Хром қорытпаларын өндіру

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

Мазмұны

Хром туралы жалпы түсінік . . . 2
Хром қорытпаларын өндіру . . . 3
Хром қорытпаларын өндіруге арналған материалдар . . . 4
Жоғары көміртекті және қайта балқытылған феррохромды өндіру . . . 5
Төмен көміртекті феррохром өндірісі . . . 6
Әдебиеттер тізімі . . . 9

Шойын металлургиясы болат металлургиясымен және электр металлургиясымен бірге техникалық ғылымдардың бірін - қара металлургияны құрайды, ол әр түрлі металдан жасалатын металды қорытпа өндірісінің процестері мен технологиясын зерттейді. Сол немесе басқа металды (немесе қорытпаны) қолдану оның қасиеттерінің практикалық құндылығымен анықталады; басқа жағдайлар да маңызды мәнге ие, біріншіден, табиғи қор, оны алудың қол жетерлігі және рентабельділігі. Бүкіл әлемде темір мен оның қорытпаларын табиғи шикізаттан тікелей алудың нәтижелі тәсілдерін табу бойынша қарқынды жұмыс жүргізілуде. Мұндай процестерді домнадан тыс, тікелей, металдау процесстері деп атайды. Қазіргі уақытқа дейін рудаларды тікелей тотықсыздамдырудың бірнеше тәсілдері жасалған және қолданылады. Бұл процестср оқулықта қарастырылған. Қолданылуы бойынша темір металдар арасында ерекше орынға ие. Темірмен және оның қорытпаларымен материал мәдениетінің дамуы, қоғамдық өндірістің барлық саласындағы техникалық прогресс тығыз байланысты. Қара металлмен қатар қазіргі заманғы өндірісте түсті металл да маңызды мәнге ие. Өндірісте түсті металды қолданудың артуы, темір негізіндегі қорытпалар иеленбейтін, ерекше физика-механикалық және басқа қасиеттерімен байланысты.

Домна процесінің одан әрі дамуы көлемінің ұлғаюына, анағұрлым тиімді бейінге көшуіне, домна пештерінің конструкцияларын жетілдіруге, процесті механикаландыру жэне автоматгандыруға байланысты. Электрлік болат балқыту өндірісінің қазіргі заманғы дамуы болатты тазарту процестерін доғалы пештерден шөмішке ауыстырумен сипатталады.

Бұл пештер өнімділігінің артуына, болат сапасының жаксаруына әкеледі, сондықтан оқулықта болатты пештен тыс тазартудың жеке әдістерінің жалпы принциптері қарастырылған.

Қазіргі замангы электр доғалы пештерге пештен тыс өндеу әдістерін енгізу нәтижесінде тек шихтаны балқыту ғана жүзеге асырылады, ал металды жеткізу бойынша барлық операциялар пештен тыс өндеу агрегаттарында жүргізіледі.

