БӨЛІМ

Металдарды алудың гидрометаллургиялық әдістері
Гидрометаллургия жолымен алюминий металын алу
Байер әдісі бойынша глинозем өндірісіндегі негізгі металлургиялық қайта өңдеу.

ІІІ. ҚОРЫТЫНДЫ

КІРІСПЕ

Гидрометаллургия (гр. hydor - cy, metallurgeo - кен өндіремін, метал өңдеймін) - түрлі еріткіштер көмегімен руда мен өндірістік қалдықтардан металдарды бөліп алу тәсілі.

Гидрометаллургия - химиялық реагенттердің көмегімен суға ерітіп кеннен, концентраттардан және әр түрлі өндіріс қалдықтарынан металды ажыратып алудың металлургиялық процесі. Таза металл кейіннен бұл ерітінділерден бөлініп шығарылады.

Алғаш рет 16 ғасырда гидрометаллургия әдісімен Рио Тинто (Испания) кен орнынан бірінші рет мыс алынды. Кейінірек басқа көптеген металдардың: платина, никель, бокситтен алюминийді алу, алтын, мырыш және т. б. гидрометаллургиялық әдіспен зерттеулер жасалып енгізілді.

Гидрометаллургия схемалары бірнеше негізгі операцияларды қамтиды. Таңдау мен дәйектер шикізаттың химиялық - минералогиялық ерекшеліктеріне шартталған.

Руданы механикалық өңдегеннен кейін нақты бірізділікпен гидрометаллургияның технологиялық операциялары орындалады: металы бар минерал түйіршіктерін максималды ашу мақсатында ұсақтау; бағалы минералдардың ұсақ бөлшектері немесе босжыныс және өнімдерді қоюландыру немесе фильтрлеумен сусыздандыру. Сілтілендіруге дайындау үшін руда немесе концентраттың химиялық құрамының өзгеруі қажет: тотықтырғыш, сульфаттаушы, хлорлаушы, тотықсыздандырғыш, күйдіру немесе реагенттермен балқыту. Бұл операциялар алынатын металды еріткіш қосылыстарға ауыстырады. Дисперсті материалдарды күбіде пульпаны механикалық немесе әуелік араластыру (агитациялық сілтілендіру), құмды материалды материал қабаты арқылы ерітіндіні түбі жоқ күбіде ерітіндіні сорып алады (перколяциялық сілтілендіру) немесе дренажды арығымен су өткізетін аумақта суландыру арқылы (шоғырланған сілтілендіру), ұсақталған кенге реагент ерітіндісін жер асты арқылы беру және оларды өңдеу үшін жинау (жер асты сілтілендіру) . Реагенттерді таңдау, олардың концентрациясы, температуралары берілген компоненттердің ерітіндісіне таңдаулы ауысады.

Сілтілендіруді жылдамдату және металды ерітіндіден алуды жоғарылату жиірек температураны жоғарылатқанда атмосфералық қысымда әдетте 100°С төмен, жоғары қысымда (8-10 МПа) автоклавтарда 150-300°С жоғарылайды.

Автоклавты сілтілендіру қосымша реакцияны жүз есе жылдамдатып және тотығуды (тотықсыздану) өнімдерді қысылған газ реагенттер пульпасымен бірге сілтілендіруін біріктіруге мүмкіндік береді.

Кейбір жағдайдарда минералдардың реагенттермен әрекеттесуінің күшеюі 1-5 мкм дейін қосымша ұсақтағаннан кейін немесе келесі суарумен қыздыру, күйдірумен (термиялық белсенділендіру), кристалдық тор бұзылып ондағы дефектілердің жиналуына әкеп соғады.

Кедей шикізаты сілтілендіру кезінде техникалық немесе экономикалық жағдайға байланысты тауар металдарын алуда қажет емес сұйылтылған ерітінділер алынады. Мұндай жағдайда концентрлеудің түрлі әдістері мен металдарды ерітіндіден алдын ала бөліп алу сияқты әдістер қолданылады.

Уран, мыс, алтын және сол секілді металдар өндірісінде ионалмасушы шайырларда сорбциямен концентрлеу қолданылады; сорбцияланған метал құрамды иондар элюанттың біршама мөлшерімен десорбцияланады да концентрленген ерітінді алынады.

ІІ. НЕГІЗГІ БӨЛІМ

Металдарды алудың гидрометаллургиялық әдістері

Түсті металдар металлургиялық өнеркәсіпте материалды - техникалық базаны жасауда үлкен рөл атқарады.