Хром туралы жалпы түсінік

Хром (Chromіum), Cr - элементтердің периодтық жүйесінің VҚ тобындағы химиялық элемент, а. н. 24, а. м. 51, 996. Тұрақты төрт изотобы 50 Cr(4, 31%), 52 Cr (83, 76%), 53 Cr (9, 55%), 54 Cr (2, 38%) бар. Олардың ішіндегі маңыздысы жасанды жолмен алынған радиоактивті изотопы 51 Cr (T1/2=27, 8 күн ) . Хромды 1797 жылы француз химигі Л. Н. Воклен крокоит минералының құрамынан ашқан. Хром кең тараған элемент. Жер қыртысындағы салмақ мөлшері. 2*10-3%. Өнеркәсіптік маңызды минералы - хромит, оның бай кендері Солтүстік Оралда, Кавказ сыртында, Батыс Қазақстанда кездеседі. Батыс Қазақстандағы кені Ақтөбедегі хром қосылыстары заты мен ферроерітінді затын хроммен қамтамасыз етеді. Хром - ақ, сұр түсті, қатты, ауыр балқитын металл, балқу t 191 ⁰ C, қайнау t 248 ⁰ C тығызд. 7, 14 грамм/куб сантиметр. Қалыпты температурада фтормен, 600 ⁰ С-тан жоғары температурада галогендермен, күкіртпен, азотпен, көміртекпен, кремниймен, т. б. көптеген металдармен әрекеттеседі. Оттекпен өте жоғары температурада әрекеттесіп Cr ₂ O ₃ тотығын түзеді, оның гидрототығы [Cr (OH) ₃ ] - амфотерлі. Cульфидтері суда гидролизденеді. Сутекпен әрекеттесуге бейім емес, бірақ оны өзіне сіңіріп алады. Тотығу дәрежелері +1, +3, +6, кейде +1, +4, +6. Қосылыстары күшті тотықсыздандырғыш, тотығу дәрежесі +6 болатын қосылыстары (хром ангридриді CrO ₃ , хроматтар) тотықтырғыш. Сұйық қышқылдардан сутекті ығыстырады. Хром кешенді қосылыстар түзуге бейім. Ол құрамда оттек бар қышқылдармен әрекеттесіп нитрат Cr(NO ₃ ) ₃ *9H ₂ O, сульфат Cr ₂ (SO ₄ ) ₃ *18Н ₂ О тұздарын түзеді. Хром қолданылуына қарай таза күйінде немесе темірмен қорытпасы - феррохром түрінде (құрамында 60 - 85 % Cr) өндіріледі. Оны хром кентастарын тікелей тотықсыздандыру арқылы алады. Таза хром өзінің тотығын Cr ₂ O ₃ алюминотерм. әдіспен, сондай-ақ кейбір тұздарын электролиздеу арқылы алынады. Тотығу дәрежесі +3 болатын хром көптеген тұздар, ашудастар түзеді. Хром-калий ашудасы былғары илеуде, мата өнеркәсібінде, кино пленкасын жасауда қолданады. Хром металдан жасалған бұйымдардың бетін хромдау үшін пайдаланылады. Құрамында хром бар болат таттанбайды, қажалмайды және үйкеліс пен қызуға төзімді келеді. [1]

Хром қорытпаларын өндіру

Хром қоспалағыш элемент болып табылады және көптеген болаггар мен қорытпалардың беріктік және иілімдік қасиеттерін арттыра отырып, солардың құрамына енеді. Бұрын көміртекті болатгардың құрамына енгізілген, хром - металдың қаттылығы мен тозуға төзімділігінің, болаттың коррозияға қарсы және қышқылға тұрақты қасиеттерінің артуына ықпал етеді. Хром қосылыстарын бояғыштарды, илейтін препараттар, катализаторлар және басқа материалдарды дайындауга пайдаланады. Хром - ақ сүр түсті металл, жылтыры бар; оның тығыздығы 7, 16 г/см, қорыту температурасы 1903 °С, қайнау температурасы 2567 °С. Хром мен темір - сүйық және катты күйінде өзара ерігіш. Хром көміртегімен берік карбидтер - Сг23С6, Сг ₇ С ₃ және Сг ₃ С ₂ түзеді, олардың қорытылу температурасы 1550, 1780 және 1890°С 650 сәйкес. (Сг, Ғе) 2зС6, (Cr, Fe) 3C2 жэне (Cr, Ғе) 7С3 типті қос карбидтер де белгілі. Хром кремниймен Cr3Si, Cr5Si3, CrSi жэне CrSi2 силицидтерін түзеді, олардың қорытылу температурасы 1710, 1597, 1553 жэне 1550 °С сәйкес. Хром силицидтері карбидтерден беріктеу, сондықтан темір-хром-кремний (Fe-Cr-Si) қорытпаларында, марганец қорытпалары сияқты кремний мөлшерінің артуы олардағы көміртегі мөлшерінің төмендеуіне алып келеді. Хром оттегімен СЮ, Сг20 3 жэне Сг03 оксидтер түзеді. Сг20 3 (практикалық түрде барлық хром табиғатта осы түрде болады) анағұрлым төзімді болып табылады; СгО сұйық металл мен қожда қатысуы мүмкін, бірақ салқындатқан кезде Сг20 3 айналады; СЮ3 оксиді 240 °С кезінде Сг20 3 және 0 2 оттегіге ыдырайды мына реакция бойынша:

2 C r03 = Cr20 3 + 1, 5 0 2.

1-кесте - Ферросиликохром

2Сг + 1, 502 = Сг20 3 реакциясы үшін түзілу энтальпиясы АН = -1136, 94 кДж/моль. Хром күкіртпен Cr2S3 жэне Cr3S4 сульфидтерін, ал фосформен - Cr3P, Сг2Р фосфидтерін құрайды; хром азотпен Cr2N және CrN берік нитридтерді түзеді. Азоттың 1900 жэне 1600 °С температуралар кезінде (қатты салқындатылган қорытпа) сұйық хромдағы ерігіштігі 4, 2 жэне 6, 5% сәйкес құрайды[2] .

Хром қорытпаларын өндіруге арналған материалдар

Хром (Fe, Mg) 0-(Cr, Al) 20 3 жалпы формуласы бар хромшпинелидтер (немесе хромиттер) деп аталатын минералдардың құрамына енеді. Шпинелидтерге: хромпикотит (Mg, Fe) Cr20 3 және алюмохром мен котит (Mg, Ғе) (Сг, А1) 20 3 минералдарын жатқызады. Хромит немесе хромды теміртас (ҒеОСг2С) 3), табигатта салыстырмалы түрде сирек кездеседі. Хром рудаларыньщ құрамына кремнезем бос тау жынысы ретінде енеді. Хром рудаларының жер қыртысында жеткілікті түрде кеңінен таралуына қарамастан, тек бірнеше кен орындарының ғана (Донда, Уралда) онеркэсіптік мэні бар. Донның хром рудалары - кесектік, жұмсақ, ұнтакты, охралы, ал текстуралы ерекшеліктері бойынша тегіс және сеппелі деп болінеді. Оларда, %: Сг20 3 52-58, ҒеО 13-16, MgO 13-15, А120 3 9-13, Si02 2-4 жэнет. б. 1, 4-т болады. Түрлі маркалардағы феррохромды қорыту үшін хром рудаларының белгілі бір сұрыптарын қолданады. Кесек рудалар орташа коміртекті феррохромды силикотермиялық әдіспен және силикохромды бір сатылы әдіспен алуға пайдаланады. Шихтага, қайта балқытылған феррохром үшін, құрылысы жұмсақ және жақсы тотықсызданатын кедей хром рудаларын енгізеді. Тазартылган феррохром үшін не минимум кремнезем молшері бар ұнтақты руданы, немесе <20 мм кесектерге дейін ұсақталған түрде руданы қолданады. Кварциттің жоғары молшері бар рудаларды көміртекті және қайта балқытылған феррохромды корыту кезінде анағүрлым тиімді пайдаланады, себебі оларды қайта балқыту кезінде кварцит шығынын төмендетуге болады, яғни қож еселігі азаяды. Темірлі цемент мөлшері бар оңай тотықсызданатын рудаларды олардың тотыксызданғыштығын арттыру және пеш шегенінің тозімділігін жоғарылату үшін басқа рудалармен араластырады. Хром рудаларыньщ қорларын азайту, 30-45% Сг20 3 молшері бар кедей рудаларды ондіру колемін кеңейтті; оларды байыту жөнінде жүмыс ауқымы артты. Дондық хром рудаларын гравитациялық әдіспен байыту кезінде, Сг20 3 молшері 45, 6 бастап 54, 3-57, 3% дейін ұлғаятын концентрат алады. Кремний мен фосфорды концентраттардан алып тастау үшін күкірт немесе тұз қышқылымен және ащы натрмен екі есе химиялық ондеу пайдаланылады. Хром қорытпалары өндірісінің тиімділігін арттыру мақсатында кесектелген шикізатты пайдалану ұсынылады, сондықтан ұнтақты рудалар мен концентраттарды агломерацияга, престеуге және т. б. салады. [3]