Қазіргі уақытта түсті металдардың металлургиясы жартылай өнімдерді толық жабық технологиямен кеңінен өңдеуге еніп және қалдықтарды металлургиялық зауыттарда қолданылуын ұйымдастырады. Анағұрлым эффективті технологиялық процестердің көмегімен шикізатты кешенді пайдалану зор мәнге ие.

Заманауи металлургия металдарды табиғи шикізат немесе осы шикізаттан алынатын өнімдерді байыту арқылы алумен айналысады. Металды алу үшін шикізат бірқатар процестерден өтіп, терең химиялық өзгерістерге ұшырайды.

Металлургия, ғылым сияқты, түрлі металдарға арналған, жеке тарау қатарынан тұрады. Әрбір тарау шикізатты өңдеу реті бойынша өз процестерін зерттейді: алғашында металлургиялық шикізатты өңдеудің анағұрлым күрделі процестері, ал кейін металдарды қарапайым - рафинациялау процестері өтеді.

Процестер гидрометаллургиялық және пирометаллургиялық процестер деп бөлінеді. Түрлі металлургиялық өндірістің көптеген процестерінің болуы металлургияның бастапқы теориялық негізін біршама жеңілдетуге мүмкіндік береді.

Практикаға сәйкес, қарапайым көп компонентті шикізаттан жоғары жиілікті металды алу үшін күрделі шикізаттың компоненттерін біртіндеп ажыратып отыратын металургиялық процестердің тізбегі керек.

Металлургия процесінде шикізат компоненттерін бөлу құрамы мен физикалық қасиеттері бойынша ерекшеленетін гетерогенді фаза жүйесіне өңделетін шикізатқа негізделген (көбінесе екі фазалық) . Алынған жүйенің бір фазасы алынатын металға бай және қоспасы жоқ, ал екінші фаза қоспаға бай және алынатын металға кедей болуы керек. Алынған фазалардың физикалық қасиеттерінің айырмашылығы тұндыру, фильтрлеу сияқты қарапайым әдістермен бір - бірінен бөліп алуға мүмкіндік береді. Өндірістік процесте соңғы эффект тек жүйе фазасындағы компоненттердің таралуына ғана байланысты болмай, процестегі алынған фазаның таралу толықтығына да тәуелді келеді.

Компоненттердің таралу толықтығы жүйенің фаза арасында жүйе фазасының құрамы мен мөлшеріне тәуелді. Фазалардың бөліну операциясы жүйенің физика - химиялық өзгеруіне жету кезеңінде компоненттердің бөлінуін жақсартпайды, бірақ егер фазалардың бөлінуі аяқталмаған болса компоненттердің бөліну эффектісі аз немесе көп мөлшерде нашарлауы мүмкін.

Металлургиялық процес үш мәннің біреуіне ие болуы мүмкін:

Өнделетін материалдың гетерогенді жүйеге ауысуы, алынатын компоненттің құрамы бойынша фазаның ажыратылуы және бір - бірінен оңай ажыратылуы;
Алынған гетерогенді жүйенің фазаға бөлінуі;
Материалды келесі процестерге дайындау.

Бастапқы екі пункт металлургияның маңызды, негізгі процестеріне жатады, көп жағдайларда екі мақсат та бір процесте және аппаратта шешіледі. Үшінші пунктің процестері қосымша, дайындық ретінде қызмет етеді, мысалы: шикізатты ұсақтау, ұсақ шикізатты жымдастыру немесе брикеттеу процестері.

Біз гидрометаллургияны қарастырамыз. Бұл аумаққа суды ерітінділерде жүретін металлургиялық процестер жатады. Мұндай процестердің температурасы сулы ерітінділердің болуынан шектеледі. Осындай процестер ереже бойынша 20 - 80 ⁰ С төмен температурада жүргізіледі.

Осы сияқты жоғары қысымда, судың булануына кедергі болатын, 300 ⁰ С температурада жүзеге асырылатын автоклавты процестер де бар.

Гидрометллургияда, фаза арасын ажыратуды жүзеге асыратын негізгі гетерогенді жүйе: (1 - метал алынады, 2 - қоспа) .

Ерітінді 🡪 қатты зат.