Жоғары көміртекті және қайта балқытылған феррохромды өндіру

Көміртекті феррохромды доғалы пештерде хром мен темір оксидтерін көміртегімен тотықсыздандыру арқылы мына реакциялар бойынша алады:

2/3 Сг20з + 18/7 С = 4/21 Сг7С3 + 2 СО

FeO + С = Fe + СО

Рудадан тотықсызданатын темір хромның тотықсыздануына ыкпал етеді, себебі түзілетін карбидтер темірде ериді, осының нәтижесінде реакция хром оксидінің тотықсыздану жағына қарай жылжиды. Ол 1100-1150 °С кезінде басталады да, пештің анағұрлым ыстық бөліктерінде ұлғайған жылдамдықпен жалғаса отырып, көрікте аяқталады. Осы кезде қорытпадағы көміртек мөлшері 8% дейін артады. Ұсақ және оңай тотықсызданатын хромды руданы пайдалану, хромның үлкен бөлігінің руда әлі қатты күйде болған кезде тотықсыздануына алып келеді. Қожда бұл жағдайда хром оксидтері аз болады және пеш табанында көміртек пен кремнийдің жоғары мөлшері болатын феррохром жиналады. 6, 5% С молшері бар, ФХ650 маркалы феррохром алу үшін пеш ошағында хром карбидтерінің тотығуы үшін реакция бойынша қажетті температуралық жағдайлар жасайды:

1/ЗСг7С3 + 1/ЗСг203 = ЗСг + СО

Жоғары көміртекті феррохромды магнезиттік және кейде көмірлік шегенмен ашық немесе жабық пештерде үздіксіз процеспен қорытады; пештердің қуаты 10-40 MB-А жэне одан да коп, жұмыстық кернеуі 140-250 В. Жоғары коміртекті феррохромды өндіру үшін - кесек рудаларды, қайта балқытылғаны үшін кесек және ұнтақ рудалардың қоспасы пайдаланылды. Бірқатар жағдайларда шихтада 27-32% Сг203 мөлшері