Түрлі құрамды сұйық және қатты фазалы гетерогенді жүйе пайда болатын гидрометаллугияның негізгі операциялары келесідей:

Сілтілендіру - көп фазалы қатты шикізатты селективті әрекет ететін реагент ерітіндісімен еріту;
Ерітіндіден нақты құрамды селективті әрекет ететін реагент ерітіндісімен немесе электролизбен тұнбаға түсіру;

Гидрометаллургия процесі аналитикалық химияның класикалық реакцияларын қайталайды, яғни, өндірістік масштабта ерігіштік пен тұнбаға түсу реакциялары болып табылады. Гидрометаллургиялық схемалар төрт немесе одан да көп күрделі химиялық процестер мен сатылардан тұрады:

Шикізатты - руда немесе концентратты сілтілендіруге дайындау.
Алынатын компоненттің біріншілік ерітіндісін алу үшін алынған шикізатты сілтілендіру
Біріншілік ерітіндіні қоспалардан тазарту
Ерітіндіден металдар немесе таза қосылыстарды алу.

Сілтілендіру мен тұнбаға түсіру процестерінің жұмыс жүйесі мен өнімі ерітіндідегі қатты бөлшектердің пульпа суспензиясы болып табылады.

Пульпа, суспензия тәрізді қатты бөлшектер массасы мен ерітінді қатынасы және сұйық және қатты құрам арасындағы қатынаспен сипатталады.

Гидрометаллургияда концентрациялары алуан түрлі ерітінділермен жұмыс істеуге тура келеді. Алюминий металлургиясында құрамында бир литрде жүз грамм еріген зат пен сол секілді 100 г/ литрден артық алынатын металл болатын ерітінділермен жұмыс жасайды.

2. Алюминий туралы мәліметтер

Алюминий - периодтық жүйедегі үшінші топқа жататын химиялық элемент. Оның реттік саны 13, атомдық массасы 26, 98. Тұрақты изотоптары жоқ.

Химиялық қасиеттері

Алюминий 1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ¹ электрондық конфигурацияға ие. Алюминий атомының сыртқы энергетикалық деңгейінде үш электрон орналасқан. Химиялық қосылыстарда алюминий әдетте үш валентті. Үш валенттік электрондардың екеуі

Химические свойства s - деңгейінде, ал біреуі р - (3s ² 3p ¹ ) деңгейінде орналасқан. Алюминий химиялық белсенді. Әдеттегі жағдайда ол ауадағы оттегімен әрекеттес отырып, өте жұқа және берік Al ₂ O ₃ тотығын түзеді. Бұл жабын Al келесі тотығулардан қорғап және оның коррозияға қарсы қабілетін тұрақтандырады, сол секілді металдық жылтырлықты әлсіздендіреді.

Ұсақталған күйде ауада қыздырғанда жалындап үлкен жылу бөле отырып жанады (Q ~ 400 ккал/ г) .

Қышқыл ортадағы электродты нормалды потенциалы - 1, 66, ал сілтілік ортада -1. 66. Аl амфотерлі болғандықтантұз қышқылы мен сілтілік ерітінділерде ери береді.

Физикалық қасиеттері:

Алюминийдің балқу температурасы техникалық жиілікте ( 99, 5%) - 658 ⁰ С. Жиілік дәрежесі артқан сайын балқу температурасы жоғарылайды және метал үшін жоғары ( 99, 996%) жиілік 660, 24 ⁰ С құрайды. Алюминийдің сұйық күйден қатты күйге ауысуы кезінде көлемі 6. 6. % - ға азаяды. Балқу температурасы - 2500 ⁰ С

Қатты күйде алюминий тығыздығы:

Техникалық жиілікте = 2, 703 г/ см3
Жоғары жиілікте = 2, 6979 г/ см3
Т = 1С болғанда тығыздық =2, 289 г/ см3

Балқыған күйде алюминий сұйық аққыш және құйғанда форманы жақсы толтырады. Қатты түрде алюминий кесуге, созуға, қаптауға ұшырайды. Одан өте жіңішке сымды тартып фольга жасауға болады. Алюминийдің пластикалығы оның жиілігінің жоғарылау мөлшеріне сәйкес жоғарылайды.

Алюминий жоғары жылу өткізгіштік пен электр өткізгіштікке ие.

Алюминийдің қолданылуы:

Алюминийді басқа металдардан ерекшелейтін біршама қасиеттері бар. Бұл тығыз, жақсы иілімді, жеткілікті түрде механикалық тығыз, жоғары жылу және электр өткізгіштігі. Уытты емес, магнитті емес және химиялық заттарға коррозиялық тұрақты. Осы қасиеттеріне орай өнеркәсіптің түрлі салаларында үлкен қолданыс тапты.

Алюминийдің біршама бөлігі балқыма түрінде: магниймен, кремниймен, мырышпен, никель, титан және т. с. с. Балқымалар механикалық беріктігін жоғарылатады.

Алюминий және оның балқымаларының маңызды тұтынушылары:

Авто және авиа өнеркәсібі
Темір жол және су транспорты
Машина құрастыру
Электротехникалық өнеркәсіп және құрал құрастыру
Өндірістік және азаматтық құрылыс
Химиялық өнеркәсіп
Танк құрастыру, ғарыш техникасында, артиллерияда пайдаланылатын маңызды стратегиялық метал болып табылады.

Қазіргі таңда металлургия деген ұғым рудадан металдарды алумен айналысатын ғылым және өнеркәсіп саласы болып табылады. Алғашқы металлург ғалым Агрикол (Бауэр) болатын. 1494-1555 жылдары металлургияны еуропалық зауыттарда зерттей бастады.

XVIII ғасыр соңында Байердің ашылуы бойынша бокситтерден глиноземді сілтілік әдіс арқылы алу экологиялық және экономикалық жағынан ең тиімді болып келді.

Алюминий гидрометаллургия өнідісі өте жылдам дамыды. Бұл өнідістің тез өрге басуы оның бағалы қасиеттерімен, қолдану аясының алуан түрлілігімен және руданың табиғатта кеңінен таралуымен түсіндіріледі.

4. Глинозем алуға арналған шикізаттар.

Глинозем алуға болатын шикізат алюминий тотығы, темір тотығы және т. б. минералдардың қоспасын құрайтын тау жынысы боксит болып табылады. Боксит 1821 жылы өзі табылған Бо (Bovx) қаласының атына сәйкес атқа ие болды. Соңғы жылдары көптеген елдерде бокситтердің көптеген кен орындары табыла бастады. Бокситтерді табу жыл сайын 10% - ға ұлғаюда. Қазіргі кезде қоры 10 млрд. тоннаны құрайды.

Бокситтің түрлері: гиббситті-бемитті, диаспоралы гиббситті-диаспоралы. Боксит типі жыныс жасымен анықталады, ең ежелгілері диаспоралы болып табылады, онда корунд кездеседі, ал анағұрлым жас бокситтер - гиббситті.

Бокситтердің сырқы көрінісі алуан түрлі, жиірік олар қызыл, қатты жыныстар, ақ, сары, қанық жасыл, сұр түстілері кездеседі. Қызыл түс құрамында темірдің көп екендігін білдіреді, оның аз құрамында боксит ақ немесе сұр түсті болады. Кремнийлік модуль қаншалықты жоғары болса, алюминий оксидінің құрамы жоғары болып, боксит сапалырақ келеді.

Бокситтен басқа глинозем өндірісінде басқа да өнеркәсіптік рудалар пайдаланылады. Нефелин глинозем, цемент, поташ қоспасын алу үшін қолданылады.

Алуниттер кешенді шикізат ретінде қызығулық тудырады. Одан глинозем, күкірт ангидриті, калий және натрий сілітісі алынады. Алунит гидротермалды күкірт қышқыл ерітінділердің калийлі шпаты бар қышқыл және орташа жанартау жыныстарына әсер еткеннен, сол секілді сульфатты беттік судың глиноземді жыныстарға әрекет етуінен түзіледі.

Саз - глиноземнің басты құрамындағы коалинит (A112O3*2SiO2*2H2O) глиноземге өңделуі мүмкін. Дегенмен, тас көмірлі күйе глинозем өндірісін ұйымдастыру жағынан алғанда аз үнемді болып келеді.

Торғай және Красногорск рудасының компоненттері бойынша орташа құрамы:

Руда бойынша бокситтер: Руда бойынша бокситтер

Al2O3: Al ₂ O ₃

SiO2: SiO ₂

Fe2O3: Fe ₂ O ₃

CO2: CO ₂

M. k: M. k

Руда бойынша бокситтер: Торғай

Al2O3: 44. 0

SiO2: 14. 2

Fe2O3: 15. 2

CO2: 0. 3

M. k: 3. 1

Руда бойынша бокситтер: Аят

Al2O3: 42. 8

SiO2: 9. 5

Fe2O3: 19. 8

CO2: 2, 1

M. k: 4. 5

Руда бойынша бокситтер: Белинск

Al2O3: 42. 4

SiO2: 10, 7

Fe2O3: 19. 8

CO2: 1. 4

M. k: 4. 0

Руда бойынша бокситтер: Красногорск

Al2O3: 44. 2

SiO2: 12. 1

Fe2O3: 11. 8

CO2: 3. 2

M. k: 3. 7

Саз фракциясының орташа құрамы 36-46%;

Кен шығатын жерден түсетін бокситтің ірілігі 300 мм көп емес. Бокситтің меншікті салмағы - 2. 6-2. 8 т/м3; сеппе салмағы вес - 1. 2-1. 6 т/м3; ылғалдылығы - 17-21%.