бар қож пайдаланылады. Тотықсыздандырғыш ретінде - металлуягиялық кокс, жартылай кокс, кейде тас көмір; флюс ретінде кварцит, силикохром қождары, кейде боксит қызмет етеді. Шихтаны есептеу кезінде: хром мен темірді алып тастау дәрежесін 92 жэне 95% сәйкес, тотықсыздандырғыштың молдығын ашық пештер үшін 10-15% жэне жабық пештер үшін 1-2% деп қабылдайды. Шихта салымын көміртекті феррохромды балқыту үшін: хром рудасы 850, бай қож 150, кварцит 30-35, құрғақ кокс 215, металл молшерлі қалдықтар 150 кг есебінен қүрастырады. Қайта балқытылған феррохромның 1 тоннасын балқыту үшін шихта салымының құрамы, кг: хром рудасы 900, кварцит 50-70, кұргақ кішкене кокс 200, металл мөлшерлі қалдыктар 150. Күкірттің үшқыштыгын арттыру үшін көміртекті феррохромның қорытпасын ыстық мойынмен жүргізеді. Шихтаның 1 т рудалық бөлігін корытып шығару үшін 1650-1750 кВтсағ. электр энергиясы кетеді. Көміртекті феррохромды қорытып шығару кезінде жабық пештерде шихтаны анағұрлым мүқият өңдеу қажет: 1) хром рудалары гранулометриялық және химиялық құрамдары бойынша орташалануы керек; 2) коксте 8-10% шектерде түрақты ылғалдылық болуы тиіс; 3) кесек руда шихтасында 10-70 мм фракцияның мөлшері >50% болуы тиіс; 4) руда кесектерінің үйғарылган өлшемі - <80 мм. Жабық пештердің қождық режимі ашық пештерге арналғандай, бірақ қождағы Si02 молшерін 33-35% шегінде үстайды, ал қатынасы Mg0/Al20 3 <1. Қалыпты жұмыс істейтін пештің күмбез астындагы қысымы 100-200 °С температурада 5-11 Па қүрайды. Шығарылатын газда жану жылуы 10, 5-11, 3 кДж/м3 болады және %: СО 70-90, Н2<8, 02<1, 0 молшері бар. Металл мен қожды пештен бір ауысымда үш-төрт рет шегенделген шөміштерге шығарады, осы кезде қождың артығы шөміштен шойын қож салгыштарға ағады. Шығару процесінде ағын озекті, қорытпа мен қождың толық шығарылуын қамтамасыз ете отырып, «көсейді». Көміртек феррохромын қалыңдығы 200 мм дейін жалпак кесектерге қүяды (ұсақтауға қолайлы болу үшін) . Қайта балқытылган феррохромды түйіршіктейді (20 - 25 кг/с жылдамдықпен), бұл үшін шөміштен ағып жатқан металл ағынын судың қарқынды тегіс агынымен бөледі және кайта бапқытылган феррохромның түзілетін түйіршіктері суды қүюга арналған тіліктері бар арнайы қорапшаларға түседі. 1 т феррохромды алуга (алымында - жогары көміртекті ферро хромға арналған деректер, бөлімінде - қайта балқытылганға арналган ~ 45%-дык феррохром) : хром рудасы (50% Cr20 3) 1875/891; кож (30% Cr20 3) 101/-; коксик 365/433; кварцит 40/44 электр энергиясының меншікті шығыны кезінде 3300/3400 кВтч кетеді. Феррохромның өзіндік қүнын төмендету үшін негізгі міндет

электр энергиясының меншікті шығынына жэне хромды рудадан шығару дәрежесін арттыруга бағытталған шараларды қабылдауға алып келеді[4] .

Төмен көміртекті феррохром өндірісі

ФХ005, ФХ006 маркалы коміртексіз феррохромды (0, 05-0, 06% С) силикотермиялық тэсілмен қорытады. Процесс барысында доғалы пештерде корытпаларды хром рудасы мен темір оксидтерін, флюс ізбестің қатысуымен силикохроммен тотықсыздандыру арқылы алу қарастырылган. Томен көміртекті феррохромды (<0, 04% С) пештен тыс шөміште руда-ізбесті қорытпаны сұйық силикохроммен бір кезеңдік немесе екі кезендік тәсілмен араластыру арқылы силикотермиялық әдіспен жүргізеді. Сг2Оэ -30, MgO 7-8, А120 3 7-8, ҒеО 10-12, Si02 1-3 жэне СаО 40- 45 % мөлшері болатын руда-ізбесті қорытпаны негізгі шегені бар колбеу тұрған доғалы пеште фосфордың томен мөлшері (кесектердің ірілігі <25 мм) бар хром рудасын жэне <90% СаО жэне >0, 006% Р мөлшері бар ізбесті қорыту арқылы немесе - 900 °С температурамен руда-ізбесті қоспадан (хром рудасы мен әктасты бірге күйдіру кезінде алынған) алады. Бір кезеңді тэсілде қорытылган қожды магнезитті қаланған шомішке қүяды да, өлшейді, сосын оган сұйық силикохромды құйыгі тастайды (1-сурет) . Қорытпаларды бір ыдыста араластыру кезінде, хром мен темірді руда-ізбесті қорытпадан кремниймен тотықсыздан- дыру кезінде температура 2400 °С жетеді, яғни қатты шихта қосымшасын балқыту мүмкіндігі қамтамасыз етіледі (силикохром жэне феррохром ондірісінің қалдықтары түрінде) .