Глинозём

Глинозём - алюминий өндірісін электролизбен алуға болатын бастапқы материал болып табылады.

Химиялық формуласы - Al ₂ O ₃ - алюминий оксиді.

Глинозем құрамында минималды мөлшерде ылғал болуы керек және оны ұзақ сақтауда қажетті гигроскопты емес минералдық формаға ие болуы керек.

Алюминийдің сулы тотығы келесі тұрақты форма түрінде танымал:

Диаспора
Бемита
Гидраргелита

1 және 2 алюминийдің бірсулы тотығының полиморфты айырмасына болып табылады және метаалюминий қышқылының химиялық құрамына жауап береді (НАlО ₂ ) .

Аl ₂ О ₃ *Н ₂ О = 2 АlООН =2 НАlО ₂

3 - немесе оны гиббсит деп атайды. Жалғыз алюминийдің үш сулы тотығы болып табылады. Полиморфты айырмасы жоқ. Ортоалюминий қышқылының химиялық құрамына жауап береді (Н ₃ АlО ₃ ) .

Аl ₂ О ₃ *3Н ₂ О = 2 Аl(ОН) ₃ =2Н ₃ АlО ₃

2 Аl(ОН) ₃ + 3Н ₂ SO ₄ = Аl ₂ (SO ₄ ) ₃ + 6H ₂ 0

Қосымша шикізаттар.

Әк тас саз, доломит, кремнезем, темір тотығы қоспаларымен негізінен кальциттерден тұрады (95 - 98 %) .

Әктастың физикалық қасиеттері:

- меншікті салмақ 2, 5 - тен 2, 7 т/м ³

- сеппе салмақ 1, 5 - тен 1, 7 т/м ³

- ылғалдылығы 2- ден 10 %

- материалдың ірілігі 300мм көп болмауы керек.

Өндірісте қолданар алдында сапаны бақылау жүргізіледі.

Кесте 2 Әктастың химиялық құрамы (орташа мәндер ) :

атауы: атауы

CaO, %: CaO, %

SiO2, %: SiO ₂ , %

Fe2O3, %: Fe ₂ O ₃ , %

MgO, %: MgO, %

атауы: әктас

CaO, %: 55, 2

SiO2, %: 0, 32

Fe2O3, %: 0, 11

MgO, %: 0, 12

Техникалық соданың физикалық қаситтері:

Меншікті салмақ 2, 5т/м ³

Сеппе салмақ 0, 9 - 1, 18 т/м ³

Ылғал құрамы 1 %

Кальцийлендірілген соданың химиялық құрамы:

Натрий карбонаты құрамы (Na ₂ CO ₃ ) - 91, 7 - 99, 7 %

Калий карбонаты құрамы (K ₂ CO ₃ ) - 0, 78 - 2, 77 %

Калий сульфидінің құрамы ( K ₂ SO ₃ ) - 0, 94 - 4, 08 %

Көмірдің химиялық құрамы:

күлділігі (Ad) - 10, 6 %

- ұшқыш заттар шығымы (Vdaf) - 43, 55 %

- күкірт (Sd) - 0, 40 %

- төмен жану жылуы (Qi) - 5316 ккал/кг

- жоғары жану жылуы (Qdaf) - 7229 ккал/кг

Байер әдісі бойынша глинозем өндірісіндегі негізгі металлургиялық қайта өңдеу.

$C:\Users\12345\Desktop\Снимок.JPG$

Алюминий тотығын Байер әдісімен өндірудің мәні ұсақ ұнтақталған бокситті сілтілік ертіндімен өңдеп, бокситтің құрамындағы алюминий оксидін ерітіндіге натрий алюминаты ретінде көшіруде болып табылады.

Белгілі бір жағдайда натрий алюминаты ерітіндісі ыдырап, алюминий гидроксиді қатты фаза түрінде ажырап шығады.

Бөлінген алюминий гидроксидін жоғарғы температурада қыздырып дымқылсыз алюминий тотығын алады.

Ұсақталған бокситті айналымдағы ерітінділермен бұлғаулау ерітінділеу жылдамдығына жақсы әсер етеді, өйткені ол ерітінді мен боксит бөлшектерінің беттік жанасуының диффузиялық қабатының (δ) қалыңдығын кішірейтеді және осы қабаттағы Al ₂ O ₃ пен Na ₂ O концентрацияларын теңестіруге қолайлы жағдай жасайды. Сонымен қатар бұлғаулау процесі алюминий гидроксидінің түйіршіктерін ашуды жеңілдетіп, олардың ерітіндімен қосылып жанасуын жақсартады.